元宝山露天煤矿二井沉陷区土地复垦规划

1、1引言元宝山露天煤矿设计生产原煤产量500万t/a。年剥离岩土10001500万m3。该矿排土场占地1790 hm2,排弃容量124736.8万m3。目前,西、南汽车排土场已排满到界,南排土场现排弃标高为+580m,地表标高为+490m,高出地面90m;西排土场排弃后标高比地表标高出90245m。这些高差较大的排土场地貌在没有进行生态恢复的情况下冬春季节极易扬尘扬沙,夏季经雨水冲刷又极易形成泥石流和滑坡,冲埋附近的农田,损害周边环境,造成安全隐患。因此,利用元宝山露天煤矿排弃的剥离物填埋二井塌陷区,并进行土地复垦,可形成大面积人造平地,进而改造成良田,既可减少矿山部分购地,又可充分利用矿山废弃

2、地,是利国、利民、利企的工程。2元宝山矿二井塌陷区概况由于长期开采,元宝山矿区形成了大量的塌陷地,面积近260hm2,其中位于元宝山露天煤矿西排土场南侧的二井塌陷区为81.3hm2。塌陷区为盆地地形,其中塌陷坑众多,有1个长1540m的“Y”字型大沟于南北方向贯穿整个二井塌陷区。塌陷区内除有刘家店小煤矿和数以千计的坟墓外,几乎没有其他重要设施,其地表标高为+520m-+620m。另外,二井工业广场面积为52.3hm2,地面设施主要有原二井工业厂房、高压线、铁路和井筒等。我们把二井塌陷地、二井工业广场和一井塌陷地、一井工业广场及其附近可利用的土地统称为二井区。二井区的已征购地总面积为229.2h

3、m2。其中,林地7.7hm2。3二井沉陷区排土方案设计第一期排弃工程的移动胶带的起点布置在坐标为(87050,39868,标高为+590m(采用1954年北京坐标系,黄海高程系,下同,另一端置于点(87354, 39642处,标高+600m,胶带长380m。以起点为圆心逆时针旋转移动胶带,排土机排土,胶带机头旋转到点(87235,39540处时,加长胶带至700m,机头标高为+608.5m;胶带机头旋转到点(87237,39193处时,加长胶带至973m,机头标高为+615m;而后以不变带长进行排弃,排弃过程中胶带机头标高随塌陷区地形不断降低,直至胶带端点旋转到点(86109,39620处时,

4、标高为+580m,即完成了第一期的排土工作,然后再重新布置胶带开始第二期排弃工程。第二期排弃工程开始时,首先加设1条长922m 的固定胶带,起点还是点(87050,39868处,另一端布置在第一期排弃工程形成的上排台阶上,其坐标为(86186,39545,标高+595m。然后再用1条1029 m长的移动胶带与该固定胶带连接,另一端置于坐标点(87000,38915处,标高+625m。排弃作业时,移动胶带以起点为圆心带长为半径做逆时针旋转,排土机随之进行排土作业,直至端点旋转到坐标点(95799,38591处。在第二期排弃工程进行过程中,胶带长度始终保持不变,端点标高随地表标高的降低而逐渐降低,

5、第二期排弃工程结束时,最后标高为+590m。元宝山露天煤矿二井沉陷区土地复垦规划范军富,刘志斌(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新123000摘要:在分析元宝山露天煤矿采矿与排土现状的的基础上,设计了元宝山露天煤矿二井沉陷区的排土方案,并对二井复垦地作了规划设计研究,建立了复垦地植被类型及植被配置模型。通过对元宝山矿二井塌陷区的填埋治理造地改善了矿区周边的地质环境,减少地质灾害,同时使水土流失得到有效控制,生态环境得到明显改善。关键词:沉陷区;排土场;植被配置;水土保持中图分类号:TD88文献标识码:B文章编号:1671-9816(200605-0045-04收稿日期:2006-07

