第十六章开采沉陷盆地土地治理Word文档格式.docx
《第十六章开采沉陷盆地土地治理Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十六章开采沉陷盆地土地治理Word文档格式.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
隐伏岩溶发育地段和被覆盖的断裂构造带；
第四系厚度和岩性适宜地段；
在疏干漏斗范围内。
（二）地面滑坡、泥石流
采矿和选矿产生的三类矿业废弃物即剥离的土壤和岩石覆盖层、分离的废石和选弃的尾矿场，不仅挤占大量土地和农田，破坏地貌景观和植被，而且易引起滑坡、泥石流，造成对土地资源的破坏和对人类安全的威胁，同时也易于成为矿山酸性水的来源。
例如美国曾有一座240m多高的煤矸石山发生滑坡，使邻近城区居民死亡800余人。
（三）采矿诱发地震
采矿疏干、塌陷、矿山压力和地应力释放、深井注液抽水、开采石油等诱发地震造成灾害的事例现今也不少。
如门头沟煤矿某工作面，1979年8月由于采矿地应力释放，发生里氏3.81级地震，地面震中裂度为7，是国内记录到最强的一次采矿诱发地震。
二、矿山开采对水环境的损害效应
（一）矿山排水疏干与当地供水之间矛盾因矿山开发疏干排水，造成大面积地下水水位下降，供水水源减小或枯竭，区内井泉水量衰减，改变了地下水循环条件和地表渗透条件，改变或破坏地表水状况，诱发突水事故。
如位于矿山塌陷区的山东肥城东河及上游水库已干枯多年，区内280眼大口井现已报废28眼，干枯135眼。
再如山东省内热液交代式及接触交代式铁矿床大都沿火成岩侵入体与奥陶系灰岩接触带分布，中奥陶系石灰岩和大理岩裂隙岩溶水为矿床直接充水岩层，裂隙岩溶发育，含水丰富，不但对采矿造成威胁，而且采矿过程中的矿井大量排水又使矿区岩溶水资源量锐减，加剧了供排矛盾。
另外矿床疏干也可改变含水层边界条件，使原来的隔水边界转化为透水边界，分水岭因
疏干而外移，使补给区扩大，自然的排泄区转化为补给区等。
（二）采矿引起地下水水质恶化，改变了水文地球化学环境
采矿造成的土壤和岩石裸露，加速了地表侵蚀，使泥沙入河，淤塞河道，加上矿区和尾矿堆渗出的酸性废水及其它生活污水等，加剧了地下水的污染。
采矿对水体的污染主要通过：
采矿揭露矿体，使有害元素直接进入水中；
采矿使不同成分的水相混合，使原来优质水污染；
废弃矿业废物淋滤水，会成为富含有害物的污水；
矿石洗选加工厂排放“三废”造成的地面水体污染；
采活动矿对大气污染形成的酸雨污染了矿区地下水等等。
目前因采矿产生的废水废液已占全国工业废水排放总量的10％以上，有些地区己成为危害人类健康的重要因素。
另外，采矿改变了地下水循环条件，同样会使水质环境恶化。
随着采矿向深部发展，多使揭露的水文地球化学环境发生转化，常使还原环境转化为氧化环境，发生新的物理化学变化，使水质污染，对人体产生不良影响，有时可能引导深部高热量（能）至浅部，使浅部地层或井巷空间增温，形成热污染。
（三）酸性矿井水问题
许多矿井，由于矿床本身的特点及开采影响，排出的矿井水一般都具有一定的酸性，从废石堆及尾矿坝渗出的水也可能具有一定的酸性，它们在恶化矿区环境中起重要作用。
世界各国都把酸性排水认为是采矿工业面临的最大环境问题之一。
（四）矿山开采造成地表生态环境损害效应
1、对土地资源的破坏
据估计，因露天采矿、开挖和三废堆置等直接破坏与侵占土地在全国已占用约2.0万km2以上，并以每年300km2以上的速度增加。
2、矿山开采造成的生态环境破坏
