某煤矿土地复垦与生态恢复措施研究

2016-12-02范玉芳辜李仁陈桂斌

现代矿业 2016年10期

关键词：管护土地利用耕地

刘娜范玉芳辜李仁陈桂斌

(重庆市地质矿产测试中心)

某煤矿土地复垦与生态恢复措施研究

刘娜范玉芳辜李仁陈桂斌

(重庆市地质矿产测试中心)

矿井建设及生产过程中挖损、压占和塌陷等都将损毁矿区土地，随着开采的持续发展，损毁土地的数量也将持续增加。为了有效减少因煤矿开采产生的土地损毁，促进经济社会与生态环境的协调发展，通过调查某投产煤矿土地已损毁情况，依据矿区土地利用现状，结合矿区地质条件和开采工艺，以概率积分法计算出地表移动变形值，预测了矿区土地拟损毁情况，确定出土地复垦责任范围，并在此基础上提出了煤矿开采中的土地复垦措施及工程设计，安排了土地复垦工作计划，为煤矿后期的复垦工作提供出可靠的依据。

煤矿开采土地复垦生态恢复概率积分法沉陷预计

矿山开采在占用大量土地资源的同时也带来了景观破坏、土壤质量下降、生物多样性减少及生态系统退化等影响深远的生态环境问题[1]，是目前最大规模改变土地利用方式和损坏陆地生态系统的有组织的人类活动[2]。土地复垦与生态恢复是减轻与减缓矿山开采对生态环境影响的主要措施，随着民众对生态环境保护呼声的提高，矿区土地复垦与生态恢复日益受到各级政府的普遍关注[3]。本文从某煤矿的土地利用现状分析入手，通过土地损毁情况分析确定土地复垦责任范围，给出了复垦措施及工作计划安排，对煤矿开采后的土地复垦与生态恢复工作具有指导意义。

1 矿区土地利用现状分析

某改扩建矿井采用走向长壁采煤法，可采资源储量为301 kt，生产能力为40 kt/a，储量备用系数为1.5，剩余服务年限为4 a。矿区属构造侵蚀低山丘陵地貌，属亚热带温暖湿润季风气候，降水量充沛。土壤主要为残坡积的黄壤土，分布于坡度较缓的斜坡上及沟谷两侧，厚度大多小于1 m。

矿区面积为井田境界范围面积与拨用宅基地面积(集体组织根据实际情况无偿调出某地块给在该社区的某成员免费使用[4])之和并扣除两者重合的面积。本煤矿井田境界拐点范围内土地面积为1 469 500 m2，拨用宅基地面积为139 m2，两者重叠面积为0 m2，计算得出矿区面积为1 469 639 m2。矿区内土地利用类型有耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、交通运输用地、其他土地和城镇村及工矿用地，具体见表1。

表1 矿区土地利用现状统计

土地类型面积/m2占总面积比例/%耕地旱地246881.68水田504223.43园地果园315942.15茶园111080.76林地有林地124372484.63草地其他草地166881.14水域及水利设施用地坑塘水面49120.33交通运输用地农村道路119920.82其他土地田坎148931.01城镇村及工矿用地采矿用地145540.99村庄450643.07

矿区内压占面积为6 892 m2(含拨用宅基地面积139 m2)，主要涉及占地为旱地、有林地、村庄、采矿用地、田坎以及道路，具体见表2。矿区平面布置见图1。

表2 矿区用地规模及构成地类统计 m2

图1 矿区平面布置

2 土地复垦责任范围确定

2.1 已损毁土地分析

2.1.1 压占损毁土地

矿区范围内压占土地主要集中在主井场地、回风井场地、雷管库和炸药库，损毁形式主要为压占损毁，扣掉拨用宅基地面积，实际压占面积为6 753 m2。通过现场踏勘分析，现压占损毁区内土地质量受到严重影响，可视为重度损毁。

2.1.2 污染损毁土地

污染损毁土地主要包括生活和生产废水不正当排放及处理对周边土地的污染，地表污染物质通过扩散作用进入周边土地而影响土壤质量2种情况[5]。由于矿区已修建污水处理站,污水处理达标后再排放，因此，不涉及污染土地的分析。

2.1.3 沉陷损毁土地

根据矿区地质开采条件，选用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的概率积分法计算地表移动变形值。生产期土地损毁范围以各阶段地表沉陷预测下沉等值线10 mm线以内的区域视为开采沉陷土地损毁范围[6]。煤矿地表移动预计参数选取结果见表3。