6、-01作者简介:范军富(1974-,男,山西大同人,工学硕士。2002年毕业于辽宁工程技术大学,现辽宁工程技术大学资源与环境工程学院环境工程系教师。从事矿山环境工程的教学和科研工作。45第三期排弃工程仍然是在东三线末端的点(87050,39868处开始,首先布置一条600m长的固定胶带,端点置于坐标点(87482,39453处,标高+ 650m。然后在该点接一条600m长的移动胶带至坐标点(87608,38867处,标高+650m。而后排土机开始逆时针排土,胶带长度随前2期排弃工程形成的排土台阶最上部的坡顶线范围而变化,同时满足保安平台和排土场帮坡角的要求,直至胶带旋转到点(86377,395

7、03处。在第三期排土作业过程中,胶带标高始终为+650m,上排台阶标高为+665m。4二井塌陷区土地复垦规划设计4.1排土场发展规划根据露天矿采剥工程进度计划推算出各年度的采剥工程位置、工程量。按排土方案设计,预计到2018年左右二井区排土场可形成,二井塌陷区最终可形成的复垦绿化面积215.8hm2。其中最终形成的平台绿化面积为74.6hm2、下部平台绿化面积为75.7hm2、台阶坡面绿化面积为65.5hm2。4.2二井塌陷区土地复垦对排土工程的要求在剥离物的排弃过程中,首先要考虑复垦对土地的要求,保证排土场表面覆土厚度,同时还要考虑在排弃过程中对已经覆盖在最终设计标高平盘上的表土尽量不要有大

8、型设备的碾压,以保证上覆表土的松散度,降低在复垦过程中对土地松土的再投入;排土设备进行排土时,应尽可能保证排土平盘的平整度,减少后期进行土地复垦时平整地表的再投入。4.3采矿、排土与复垦工程的协调发展采矿、排土与复垦工程的协调发展,就是要在保证采煤工程的前提下,剥离工程正常进行,剥离物采出后能够按计划排弃到位,在采、排过程中,协调好复垦对排土场表土的要求,保证将适宜于植物生长的表土排弃在排土场的表面。同时,排土工艺应与复土工艺相结合。根据露天矿采剥工程进度及排土场排土进度,预计从2008年开始排土,排土场各年度土地复垦面积见表1。4.4二井塌陷区复垦地地表整形表1二井沉陷区排土场各年度复垦绿化

9、面积估算表4.4.1覆土来源二井沉陷区最终形成的排土场复垦绿化面积为215.8hm2。根据开发建设项目水土保持方案技术规范(SL20498,作为农地用的,一般覆土0.81.0m;作为林地用的,覆土0.5m以上;作为草地用的,覆土0.3m以上。由二井塌陷区复垦土地再利用规划中土地适宜性分析知,2号排土场台阶坡面种植永久性草灌,平台种植经济林或牧草或灌木,其覆土厚度均为0.5m,需要覆土32.75万m3;考虑平台复垦后与农民易地,可能作农田用覆土厚度为1.0m,需要覆土150.3万m3,总共需要覆土183.05万m3。就元宝山露天矿的地质情况来看,上覆表土层厚度约12m,大部分剥离物为河卵石。根据

10、该矿每年推进的速度,每年产生的可用于覆土的表层剥离物大约45万m3左右。复垦过程中如果采用上覆表土的话,如采用近期剥离表土则土源不足;如果延长覆土时间会使表土运距加大,排土场剥离物暴露时间太长也易产生砂化。同时采矿排土工艺也不允许,因此,二井沉陷区复垦地覆土采用提前保留表土方案。覆土取自二井沉陷区表土。二井沉陷区形成排土场占地约229hm2,由于冲沟、沉陷等原因部分区域取土困难,二井区域取土及表土存放位置见图1,总计面积133hm2,取表土厚1.5m,可取表土199.5万m3,完全满足覆土需求量。为了不影响排土作业,保留表土应在沉陷区排土场排土前剥离完成。4.4.2覆土工艺覆土时,自卸卡车采用