采矿活动地表造成水土流失、土壤肥力下降、地表植被及含水层结构破坏等，生态环境不断恶化。
3、矿区地表水体环境的改造，破坏了自然景观。
例如在采矿区上游筑坝修建地表水库，导致河流改道，沼泽地被疏干而消失等。
总之，矿山开采活动对矿山环境产生了深刻的影响和损害。
如何降低和消除这些影响和损害是实现矿山环境可持续发展的重要内容，也是摆在当今人类面前的一项重大课题。
第二节开采沉陷盆地土地复垦
矿产资源的开采，造成了矿山环境质量生态的破坏。
采用地下开采方式，必然导致大面积的采空区的出现，使地表岩石移动和变形，形成沉陷盆地。
特别是受采动影响出现的地表塌陷和裂缝等，造成了矿区土地资源的严重损害和矿区水土的严重流失，其中尤其以煤炭开采形成的沉陷盆地面积和对土地的损害最大。
其危害主要表现在以下几个方面：
⑴破坏土地资源，影响农业生产。
沉陷盆地的塌陷区和裂缝是造成土地资源破坏的显著形式。
据统计，在我国东部平原地区，受矿产资源开发影响引起的土地塌陷约53433hm2,其中耕地占70%，绝产面积8667hm2,对农业生产造成了极大的损害。
⑵地表积水严重。
地表形成沉陷盆地后，使矿区原有的陆生生态系统演替为水陆复合型生态系统，原有的土地生产方式和用地结构发生了变化，沉陷区内沼泽化和盐渍化沉陷趋势明显，塌陷区长年积水。
⑶加重了土壤侵蚀和水土流失。
区内地表生态的的破坏和地表坡度的增加，增加了雨水对土壤的侵蚀程度和水土流失程度。
因此，对于开采沉陷盆地的土地复垦，恢复土地的使用功能，是实现矿山开采沉陷区土地可持续利用的根本途径，也是矿山环境综合治理，改善矿山生态环境质量的的的一项重要的内容。
我国矿山土地复垦始于50年代末。
1958年郑州铝厂小关矿就在设计中考虑了土地复垦问题，利用废石造田千余亩。
1964年广东坂潭锡矿利用剥离废土回填采空区，开创了当年征地当年补偿的良好先例。
但矿区土地复垦真正蓬勃开展起来是在80年代，特别是1988年10月国务院颁发了《土地复垦规定》之后，在淮北和唐山等矿区进行了大规模的土地复垦和复垦技术的研究，揭开了矿山土地复垦新的篇章。
一、土地复垦的概念和开采沉陷区土地复垦的目的和任务
（一）土地复垦的概念
土地复垦是指对在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等造成的土地破坏，采取整治措施，使其恢复到可供利用的状态的活动。
矿山开采沉陷沉陷的土地复垦是依据矿山生态学、土地学、环境科学、土壤学及区域规划等理论，结合采矿工程的特点，对沉陷区特别是塌陷区进行恢复和综合整治的土地复垦活动。
其最终目的是恢复土地的生产力，实现矿区生态系统的平衡。
（二）开采沉陷区土地复垦的任务
开采沉陷区的土地复垦是一项复杂的系统工程。
其研究对象不仅只是被开采损害的地表，而且包括农田水利设施、居民规划、土地利用规划、矿区开发规划、区域的土壤侵蚀和土地盐渍化等生态治理规划等。
包括工程复垦和生物复垦两个过程。
矿山土地复垦的最重要的方面是塌陷区土地复垦。
所谓工程复垦是指按照复垦土地的利用方向，采用工程设备和手段，对塌陷破坏的土地进行回填、复土、挖垫与平整处理。
工程复垦的任务是建立有利于植物生长的地表和生根层。
其主要工艺措施有：
堆置可能受塌陷影响区域的耕层土壤、充填塌陷坑、用物
理化学方法改良土壤、改造人工水体、修建排水网、修筑复垦区的道路、做好复垦区建筑的前期准备工作、防止复田区受侵蚀和沼泽化等。
生物复垦是工程复垦结束后所进行的工作，
