[发明专利]黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山环境保护技术领域，特别涉及高潜水位平原矿区黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法。

技术背景

在中国的东部平原地区，存在着淮南、淮北、徐州、兖州、济宁等几大矿区，这些区域由于地下潜水位较高，沉陷后积水情况严重，有些地区的耕地损失量能达到50%以上。对于该类地区土地复垦的研究最早引起了各方学者的重视。中国土地复垦虽起步较晚，但发展十分迅速，已产生了许多实用的复垦技术，但目前常用的挖深垫浅、煤矸石充填、粉煤灰充填等复垦方式均不能很好的解决该类地区人多地少的矛盾。挖深垫浅复垦的耕地面积较少，煤矸石或粉煤灰充填需要大量的复垦材料，而且运距大，经济成本高，充填后，填充物所含的一些化学成分或重金属对农作物生长和产品质量都有影响，而且目前矿区已基本将煤矸石、粉煤灰等工业废弃物加以资源化利用，没有足够的可供充填的煤矸石或粉煤灰。根据部分矿区采煤沉陷地靠近黄河的特点，引黄河泥沙对其进行充填，使其恢复耕地，是一种行之有效的措施。引用黄河泥沙充填复垦，不仅可以合理利用黄河水沙资源，而且能够最大限度地增加耕地面积，缓解矿区人地矛盾；在恢复耕地的同时十分有利于降低黄河河床高程，提高防洪效益，能够解决引黄济青、济津工程的淤泥处置难题；压煤村庄搬迁选址不再是难题，而且搬迁村民也不用远离乡土，耕地资源的恢复有利于社会的和谐稳定。

引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的最终目的是再造耕地，土壤重构是土地复垦的核心内容；土壤剖面重构是土壤重构的关键；重构土壤的质量是检验土壤重构的主要标准（胡振琪等,2005）。因此重构优良的土壤剖面至为重要。在高潜水位平原矿区，土壤剖面重构的关键问题是后期覆盖表土的来源和充填基质的排水速率，这两者又涉及到充填工艺和排水工艺，而重构土壤剖面的质量优劣又与覆土厚度紧密相关。因此，引黄河泥沙复垦采煤沉陷地的关键是充填和排水。中国部分矿区已对引黄河泥沙（湖泥）充填沉陷区进行了一些积极探索。其中，对引用湖泥充填沉陷地研究较多。刘光荣（刘光荣,1995）对特大型矿井采煤引起的地表沉陷治理提出了相应的对策，对靠近南阳湖的济宁二号井、三号井面积为29.5km²的沉陷区，提出采用南阳湖湖泥充填沉陷区进行治理的方法。薛世新（薛世新,2006）、邹朝阳等（邹朝阳等,2009）、时洪超（时洪超,2010）在分析大屯公司采煤沉陷地现状的基础上，对比分析了用土回填、挖深垫浅、煤矸石或粉煤灰充填和湖泥充填的优劣，提出了包含取土区标志设立、排泥管铺设、充填区围堰填筑、挖泥船施工、排水、固结、土地平整和水利配套等7个步骤在内的湖泥充填施工工艺，并在张楼村、陶官屯村、王庄村、大屯村和徐庄矿采煤沉陷地进行了实地应用。此外，中国在黄河下游开展淤背固堤工作已有50多年的历史，历经自流放淤、提水淤背和机淤固堤三个阶段，其淤筑工艺包括淤区清基与围格堤填筑、泵淤设备和输送管线布设、淤区排水沟与辅道的修筑、淤区吹填、排水与包边盖顶等，但经过近40年的改进完善，引黄机淤固堤技术的提升仅限于挖取沙设备功效提高方面。国内学者针对黄河滩区放淤的研究主要集中在放淤固堤固结排水以及引黄灌区沉沙池泥沙覆淤还耕模式、泥沙农田化处理技术等方面。

总体来看，现有湖泥充填工艺、黄河下游的滩区放淤工程以及部分矿区自主开展的近距离引黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的技术还存在以下不足：（1）现有的湖泥充填工艺以及黄河下游的滩区放淤工程缺乏充填区域的合理划分、充填区域过大；（2）对于高潜水位平原矿区的采煤沉陷积水区域，现有的直接充填工艺在充填完成后缺乏足量的覆盖表土、缺少表土剥离工艺；（3）现有的引黄河泥沙充填复垦工艺为自然排水，排水断面小，由于充填的泥沙层厚，排水固结时间长，充填材料中的多余水分迟迟不能排走，为后续土地平整及表土覆盖工作带来了很大的困难；（4）现有的泥沙充填排水工艺为直接排水，未采取挡沙措施，在排水的同时也带走了大量泥沙，易导致排水沟渠淤积。

发明内容

本发明的目的是为解决上述难题，提出一种黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，通过确定黄河泥沙充填条带走向和尺寸、开挖排水沟、修建中央田间道路、隔带分层剥离表土和心土、在充填条带靠近排水沟一端设置挡沙排水设施等措施，以快速沉淀泥沙，排走清水，并通过确定科学的覆土顺序和厚度，为设计科学合理的农业重构土壤剖面奠定基础，最终为引黄河泥沙充填复垦高潜水位平原矿区采煤沉陷地的现场实施提供技术支撑。

本发明提出的黄河泥沙复垦采煤沉陷地的充填复耕方法，技术流程图如图1所示，其特征在于：