11、“后退式”堆卸方式,这样可以避免超重自卸卡车碾压,保持土体疏松。自卸式卡车按一定的次序倾倒覆土,在平台上形成有序排列的土堆,即“堆状地面”。“堆状地面”有助于控制排土场平盘的沉陷侵蚀。通过“堆状地面”覆土法,不碾压,使地表不产生裂隙;降水很容易就渗入地表的虚土层,不产生径流。在形成“堆状地面”时,要求“堆状”尽可能均匀。4.4.3场地整治覆土后的场地整治,主要是为了满足保水排水的年度2008200920102011201220132014201520162017201820192020202120222023总计平台6.02.63.014.616.917.316.815.816.217.623

12、.5150.3斜坡3.94.55.66.97.37.12.73.95.45.612.665.5累计9.97.18.621.524.224.419.519.721.623.236.1215.8注:从第一排土阶段结束后开始逐年对形成的排土场进行复垦。hm2 46目的,控制沉陷侵蚀,平整田面,为植被重建作准备。场地整治的具体做法是:平盘整治成水平小区,使地面呈小平大不平,其间修筑隔离堤,坡地开挖排水沟,做到小雨不外流,大雨可截流疏排;坡面考虑到覆土后易产生坡面泥石流,导致恢复的植被被毁坏,故采用栽植“活篱笆”(密植的灌木或多年草本植物防止水土流失。4.5排土场水土保持工程排土场发生滑坡的主要原因是排

13、弃物料由于含水量升高和坡面径流冲刷综合作用的结果,因此要防止降水过多入渗和坡面径流的产生。通过对西排土场现场调查结果看,排土场土壤侵蚀主要有浅层小型滑坡、边坡局部滑坡、边坡侵蚀沟。造成这3种侵蚀的主要原因是:由于降雨大量入渗,土料容重增加,内摩擦角和凝聚力降低,加之平台径流从边坡下泄的冲刷,使原本稳定的边坡失稳而滑坡;由于降雨在平盘上形成的径流,沿台阶斜坡面下泄,形成冲沟,久而久之,导致滑坡;台阶坡角有积水,未能尽快排除,使坡角土料成饱和状态,c、值大幅度下降,边坡因而失稳。所以修筑防渗和防水系统是防止滑坡和水土保持的有效手段。4.6排土场再植被工程复垦区地形整治以后,应尽快恢复植被,以有效地

14、控制水土流失,改善矿山生态环境,同时恢复土地的生产力。由于排土场自然生态条件较差,仅靠自然恢复植被达到生态平衡,需要很长时间,而且植物种数也很少,不能达到防风固土、土地复原的作用。因此必须采用人工改良土壤和植被措施。4.6.1复垦地土壤的改良矿区植被恢复最主要的限制因子是土壤肥力,而排土场土壤质地差、无任何土壤结构、渗透性差、土壤坚实、土壤有效水分和有机质含量极低,不利于植物生长,因此,必须进行土壤改良和熟化。种植豆科牧草是改良土壤的较好方法。种植豆科牧草增加土壤养分,加速土壤熟化。豆科灌木或牧草有固氮作用,其植物(有机物可通过多种方法归还土壤,如绿肥压青、秸杆还田。如此几个循环后土壤的肥力大

15、大提高。既省钱见效又快。4.6.2先锋植物、适宜树种的选择矿区所属植物区系的自然植被种类有50多个科目200多种的植物,主要有:菊科、豆科、禾本科、蔷薇科、杨柳科等。在200多种植物中,饲用植物有40多种,主要有野豌豆、草木樨、羊草、羊茅、山韭、芦苇、胡枝子等;药用植物有:柴胡、黄芪、委陵菜、远志、车前、沙参、百里香、甘草等。根据复垦区的气候、土质条件及水土保持的要求,较适宜该地区生长的草本植物有紫花苜蓿、沙打旺、草木樨、甘草;灌木类植物有柠条、沙棘;乔木类树种有油松、小叶杨、旱柳、刺槐杉;经济类树种有山杏、大扁杏等。4.6.3植被配置模式植物配置应适应当地的自然条件和立地条件、符合先锋植物和

