一种基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦方法

摘要

本发明公开了一种基于泥浆混合的采煤塌陷区煤矸石充填复垦方法，包括以下内容：以采煤塌陷区煤矸石为填充基底，充填至离常水位线下约10cm处，夯实整平后上覆一层约3cm厚的植物残体，然后再充填煤矸石至常水位线，同时在煤矸石缝隙中充入满粘质或壤粘质泥浆，并夯实整平；继续再在其上充填煤矸石，同时在矸石缝隙中充满壤质或粉壤质等质地的泥浆至达到上覆表土层所需要的标高，最后在其上覆盖一层设计厚度的肥熟土，平整后，恢复利用。本发明的优点为：填充时不需筛选煤矸石大小，直接填充；且可解决上覆土壤与地下潜水间的连通问题以及上覆土壤的漏水漏肥、抗旱等问题；同时节约熟土资源，避免大量取土后造成的其它土地资源的破坏。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤塌陷地充填层的充填方法，尤其涉及一种基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦方法。

背景技术

自上世纪中叶以来，随着社会经济发展，煤灰开采和利用总量持续增加。地下煤炭的开采导致大面积地表沉陷和大量的煤矸石产生。在潜水位较高的平原矿区，沉陷区的地势更加低洼而易积水，导致耕地无法耕作。长期以来，我国乃至国外的煤矸石只有少量用于建材或其它领域，煤矿区堆积如山的矸石山既压土地资源，又污染了环境，同时也影响景观的美感。因此，多数煤矿企业选择煤矸石作为塌陷区充填复垦的材料。

通常，利用煤矸石作为充填复垦的垫层，几乎都是将煤矸石直接运抵塌陷区倾倒，并整平到一定标高，不考虑煤矸石的块状结构，大块小块混合充填，然后再上覆一定厚度土层，其结果由于充填煤矸石间孔隙大，不保水也不保肥，上覆土壤水肥也易下渗损失，下层潜水也无法上升至上覆土层以补给上层覆土，导致复垦土壤易干旱且肥力难以较快提高，土地生产力不高。

如何解决这一问题，学者们做许多尝试，如增加上覆土层厚度，筛分煤矸石块，分级充填等。这些方法和技术，对于上述问题解决起到一定作用，但这些方法的不足在于，增加了熟土的使用量和筛选矸石的成本，另外也不能完全解决问题。因此，应进一步加强矸石充填复垦技术研究，以全面解决上述问题。

发明内容

鉴于上述所述，本发明提供一种基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦技术方法，本发明的目的不仅能治理煤矿区土地塌陷问题，也能够解决煤矸石的压占问题，更大的意义在于可以有效地消除以往矸石充填复垦技术中存在的上覆土壤易漏水漏肥且易干旱的问题，具有重要的应用价值。

本发明的技术方案基于已了解和把握待复垦区的面积，平均深度，最大深度以及待复垦区的地形特点和充填待复垦区的煤矸石的空隙率和标准高进行计算基础上，根据复垦工程设计标高，计算待充填的煤矸石用量、混充用泥浆用量以及上覆肥熟土壤用量。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦方法，包括以下步骤：

第一步，在采煤塌陷地的塌陷坑底至距离常水位线以下8-12cm处，只充填煤矸石块，夯实整平，这样可以保证潜水在煤矸石块间大孔隙流动，从而确保上覆土层土壤补给用水；

第二步，在第一步的基础上覆一层厚度为2-4cm的植物残体，其中，植物残体为小麦、水稻或其他禾本科植物的残体；

第三步，在第二步的植物残体上继续充填煤矸石块至常水位线位置处，同时采用泥浆泵将用于充填的粘质或壤粘质泥浆填充物充入此步骤的煤矸石间的缝隙中，尽量保证煤矸石块间缝隙完全充满泥浆，夯实整平；

第四步，在第三步完成的基础上，继续充填煤矸石块至上覆表土层所需要的标高，并同时采用泥浆泵将壤质泥浆充填物或粉壤质泥浆充填物或粉质泥浆充填物或粉砂质泥浆充填物充入此步骤的煤矸石块间的缝隙中，待泥浆填充物填充完毕后，将泥浆填充物和煤矸石块适当碾压平整；

第五步，在第四步完成的基础上进行上覆表土层覆土，覆土时依据大农业利用类型分类设计上覆表土层的厚度：粮食类农业利用，上覆表土层的厚度为30-50cm，林业和牧业利用，上覆表土层的厚度为10-15cm。

上述步骤中，常水位线为塌陷区积水的常水位线或者周边未塌陷区潜水的常水位线，当塌陷区常水位线高度高于周边未塌陷区潜水的常水位线时，泥浆类填充物以塌陷区积水的常水位线为充填位置参考线；当周边未塌陷区潜水的常水位线高于塌陷区积水的常水位线时，泥浆类填充物以周边未塌陷区潜水的常水位线为充填位置参考线。

上述步骤中，覆一层植物残体的作用为可有效阻止下层潜水对上层煤矸石中泥浆的漂洗作用，也可以防止加注泥浆时泥浆直接流到下层的煤矸石块缝隙中。

上述步骤中，充填的粘质或壤粘质泥浆填充物充入距离常水位线向下8-12cm处至常水位处的煤矸石间，充填粘质或壤粘质泥浆填充物的目的在于这类泥浆具有粘连性，可以增加与煤矸石之间的连接性和紧密型，当粘质或壤粘质泥浆填充物与煤矸石慢慢沉淀紧实后，形成一层隔水层，可以有效阻止大股地下潜水上渗到上覆表土层造成的土壤表层盐渍化。