表3 煤矿岩移参数选取结果

根据所选取参数预测最大下沉值、最大倾斜值、最大水平变形值(表4)，依据预测等值线(图2)可知损毁土地利用类型(表5)。

表4 已采区地表下沉、移动与变形预测结果

图2 预测已损毁区域下沉等值线(单位：m)

表5 已采区损毁土地分类及面积 m 2

通过现场踏勘和已采区沉陷对比分析，已采区内土地质量未受到采空影响，确定为轻度损毁。

2.2 拟新增损毁土地分析

2.2.1 压占损毁土地

参照矿山开发利用方案和矿山开采设计，生产期间不再新增压占土地。

2.2.2 污染损毁土地

开采过程中，严格按照矿区预防和治理措施控制污水对周边土地的影响，在此过程中不再新增污染土地。

2.2.3 沉陷损毁土地

参照表3所选取参数，根据煤矿后期开采计划预测出拟新增沉陷区最大下沉值、最大倾斜值、最大水平变形值(表6)，依据预测等值线(图3)可知新增损毁土地利用类型(表7)。

表6 拟新增沉陷区地表下沉、移动与变形预测结果

图3 预测拟损毁区域下沉等值线(单位：m)

表7 拟新增沉陷区沉陷土地利用现状 m2

依据《土地复垦方案编制规程—井工煤矿》采煤沉陷土地损毁程度分级参考标准，通过现场踏勘和已采区沉陷对比分析，从土地损毁程度预测结果可以看出，方案服务年限内采空对土壤质量的影响较小，地表有轻微变形，不影响农田耕种及林地、植被生长，水土流失略有增加，预测结果为轻度损毁。

2.3 复垦责任范围

由土地损毁预测分析可知，项目开采后形成1 597 849 m2(已损毁沉陷土地面积581 216 m2，拟新增沉陷损毁土地面积1 016 633 m2)的沉陷影响范围，压占损毁部分面积为6 753 m2。因此，复垦责任范围面积为164 602 m2。复垦责任范围内土地利用现状见表8，复垦责任范围示意见图4。

3 土地复垦措施及工程设计

3.1 复垦方向

综合考虑待复垦区内实际情况和采矿拟损毁程度，损毁土地的复垦方向在与目前土地利用总体规划相一致的基础上，切实保护耕地，提高耕地质量，保护生态环境，做到土地利用与生态环境相协调。复垦方向以农林为主，原有耕地尽可能复垦成为耕地;在不满足复垦成为耕地条件的区域，考虑以生态用地为主。矿区损毁土地复垦方向划分见表9。

图4 复垦责任范围示意

3.2 复垦措施及设计

3.2.1 工程技术措施

3.2.1.1 拆除工程

煤矿闭坑后，及时拆除临时建筑物并清除材料和废弃物。经统计，压占损毁区域共拆除砖木结构房屋面积为986 m2，简易结构房屋面积为237 m2，混凝土院坝面积为647 m2，砖墙、砖柱202 m3，铁轨道为300 m，拆除可利旧物总量为302 m3。

表8 复垦责任范围土地利用现状 m2

表9 矿区损毁土地复垦方向划分 m2

本矿区内交通条件良好，故采用机械方式拆除房屋、地面和基础整体。拆除材料全部运出复垦区进行分类及废渣处理。拆除大样见图5、图6，废渣转运示意见图7。

图5 房屋整体拆除大样

图6 混凝土地面拆除大样

3.2.1.2 地表清理工程

经统计，压占损毁区域中存在6 753 m2各种杂物及砾石，在进行覆土或翻耕前需要清理，使复垦后土壤适宜植物生长。

3.2.1.3 翻耕工程

压占损毁区域地表修建有建(构)筑物，经过多年压占，板结严重。地表建(构)筑物拆除后，通过深翻耕松土透气，能够满足植被生长要求。经统计，翻耕工程涉及占用损毁区复垦为耕地的区域，设计翻耕深度为0.3 m，面积为15 316 m2。