16、适生树种的生理生态习性、管理简单易行、投资少、见效快、符合植被自然演替规律、有利于植被的稳定和持续发展。(1防护林带植被配置模式。在排土场周边栽植防护林带,可防止径流冲刷的水土危及界外田地。防护林带宽度不小于3050m。该矿区全年以西北风为主,春夏季多为东南风。年平均风速3.7m/s,八级以上大风日数为5055d。所以,在650平盘的西北部、东南部先期种植先锋树种小叶杨,待其达到防风固沙形成风障及立地条件改变后,这时小叶杨又呈现“小老树“时,再以栽植油松、樟子松逐渐代替。油松与沙棘等灌木行间混交,初期有良好的生长效果,混交林下土壤腐殖质增多,根系发育好,保持水土效益增强,且早得收益。(2平台植

17、被配置模式。排土场平台占整个排土表土存放区表土存放区图1二井区域取土位置图47场面积比例较大,宽阔平坦,覆土层较厚,初期有非均匀沉降,表面土体疏松易造成严重的水土流失。为了防止地面硬化、水土流失,排土场覆土后可立即种植牧草、用材林、灌木林等。覆土后,地表将成为一面积很广阔的“人造平原”,初期可种植牧草发展养殖业,形成生态牧业产业链,力求在绿化的基础上,获得最大的经济效益。同时,经过牧草栽植、压青,土地逐渐肥沃,为农业发展奠定了基础,以后可种植经济类农作物。平台四周设置乔、灌结合的防护林带,其内部为网格状的道路和防风林网。内部防风林带及牧草地的设计。为了便于管理和运输,内部设计成网格状牧草地,牧

18、草地四周设置防风林带,林带以两排乔木混交灌木组成,在两牧草地的防风林带之间设置4m宽的道路,整个复垦地形成道路与林网结合纵横交错。内部防风林带配置模式。杨树×杨树,株行距2m×3m,春季采用植苗移栽、穴状整地。在树行间栽植沙棘株,株行距1m×1.5m,杨树注意苗木修剪、病虫防治。牧草地设置成网格状,这样不但利于整地,同时也有利于灌溉。牧草以草木樨、沙打旺、苜蓿、甘草等豆科类为主。春季豆科牧草直播,紫花苜蓿、沙打旺、草木樨按比例混播。(3斜坡植被配置模式。排土场坡面角度较大,坡度较陡易形成沟蚀。但斜坡植被工程是土地复垦和植被重建中最重要的基础,工程技术难度大,土质较

19、差,因此覆土后必须立即恢复植被,成为斜坡永久性植被。按照土地复垦、水土保持的要求,根据其水土流失规律,沿等高线布置。一般在坡体中上部栽植以沙棘、柠条为主的灌木与豆科、禾本科牧草混播的灌草结构;中下部以乔木、灌木为主的乔灌草混交林结构。并且在边坡脚处修筑排水渠,防止水向边坡冲刷形成水土流失的沟壑区。水渠两边各栽两行速生杨树,23年生壮苗,其株行距2m×3m。边坡植被措施结合边坡鱼鳞坑整地工程进行,主要树种有沙棘、油松、杨树、柠条,豆科牧草,禾本科草。4.7二井塌陷区复垦土地再利用规划土地的利用是受周围环境多种条件制约的,其利用方向应遵循因地制宜的原则。根据复垦土地的土壤、水资源、地貌及当地气候、水文等条件,宜农则农,宜林则林,宜草则草。同时,应考虑到复垦的费用和市场供需状况,选择最佳效益的利用方向。根据排土场平台与边坡的不同用途,所选择的植物配置模式见表2。根据土地再利用适宜性分析,排土场复垦土地的用途及面积分别见表3。表2二井塌陷区复垦地平台与边坡植物配置模式表3二井塌陷区土地复垦面积注:1平台四周及道路两边;2斜坡;3最终平台;4605平台与590平台。5结论元宝山露天煤矿二井沉陷区排土与复垦方案的