上述步骤中，常水位线位置至上覆表土层之间的混充层采用壤质泥浆充填物或粉壤质泥浆充填物或粉质泥浆充填物或粉砂质泥浆充填物填充入煤矸石间的缝隙中，充填壤质泥浆充填物或粉壤质泥浆充填物或粉质泥浆充填物或粉砂质泥浆充填物的目的在于这类泥浆粘连性一般且较松软，可以松散的填充在煤矸石间隙中，起到作为连通上覆表土层与底层潜水之间的毛管孔隙作用，以便从底层渗上来的潜水可以进一步通过毛管孔隙作用上渗到上覆表土层，以补给土壤水分。

上述步骤中，上覆表土层填充用土为肥熟土；其中，优选地，熟土填充物为壤质土；若为砂质土，混合添加壤质土和粘壤土，并施入腐熟有机质，改变土壤结构使之恢复至普通的壤质土。

本发明的优点在于：

1.不用考虑用于充填的煤矸石的大小，只考虑从什么位置开始混充泥浆类充填物，方法简单易行；

2.解决了上层覆土与下层地下潜水之间的连通问题；

3.解决了上覆土壤的漏水漏肥问题；

4.提高了上覆土壤的抗旱能力；

5.减小上覆土壤层厚度，可以较大程度节约熟土资源，同时可以避免大量取土后造成的其它土地资源的破坏。

附图说明

图1：为利用本发明的基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦方法实施的剖面结构示意图，

其中，1-上覆表土层；2-壤质泥浆充填物或粉壤质泥浆充填物或粉质泥浆充填物或粉砂质泥浆充填物；3-煤矸石块；4-常水位线；5-泥粘质泥浆充填物或壤粘质泥浆充填物；6-植物残体；7-矸石块缝隙间可流动潜水。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例只仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石块充填复垦的方法，包括如下步骤：

1.待复垦区情况摸底以及整理

测量计算待复垦区的面积，平均深度，最大深度，对待复垦区的地形特点以及复垦工作量把握，对充填煤矸石的空隙率和标准高进行计算，根据复垦工程设计标高，计算待充填的煤矸石用量、混合用泥浆用量及上覆土壤用量。

2.寻找确定混合充填用泥浆类物料

就近取材，在待复垦区周边一定范围内寻找适合用于填充煤矸石孔隙的物料，如粉砂质土壤、壤质土壤、粘质土壤、淤泥或其他可加水成为流体状的安全的废弃物料等。

3.煤矸石块和起始位置泥浆混充层混的充填

第一步，将经过化学性能和有毒元素状况测试符合充填要求的煤矸石块充填入塌陷坑底，并至标高为常水位线位置以下10cm处，此步骤中只充填煤矸石块，夯实整平，目的在于可以保证地下潜水在煤矸石块间大孔隙流动，从而确保上覆表土层土壤的补给用水；

第二步，在第一步的基础上覆一层厚度为3cm的小麦植物残体，其中，小麦植物残体可有效阻止下层潜水对上层煤矸石中泥浆的漂洗作用，也可以防止加注泥浆时泥浆直接流到下层的煤矸石块中；

第三步，第二步的植物残体上继续充填煤矸石块至常水位线位置处，同时采用泥浆泵将用于充填的粘质或壤粘质泥浆填充物充入煤矸石间的缝隙中，尽量保证煤矸石块间缝隙完全充满泥浆，夯实整平；其中，充填的粘质或壤粘质泥浆填充物充入煤矸石块间，慢慢沉淀紧实后，形成一层隔水层，可以有效阻止大股地下潜水上渗到上覆表土层，造成土壤表层盐渍化；

第四步，在第三步完成的基础上，继续充填煤矸石块至上覆表土层所需要的标高，并同时采用泥浆泵将壤质泥浆充填物或粉壤质泥浆充填物或粉质泥浆充填物或粉砂质泥浆充填物充入此步骤中的煤矸石间的缝隙中，待泥浆填充物填充完毕后，将泥浆填充物和煤矸石碾压夯实平整，此填充层的目的起到作为连通上覆表土层与底层潜水之间的毛管孔隙作用，以便从底层渗上来的潜水可以进一步通过毛管孔隙作用上渗到上覆表土层，以补给土壤水分。

4.上覆表土层覆土

在上述整个步骤完成的基础上进行上覆表土层覆土，覆土时依据大农业利用类型分类设计上覆表土层的厚度：粮食类农业利用，上覆表土层的厚度为30cm，林业和牧业利用，上覆表土层的厚度为10cm；当作物成长扎根至上覆表土层下的泥浆填充层时，作物的根系分泌的有机物质可以促进煤矸石块的破碎细化从而风化成土，从而使采煤塌陷地的土壤结构慢慢得到改善。

基于以上所述，利用本发明的基于泥浆混合的采煤塌陷地煤矸石充填复垦技术方法，在改良煤矿区复垦工艺的同时，可以解决矸石堆积压占土地、污染环境、影响景观等问题，也可以解决塌陷地充填物料缺乏和上覆表土层用土量大等问题，同时可以达到使复垦土壤保水保墒的效果以及防止水肥下渗损失、覆表土层易干旱或干湿交替过于频繁等问题；具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。而且，本发明的充填复垦方法材料来源也具有多样化，限制性小，操作简单可靠，具有很高的应用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。