是恢复土壤肥力与生物生产能力的活动，它是实
现废弃土地有效复垦的关键环节。
主要内容包括
土壤改良，植物品种筛选与植被工艺。
生物复任务是根据复垦区土地的利用方向来决定采取相应的生物措施以维持矿区的生态平衡。
肥化土壤、恢复沃土、建造农林附属物、耕作方式及耕作工艺及树种等。
矿山开采沉陷区土地复垦的最终目的是为了
矿山土地的可持续利用。
经过工程复垦和生物复
垦可以解决以下问题：
⑴恢复或整治塌陷了的地形，使塌陷区和未
受采动影响的毗邻环境相衔接，满足迁建宅基用地的需要，不致使居住区远离赖以生存的土地。
⑵恢复甚至提高土地的生产力，使破坏了的土地有较大的经济价值。
⑶合理修建地面排水系统，疏干地表积水，这样既保护了地表水体，又使农业灌溉用水得到了集中管理，还可防止土壤盐渍化。
⑷在塌陷地上植树造林，既可以防止大气污染，又可以防止不稳定地表遭受侵蚀。
（三）沉陷区土地复垦与采矿工程的关系
从系统论的角度来看，沉陷区土地复垦是采矿过程中一项必不可少的工作，而且只有将土地复垦工程与采矿工程同步开展，才能使矿山开发过程更合理、更科学、更完善，也才能从根本上解决土地破坏问题。
沉陷区土地复垦工程与采矿工程关系如图16--1所示。
从图可以看出，矿山开采沉陷区的土地复垦工作是一项复杂的系统工程，不仅只是矿产资源开发部门的事，而且还涉及到城建、农林、水利、环保及土地管理等部门，需要系统规划、综合管理。
二、开采沉陷土地复垦技术内容
（一）开采沉陷土地破坏规律及其预测技术
1、开采沉陷土地破坏规律
对于开采沉陷土地破坏规律的描述，除了采用开采沉陷理论参数外，还可以采用万吨塌陷率、积水率、塌陷面积与开采面积比、容积与开采体积比、附加坡度等参数进行描述，下面以我国东部平原煤炭开采土地沉陷对土地破坏的研究为例进行阐述说明。
由于开采深度和厚度、采矿方法、顶板管理以及岩石的物理力学性质的不同，各矿区土地破坏的具体参数值各不相同。
我国东部平原矿区万吨塌陷率可用下式进行估算：
16---1
式中
----万吨塌陷率，%；
----影响系数；
----煤层倾角；
----采区或水平回采率；
----采厚；
----煤的容重。
积水率与矿区地表水系和潜水位有关，如华东地区一般在30%以上，华北在20%~30%。
据统计，塌陷面积与开采体积之比为1.2，塌陷容积与开采体积之比为0.6~0.7，附加坡度为1°
~3°
。
2、地表塌陷预测
地表塌陷预测通常应用影响函数法，其公式为：
16----2
式中
----坐标为
地表点下沉值；
----该煤层开采面积足够大时的极限下沉值；
----地表下沉影响函数；
F----积分域；
s,t----地下F域内开采单元坐标。
使用较为普遍的影响函数有正态分布、双曲分布和威布尔分布三种概率密度函数，其余的移动变形值包括塌陷变形值包括塌陷面积和塌陷体积等可由上式推出。
（二）土地复垦规划
土地复垦规划包括总体规划和小区规划两个步骤。
总体规划是在小区规划前对复垦土地的利用方向及复垦所采取的复垦措施等问题作决策分析，为此在作总体规划时，必须首先对复垦区进行，做出土地的适宜性评价。
由于土地复垦工程不仅涉及资金的投入，还涉及到政策、社会环境及生态环境诸方面，因此，总体规划难以用定量方法来进行，往往需要将定性和定量方法有机地结合起来，其一般过程如下：
①、进行系统分析，确定影响因子，作出适宜性评价。
②、进行分项比较，分项规划。
③、进行综合分析，综合规划。
④、总体评价，提出总体规划方案。
小区规划是在遵循总体规划的基础上，对小区域的塌陷地或废弃地提出整治利用措施，是复垦工程得以实施的前提。
