采煤塌陷區煤矸石回填復墾技術

羅建　胡水明

摘要：煤炭是當前社會生產中關鍵的礦產資源，在許多領域都發揮著不可替代的作用。但是煤炭資源的儲量是有限的，在礦區的煤炭開采殆盡后，留下的是塌陷區，其對于周邊環境造成的影響和危害非常大。如何對采煤塌陷區進行有效的治理，是當前煤礦企業重點關注和研究的問題。文章結合采煤塌陷區的危害，對煤矸石回填復墾技術進行了分析。

關鍵詞：采煤塌陷區；煤矸石；回填復墾技術；煤炭資源；煤炭開采 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD88 文章編號：1009-2374（2016）28-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.074

工業化進程的加快推動了社會生產力的發展，也加大了社會對于能源資源的需求。在長期的資源開采過程中，占用了不少的農業用地，也帶來了嚴重的環境污染和生態破壞。在我國新的《土地管理法》中，加大了對耕地的保護力度，要求盡可能將復墾土地用于農業生產。利用煤矸石對采煤塌陷區進行回填復墾，是當前礦區綜合治理的一個非常有效的途徑，也因此受到了廣泛的關注。

1 采煤塌陷區的危害

采煤塌陷區在煤礦開采后留下的下陷的區域，也可以說是沉陷區，其所帶來的危害和影響是非常突出的，必須得到足夠的重視和治理。

1.1 塌陷與裂縫

在煤礦開采過程中，容易引發地表塌陷和土體的沉降，產生的壓實作用會進一步對土壤原本的結構造成破壞，導致土壤物理性質惡化，在暴雨季節，由于缺乏地表植被的保護，還可能產生水土流失甚至滑坡、泥石流等問題。不僅如此，塌陷問題會在地表形成大量裂縫，不僅影響了周邊環境的安全，還會導致土壤蒸發作用的增強，加劇養分的流失，進而引發土地荒漠化的問題。

1.2 環境污染

煤礦開采過程往往伴隨著一些有毒有害物質的排放，這些物質會對周邊的自然生態環境造成污染和破壞，而塌陷、挖損等問題同樣會引發土壤物理性質和化學性質的改變，導致礦區土壤的退化。水污染問題同樣是采煤塌陷區的一個關鍵性問題，主要表現在對包氣帶土壤水、地表水的影響，對于水體環境的污染以及地下水系統的破壞。例如在采煤塌陷區，地表裂縫中通常會存在有矸石堆淋溶水或者選煤廢水，其可能流入到周邊的地表水和地下水系統中，引發嚴重的水土污染。

1.3 生態威脅

伴隨著煤炭資源的逐漸枯竭，采煤區的生態系統在構成方式、生態過程等方面都會出現相應的變化，使得生態系統更加脆弱，森林覆蓋面積減少，整體功能下降，土地利用適宜性降低，農作物產量下降，同時也可能會導致地表建筑物以及工程設施的損壞，嚴重威脅生態安全。

2 煤矸石的特性

煤矸石是指在煤炭的開采和加工過程中排放出的固體廢棄物，以無機物為主，含有少量的有機物，其產出量一般在煤炭產量的10%～20%。在我國，根據相關統計數據，煤矸石的積存量超過了50億噸，堆積起來的占地面積超過2萬公頃，甚至其仍然在以1.5～2億噸的速度逐年遞增，已經發展成為我國排放量最大、積存量最大、占用土地最多的工業廢棄物。

煤矸石本身蘊含有多種礦物，如鋁土礦、黃鐵礦、石英、長石以及碳酸鹽類礦物等，通常以硅鋁為主要成分，SiO2以及AlO2的含量一般在40%～60%和15%～30%之間波動，而煤矸石中有機質的含量會隨著其含煤量的增加而增加，主要包括了C、N、S等。

在以往的煤炭開采和加工過程中，受各方面因素的影響，產生的煤矸石通常都是采用露天堆放的形式，不僅占用大量的土地資源，而且還會對土壤、水體和大氣環境造成相當嚴重的影響和危害，也影響了礦區居民的正常生活以及身體健康。在這種情況下，煤矸石的處理問題就成了一大難題。而將煤矸石用于采煤塌陷區的回填復墾，能夠有效減少其對于環境的污染，同時也可以實現對礦區的綜合治理，具有良好的可行性，也因此受到了越來越多的重視。

3 采煤塌陷區煤矸石回填復墾技術

對于采煤塌陷區的復墾利用需要根據具體的情況進行，可以用于農業生產，也可以用于建設用地。這里結合復墾實踐經驗，對一些具有代表性的煤矸石回填復墾模式進行簡要分析。

3.1 農業生產

煤矸石在經過物理風化以及化學風化之后，在粒度、顏色、酸堿性、孔隙率、滲透性等方面都會出現不同程度的改變，只要其中粒徑在1mm以下的顆粒物含量達到10%，就可以供植物生長。雖然在風化殼下尚未完全風化的煤矸石同樣存在有細微顆粒，但是由于含量問題，并不能用于農業生產。矸石風化后形成的風化物孔隙較少，下層水分不易蒸發，因此植被在耐旱程度上還要優于黃土。同時植物生產環境中的營養元素直接影響著其生長狀況，煤矸石風化物中同樣蘊含有多種植物生長所必須的微量元素，如K、N、P等，雖然含量較少，不過可以通過施肥等方式進行改善。