图7 废渣转运示意

3.2.1.4 表土剥覆

煤矿闭坑后，工业场地复垦为耕地及林地的区域需要客土。复垦为耕地的区域覆土厚度为0.4 m，复垦为林地的区域覆土厚度为0.3 m，均在周边耕地中土层较厚的区域取土。首先对取土区表土剥离，剥离厚度为0.2 m，人工挖土方，剥离的表土临时统一堆放；客土运至复垦区后，立即对取土区进行翻耕，将剥离的表土回覆至取土区，对取土区域进行土壤培肥，以保障生产力水平不下降。经统计，表土剥离取土是针对取土区表土剥离和取土，剥离取土面积为9 000 m2；表土覆盖主要包括取土区和压占区域，覆土面积为15 753 m2。取土点及客土点表土剥离覆土工艺流程见图8、图9。

图8 取土点表土剥离覆土工艺流程

图9 客土点表土剥离覆土工艺流程

3.2.1.5 排灌工程

采空区形成后，土壤涵养水源能力变弱是土壤耕地质量下降的重要原因。因此，针对沉陷损毁区耕地区域修建4口50 m3圆形嵌入式钢筋混凝土蓄水池，设计内半径为2.65 m，外半径为2.85 m，净深2.5 m，池壁采用M7.5钢筋混凝土砌筑，厚200 mm，底板现浇C20钢筋混凝土，厚200 mm；在每个蓄水池设置梯段，梯段总长5 m，宽1 m，总高2.5 m，每个台阶踏步宽0.3 m，高0.15 m，梯步采用C20钢筋混凝土现浇楼梯形式，主要布设φ8,φ10和φ14 mm钢筋。为避免人畜坠入，设置1.2 m 高、0.12 m厚的浆砌砖防护栏，同时也可以防止周围泥沙直接冲入。为方便取水和防止儿童进入，防护栏一侧加设钢筋焊接铁门，门洞宽1 000 mm，铁门净宽900 mm，高1 200 mm。蓄水池外部醒目处应标示“池深危险，严禁饮用”的说明，蓄水池设计大样见图10。

图10 蓄水池设计大样(单位：mm)

截排水设施主要配套蓄水池使用或针对工业广场排水沟修建，用于排泄坡面径流，减少水土流失。配套沉陷损毁区域蓄水池修建排水沟400 m、截水沟400 m；主井场压占损毁区域复垦为耕地的部分修建排水沟138 m，排水沟断面为300 mm×420 mm，沟壁采用240 mm厚M7.5砂浆砌砖，渠道底部为60 mm厚C20混凝土。混凝土底板每隔10 m设一道伸缩缝，伸缩缝采用沥青木板处理，缝宽20 mm。截排水沟设计大样见图11。

图11 截排水沟设计大样

3.2.1.6 道路工程

由于煤矿沉陷区内不会产生下沉盆地，对地形地貌影响较小，基本不会影响沉陷区内现有道路。因此，主井场压占损毁区域修建人行道路用于满足复垦区耕地生产和生活的需求。经统计，新修混凝土生产路采用C20混凝土铺筑，长269 m，宽0.8 m，厚0.1 m，路面每隔10 m设一道沥青木板伸缩缝，缝宽1 cm。当新修生产路纵坡大于15°时需设梯步，梯步高0.15 m，梯步踏面宽0.3 m。生产路设计大样见图12。

3.2.2 生物和化学措施

3.2.2.1 生物措施

结合本矿区自然条件和现状树种，本着适地、适树的原则，选择速生幼苗树种马尾松作为植被恢复物种。种植密度为4株/10 m2，成活率按照70%计算，种植位置及数量见表10。

坑穴为0.5 m×0.5 m×0.5 m，乔木选择带30 cm土球的树苗，估算土球方量为0.05 m3，折算为覆土深度为0.2m；在植树过程中，再覆土0.3 m。树苗选择健壮、根系发达的1 a生幼苗，幼苗管护3 a，成林管护2 a。乔木种植设计大样见图13。

3.2.2.2 耕地土壤培肥措施

土壤培肥工程涉及占用损毁区复垦为耕地的区域及取土区，有机肥施用量为0.1 kg/m2，经统计，面积共计15 316 m2。

3.2.3 监测措施

本煤矿在进行煤炭开采后会产生沉陷，需要对沉陷区内开采前后稳沉期内土地进行全程动态监测，以便及时了解沉陷区内地表拉裂、沉陷的位置及程度。经测算，本矿区需动态监测7 a。沿煤层走向和倾向共布设3条测线，总长4.84 km，并在沉陷区内设置6个观测点。地表变形监测线监测频率为2个月一次；地表变形监测点监测频率为一个月一次。监测期限内按三等水准精度观测，并及时整理观测资料，计算沉降结果，与预测成果进行对比分析[7]。