常用的小区规划方法有：
经济效果规划法、生态工程规划法及经济与生态效果综合规划法。
三、塌陷区工程复垦技术
（一）煤矸石充填复垦技术
煤矸石充填复垦分三种形式：
⑴利用新排矸石充填复垦。
是应用矿井生产排矸系统，将新产生的煤矸石直接排入塌陷区，推平复土后形成土地。
⑵预排矸充填复垦。
是在过程和生产初期，在采区上方地表预计要发生下沉的地区，将表土取出堆放在四周，按预计的下沉等值线图，用生产排矸设备预先排放矸石，待到下沉停止，矸石充填到预定水平后，再将堆存的表土平推在矸石层上复土成田。
⑶老矸石山充填复垦。
是利用老矸石山堆存的矸石充填塌陷区复垦。
主要采用汽车运输，该法回填灵活，成本较高，一般用于填垫建筑场地与路基。
（二）电厂粉煤灰充填复垦技术。
电厂粉煤灰充填塌陷区复垦土地的工艺方法是：
在计划复垦的区内修筑贮灰场，利用管道将电厂粉煤灰水力输送到塌陷区贮灰场，贮灰场沉积的粉煤灰达到设计标高后停止充灰，将水排净，然后复大于0.3m厚的土形成田地。
（三）河、湖淤泥充填复垦技术
靠近河、湖的一些煤矿，可利用河、湖淤泥充填塌陷区复垦，其方法是；
先将矿井矸石或其它固体废弃物排入塌陷区垫底部，取河湖水下泥土，通过管道水运充填到煤矸石上，待泥干后用推土机整平，然后改良土壤，完善排灌系统，绿化种植，最后还田。
这种方法既疏浚了河、湖，又复垦了塌陷破坏的土地，且土壤肥力也较好，适于耕种。
（四）挖深垫浅复垦技术
挖深垫浅复垦是运用机械或人工方法，将开采下沉较大土地挖深，以适合养鱼、栽藕或蓄水灌溉，用挖出的泥土垫高开采下沉较小地区，使其形成水田或旱地。
此种复垦技术投资少，操作简单、效率高、成本低。
（五）疏干法复垦技术
对塌陷后地表大部分仍高于附近河、湖水面的塌陷区，可以采用疏干塌陷积水的方法复垦。
这种方法不但能使大部分塌陷地恢复成耕地，而且可使村庄和其它建筑物周围不再积水，避免了不必要的迁移，同时也保护了生态环境。
（六）梯田法复垦技术
对潜水位较低塌陷区或积水塌陷区的边坡地带，根据下沉情况，可采用平整土地和改造成梯田的方法复垦。
田面坡度的大小和坡向，要以“不冲不淤”为原则，根据原始坡度大小，有无灌溉条件、复垦土地用途及排洪蓄水能力来决定．梯坎高度与田面宽度，应根据地面坡度陡缓、土层薄厚，工程量大小、种植作物种类，耕种机械化程度等因素综合考虑确定．梯坎高度与田面宽度、地面坡度的关系式为：
16---3
式中：
----梯坎高度（m）；
-----梯田田面宽度（m）；
----地面坡度（度）；
----梯坎外坡坡度（度）；
----地边埂高度（m）主。
（七）综合治理技术
塌陷区综合治理是对塌陷区的复垦利用进行统一规划，因地制宜地采取各种整治措施，把塌陷区建设成为农业、渔业、林业、工业与民用建筑及文化娱乐等用地，以少的投入取得较好的土地使用效益。
五、塌陷区生物复垦技术
采煤塌陷破坏的土地复垦后，除作为房屋建筑，运动场所、工业设施等建设用地外，用于农、林，牧、渔，绿化、旅游景观的土地，在工程复垦结束之后，还应进行生物复垦，恢复土壤的肥力与生物生产能力，以建立生产力高，稳定性好，具有较好经济和生态效益的植被，以实现土地复垦的最终目的．
（一）土壤改良技术
对工程复垦结束后的贫瘠土地，砂粘土地，酸碱度较高土地，通过土壤改良，可以迅速提高土壤肥力，恢复植被．改良方法主要有以下几种：
1、生物法（绿肥法）
是在复垦区种多年生或叶年生豆科草本植牧，加速土壤的形成。