3.1.1 林用模式：利用煤矸石對采煤塌陷區進行回填，然后在回填區域進行復墾造林，是一種應用范圍非常廣泛的復墾模式，基本上不會受到外界條件的限制，只要在附近存在有用于回填的煤矸石，就可以采用這種模式。使用煤矸石對塌陷地進行充填后，可以根據實際情況，選擇一些經濟林樹種或者用材林樹種，確保樹種具備較強的適應能力，成活率高、生長迅速，對礦區的自然生態環境進行改善。這種復墾模式對煤矸石進行了充分利用，經實踐，具備良好的可行性和非常顯著的生態效益，不過也存在著一些不足，一是植物的選擇相對困難，因為想要迅速找到理想的植物是非常困難的，必須從實際情況出發，將其中一些關鍵性的條件作為選擇植物的主要依據，選擇一些具有加強抗性和適應能力的鄉土樹種，如刺槐、楊樹、柳樹等；二是林木本身的生長周期較長，需要一定的時間才能夠看到其所帶來的經濟效益和生態效益。

3.1.2 農用模式：在煤矸石回填采煤塌陷區之后，結合灌漿復土技術，可以形成相應的矸石灌漿復土農業發展模式，同樣只需要具備相應的煤矸石作為填充材料就可以應用，在補充耕地面積、緩解農耕矛盾、實現農民增收、改善生態環境等方面發揮著重要作用。與林用模式相比，農用模式種植的多是一些比較常見的農作物，因此對于養分的需求較大，需要做好相應的管理工作，包括施肥、灌溉以及病蟲害的防治等。具體來講，應該結合區域氣候條件，定期引水灌溉，做好觀察工作，確保農作物的成活率。在煤矸石基礎上開展農業種植，由于其自身的特性，初期基本上不會出現嚴重的病蟲害，但是伴隨著種植時間的增加，病蟲害問題是不可避免的，需要做好相應的預防和治理工作。相比較而言，施肥是一個更加特殊的問題。煤矸石風化物較土壤更粗，其中所含有的營養元素較少，即便是對于可以自行固氮的豆類植物，同樣需要較多的養分，在這種情況下，就需要強化施肥管理，以氮磷鉀等有機肥或者復合肥料為最佳，如果種植面積較大，使用有機肥的成本較高，也可以施加農家肥或者污水處理廠排放的污泥，對土壤性質和肥力進行改善。事實上，由于煤矸石自身容易自燃的特性，在復墾時往往需要進一步加強管理，而通過施加城市污泥的形式，不僅能夠增加養分，改善性質，還能夠降低地面溫度，降低自燃幾率，從而對上述隱患進行解決。

3.2 建設用地

以煤矸石對采煤塌陷區進行回填后，可以將其作為建設用地，適用于相對穩定，不會繼續發生下沉的塌陷區域，在清除煤矸石污染、美化環境的同時，也可以緩解城市化不斷加快帶來的人地矛盾沖突。具體來講，需要關注以下方面的問題：一是選址與規劃，需要優先選擇靠近村鎮、交通便利的地區，盡可能避免對可用耕地的占用。應該選擇已經穩定的沉陷區，避免基礎二次沉降對于建筑的破壞。在選址規劃過程中，應該選擇地勢相對較高、沉陷量小的地區，以減少回填量，降低施工成本；二是回填標高的確定，對于建筑工程而言，基礎的穩固性是非常重要的，而在回填復墾模式下，煤矸石的回填標高必須科學合理，考慮相應的影響因素，如地面高程、排水性能等；三是地基處理，實踐表明，自然回填未經壓實處理的煤矸石一旦載重，會出現較大的壓縮，容易造成地基的不均勻沉降，導致建筑的破壞。因此需要做好地基的處理工作，運用強夯法、灌漿法、分層振動壓實法等，對充填煤矸石地基進行相應的處理，提升其承載能力，保證地基處理的質量；四是表面及邊坡處理，在完成回填后，為了方便施工，還需要對其表面和邊坡進行相應的處理，避免表面不平或者坡度過大對于后續施工的影響。

4 結語

總而言之，采煤塌陷區的復墾工作是礦區綜合質量的關鍵所在，也是備受相關技術人員關注的問題。在不同的條件下應該采用不同的復墾模式，確保其功能和優勢的充分發揮。煤矸石回填復墾技術是一種比較先進的技術形式，能夠同時解決煤矸石污染以及塌陷區治理的問題，推動礦區的快速恢復和可持續發展。

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作者簡介：羅建（1962-），男，江西萍鄉人，江西省上饒市煤炭學會工程師，研究方向：采煤。

（責任編輯：秦遜玉）