基于采煤塌陷地的覆被设计

【摘要】通过收集济宁兖矿三号井才采煤塌陷区的资料，调查当地已实施的整治措施，结合其他地区塌陷地治理措施对该地区现状进行综合分析，并探讨对该地区进行覆被设计。

【关键词】三号井 采煤塌陷 覆被设计

一、研究背景

众所周知，我国是一个以煤炭为主要能源的国家，能源结构中煤炭占70%以上，煤炭储量丰富。其中因采煤造成的塌陷城市有40座，占煤炭城市总数88.9%，严重塌陷的城市有25座占煤炭城市总数的56%。其中，济宁市采煤区塌陷情况尤为严重，因此对当地采煤塌陷区的覆被设计是刻不容缓，值得关注和研究的。

二、三号井田基本条件

三号矿井位于山东省济宁市以南14km处，隶属于兖矿集团公司。井田南北走向长10km，东西倾斜宽10-13km，面积110km2。本区煤层为二迭系山西组和石炭系太原组，可采和局部可采煤层有8层，总厚平均为10.44m，主要可采煤层（3上、3下）平均厚6.21m。煤系上覆第四系表土层，平均厚182m，第三系红色砂岩厚平均262m。井田地质构造中等偏简单，以南北向断层为主，具有明显规律性，多为东升西降的正断层，地层埋藏平缓，东部小于5°，西部5-9°。水文地质为中至简单类型。煤质主要为低灰、低硫、低磷、高发热量的优质气煤，是良好的动力用煤和炼焦配煤。

三、地表塌陷现状

矿井至1990年底已累计开采面积289.3万m2，到1989年底因塌陷征地3382.6亩，矿井万吨煤塌陷征地率为1.62亩。塌陷征地费用已高达1.3万元/亩。在1990--2000年期间，因开采塌陷需搬迁的有4个村庄，至2020年，本矿共需搬迁的有25个村庄。为避免新迁址重新压煤，多数村庄需搬到井田以外，给农民生产和生活带来不便。

四、塌陷区综合治理方案

（一）覆被设计方案

充填复垦实验区设在二采区东翼，用歼石充填复垦，提供宅基地，以保证10301工作面按计划于2005年底投产，并为以后向充填复垦的塌陷区搬迁更多的压煤村庄提供经验。

可行性分析。①充填物料：经地质部门鉴定，该矿歼石主要由砂岩、炭质页岩组成。其主要或份为5102，约占59%：其次为A12氏，约占18%，含硫量很少，只占0.83%。放射性及有害痕量元素均不超限，是理想的充填物料。②地基稳定性：为保证十采区第一个工作面按时投产，要求刘家楼必须在2005年底以前完成搬迁。而二采区东翼的开采结束时间为2003年10月。经一年多的时间，至1997年塌陷区己趋于稳定，基本具备迁村条件。③抗变形结构设计：有关设计部门己在南票、铁法等矿区成功地进行了各种类型的抗变形建筑结构设计，取得了很多成果，结合防震要求，民房可抵抗较强的地表水平变形影响，抗变形结构附加费仅为20%。

（二）非充填复垦

按年产原煤300万t，下沉率按76%计算，该矿平均年塌陷体积为250万m3，而年排研量仅45万m3，有76%的塌陷区得不到歼石充填。因此，非充填复垦，恢复农业用地，在塌陷区的综合治理中，占有更重要的地位。

（l）塌陷区破坏特征。塌陷区对耕地破坏特征为：①产生坡地变化；②形成积水。至2005年，五采区上部8个工作面已全部采完。

（2）地表塌陷稳定性分析。五采区西翼自1981年底投产以来即开始回采，塌陷盆地已形成。塌陷盆地中央已出现较大面积的基本稳定区域，其最大下沉值达到7.134m，接近极限值。至2005年五采区西翼煤层将全部开采完毕，下沉盆地将最终稳定，预计最大下沉值为7.176m，因此西翼塌陷区已具备综合治理的条件。

（3）非充填复垦规划。根据耕地破坏特征，复垦的原则为：开发底部季节性积水区（下沉值超过6.sm）；非积水区（下沉值小于6.5m）的坡地整修为宽条水平梯田。①分期治理：五采区西翼塌陷区根据工作面采出先后，划分为四个区，分四个时期进行治理。第I区：为目前的复垦实验区，即己结束的5303、5304和5305工作面上方的塌陷区，面积为66.3ha。第Ⅱ区：1995年复垦治理实验区，为5301、5302工作面上方塌陷区，面积为55.5ha。第Ⅲ区：2000年复垦治理区，为1301工作面.上方的塌陷区，面积50.6ha。第IV区：2000年以后复垦治理区，为5300、5307、5308工作面上方塌陷区，面积为44ha。至2005年，塌陷区最大积水面积为27.2ha，体积19.2万m3。规划积水区一部分作为兼有蓄水、浇灌、养殖功能的水塘，另一部分垫高作为水田或早田。②积水区复垦治理：首先在第工区下沉值超过7m的区域挖一个100x50m的水塘，将水塘挖成阶梯形。假定原地面标高为O，第一台阶挖至-9m，挖探2m，土方量1万m3；第二台阶为50x30m，面积为0.15ha，挖深2m，底面挖至-1.lm，土方量0.3万m，O以上总挖土方量1.3万m，垫于下沉值大于6.5m的区域，使其略高于-6.5m，作为水田或早田，以平均垫高0.35计，约可垫成3.7ha。③非积水坡地的治理：对塌陷盆地中不积水坡地的复垦治理方法，主要是修整为宽条带水平梯田，以消除坡地的水土流失和失肥现象，使其具备浇灌条件。考虑塌陷区坡度不超过1.80，采用台阶高度lm，将坡地平整为水平梯田，梯田最小条带宽为31m，最大宽度为巧6m，最大挖土深度和垫土深度均为0.5m。为耕作方便，向塌陷区内修一条5m宽的道路，并在一侧设置浇水管路，以1编的坡度倾斜，各阶梯水田沿等高线布置，最后流向底部蓄水池。

五、结语

综上所述，本文针对采煤塌陷地的覆盖设计，未雨绸缪，预先规划、利用研究，将其与整个矿区的生态环境、景观设计联系起来。一些矿区还成立房地产公司，将用煤研石烧结砖开发节能建筑，兴建节能生态新村，并与压煤村庄搬迁相结合，取得较好成效。同时，煤矸石的综合治理与利用，对尽早建立、推进我国矿山建筑学科具有意义重大，值得深入研究。

参考文献：

[1]苏丽萍.采煤塌陷区生态治理评价体系及方法构想 [J].煤炭技术，2012.

[2]吴鹏.论采煤塌陷区生态修复法律制度的完善[J].资源科学， 2013.