这些植物的绿色部分在土壤徽生物的作用下，除释放大量养分外，还可以生成腐殖质，其根系发达，穿透力强，腐烂后具有胶结和团聚作用，能改善土壤理化性状。
2、微生物法
是利用微生物的分解特性快速熟化和改良土壤，是生物工程在土地复垦中的应用，对于露天矿剥离物、煤矸石等固体废弃物，不需复土即可迅速形成肥力较高的土壤，是很有前途的方法。
3、施肥法
以施用大量有机肥料来提高土壤中的有机物含量，改良土壤结构，消除过粘、过砂土壤的不良理化特性。
4、客土法
对过砂、过粘土壤采用“泥入砂、砂掺泥”的方法，调整耕作层的泥砂比例，达到改良质地、改善耕性，提高肥力的目的。
客土用量根据本、客土各自的颗粒组成及要求达到的质地标准来估算。
5、化学法
主要用于酸碱性土壤改良，中和酸性土层一般用石灰作掺合剂，变碱性为中性常用石膏，氯化钙，硫酸等作调节剂。
（二）植被品种筛选
植被品种筛选是按照复垦规划及土地利用方向，对计划植被的作物、牧草、林木品种进行的选择工作。
根据复垦区的气候和土壤条件，植被品种一般通过实验室摸拟试验、现场种植试验、经验类比等方法筛选确定，筛选出的品种应生长快、产量高、适应性强、抗逆性好、耐瘠薄，尽量选用优良的“乡土”品种，条件适宜时引进外来速生品种，选择时不仅考虑其经济价值的高低，更主要的是培肥土壤、稳定土壤、控制侵蚀、减少污染的作用。
（三）植被工艺
1、植被顺序。
复垦土地作为农用地时，一般先种植豆科草本愤物培肥土壤，然后耕种豆科作物，增加土壤氮素，在土地达到一定肥力后再种植一般农作物。
对复垦土地肥力较好者，也常常直接耕种农作物，通过选择适宜的作物品种、因地制宜地耕作和管理，来提高土壤肥力与农作物产量。
复垦土地作为林业用地时，一般直接进行种植绿化，为防止土壤侵蚀、增加土壤肥力、利于机械播种，有时也先种豆科草类，而后植被林木。
2、植被方法。
草本植物一般采用直接播种，直接播种分条插和撒播。
条插就是先：
降种籽插入由机械开挖的垄沟或种穴内，然后用土复盖；
撒播就是利用撒播机或飞机等设备，直接在土地上撒播种杆，应用多、效果好的是水力播种法，它是利用装在汽车上的水箱、泵、搅拌和喷撒到距汽车50m以内的土地上，有时喷洒装置，将水（或带颜色的水）、种籽与肥料的混合浆液，喷撒后还复盖一层作物秸杆、木质纤维素、下水道污泥等物质。
林木植被方法主要为栽种。
在干燥的废石复垦土地上美国试验并推广了下述三种方法：
⑴凝聚阱穴法。
是挖很多较深的种植坑，幼苗种植在坑中心，坑完全用塑料衬垫覆盖，凝聚的水分沿着衬垫的下面汇集给植物，可有效地灌溉植物（见图16--2）。
图16—2凝聚阱穴植被法图16—3副根移植植被法
⑵副根移植法。
挖出一对根部相互联接的根茎灌木，将其中的—枝树苗剪掉然后把水平连接着的副根弯下去深栽，而本身的根按正常的方式栽种在较干燥的表层中（见图16--3）。
⑶套管法。
这是苗圃培植方法的一种发展，是将幼苗种植在双层纸管中，纸管长60cm，用3cm方形网眼塑料套管加固，当根系长出管底，就可移植至预先挖好的孔中，周围用泥土封顶即可。
五、塌陷区土地复垦技术的发展趋势
（一）生态农业复垦
生态农业复垦是根据生态学和生态经济学原理，应用土地复垦技术和生态工程技术，对塌陷、挖损、压占破坏的土地进行整治利用。
其实质是在被破坏土地的复垦利用过程中发展生态农业，目的是建立一种多层次、多结构、多功能的集约经营管理的综合农业生产体系，以最少的人工投入取得最大的经济、环境和社会效益。
生态农业复垦不是单一用途的复垦，而是农、林、牧、副、渔、加工等多业联合复垦，且相互促进，全面发展。
它是对现有土地复垦技术，按生态学原理进行的“装配”过程；
它是利用生物共生关系，通过合理配置农业植物、动物、微生物，进行立体种植、养殖复垦；
依据能量多级利用与物质循环再生原理，循环利用“废物”，使农业有机废弃物资源化，增加产品输出。
生态农业复垦是在被破坏的土地上发展和建立生态经济良性循环协调发展的现代集约型农业，它不仅整治了废弃的土地，恢复、改善矿区的生态环境，而且有利于提高农业生产的综合效益，促进农业长期稳定的发展。
生态农业复垦能明显地提高劳动生产率、土地利用率和土地生产力，进而提高了经济效益；
生态农业复垦能充分合理地利用、保护和增值自然资源，加速物质和能量转化，因而有着显著的生态效益。
它还能为社会创造数量多、质量好的多种多样的农产品，满足人们对农产品不断增长的需要。
因此，对破坏土地的生态农业复垦将是今后土地复垦的发展方向。
适宜进行生态农业复垦的生态农业类型和模式主要包括：
（1）立体种植类型；
（2）立体养殖类型；
（3）立体种植、养殖类型；
（4）种植业内部物质循环利用类型；
（5）养殖业内部物质循环利用类型；
（6）种、养业结合的物质循环利用类型；
（7）种、养、加工三结合的物质循环利用类型；
（8）水土流失治理模式。
（二）微生物复垦技术
微生物复垦是利用微生物活化药剂或微生物与有机物的混合剂，对复垦后的贫瘠土地进行熟化和改良，恢复其土壤肥力的活性。
采用微生物方法复垦，对煤矸石、露天矿剥离物等固体废弃物场地，不需覆盖表土，经一个植物生长周期16个月，就能建立稳定的活性土壤微生物群落，形成植物生长、发育所必需的条件，第二年可种植农作物。
三、五年后能完全达到高产农田的肥力，并维持数年不衰减。
该方法也能使其它类型贫瘠土壤或酸性土壤恢复成良田，对种植品种没有任何限制。
而且微生物复垦只需普通材料和机具，费用低、效率高、效益好。
六、塌陷区复垦费用
淮北矿务局是华东地区煤炭能源供给的重要基地。
该区人均耕地已由建矿前的2—4亩，降到1985年的0.2—0.4亩，即减少了90％。
到1985年底共生产原煤1.9亿t，回采塌陷土地8.25万亩，平均万吨煤塌陷地为4.35亩。
1976年，每亩征地费为419元，到1985年增加到5544元，提高13倍。
按平均万吨煤征地4亩计，则年征用土地5740亩，征地费高达3182万元，占吨煤成本的2.22元。
淮北矿区现有塌陷面积8.25万亩，常年积水面积5万亩，将塌陷区水面改造为其他用途，其整治费约为征地费的25％-90％，如表16--2所示。
将深水区可直接用于养鱼，浅水面整治费约为500元／亩。
淮北矿区塌陷区改为养鱼池的整治费，成本费及产值如表16--3所示。
表16—2塌陷区改造为其它用途的整治费
塌陷地点
塌陷深度/m
整治方式
用途
亩数
整治费/元亩-1
沈庄矿塌陷区
2.2
挖深垫浅
种植、养殖
130
1480
相城矿塌陷区
4.5
粉煤灰充填
种植
1111
4900
岱河矿塌陷区
矸石充填
文体设施
178
2925
3.5
迁村宅基地
350
3200
表16—3塌陷区改为鱼池的整治费、成本费和产值
项目
面积/万亩
小计/万元
成本费
产值
单价元亩-1
亩产值/元
深塌陷区
3
180
540
450
1350
浅塌陷区
2
500
1000
360
900
合计
5
2250
表16--2说明，整治塌陷区费用1000万元，养鱼成本费900万元，年产总值2250万元，扣除成本费后，年净得利1350万元。
养鱼投入的工程整治费仅需一年即可收回，总的来说，养鱼收入要高于
升级会员 