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摘要 ：煤矿开采过程中，会引起两大环境问题：煤矸石的堆积占地污染和采空区地表塌陷问题，这是煤炭企业可持续发展中亟待解决的问题，由于新建矿井前期采空区塌陷地短期内很难形成规模，造成煤矸石处理问题更为突出。本文通过在塌陷区内进行超前复垦技术，将煤矸石的处理和塌陷地复垦有机的结合在一起，赢得良好的经济效益和生态效益。
关键字：煤矸石处理；采空区塌陷；超前复垦；效益；可行性研究
Abstract: coal mining in the process, can cause two big environment problem: coal gangue piles up the subsidence and covers an area of pollution problem, it is the coal enterprise in the sustainable development of the problem to be solved, because the new mine TaXianDe mined-out area in the short term to form scale, to deal with problems caused by coal gangue is more prominent. This article through the water reclamation technology advanced, the processing of coal gangue and TaXianDe reclamation organic unifies in together, and win good economic and ecological benefits.
Keyword: coal gangue processing; Irregular shape etc; Advanced reclamation; Benefit; Feasibility study
中图分类号：TU522.1+3 文献标识码：A文章编号：
青东煤矿矿井井田及矸石存量、塌陷影响范围概况
青东煤矿简介
青东矿井位于安徽省濉溪县与涡阳县的交界处，行政区划属于濉溪县(见图1-1)。该矿资源条件比较好、储量丰富、建设条件优越，是淮北矿区总体规划的10对矿井的一对大型矿井，属国家鼓励建设
的大型现代化矿井。青东矿井采用三个水平开采，一水平标高为-620m，二水平标高为-920m，三水平标高-1200m，矿井设计服务年限为68.7年。
图1-1青东煤矿矿井地理位置
青东矿井及选煤厂由淮北矿业集团有限公司投资建设，青东矿井属新建的煤矿资源开发项目，设计原煤生产能力为1.8Mt/a;配套的坑口选煤厂属新建的原煤洗选加工项目，设计原煤入选能力为1.8Mt/a.
1.2矸石山存量及年产矸石概况
自2004年青东煤矿开始筹备到现在，矿井开采产出的矸石一直未得到有效的处理，目前青东煤矿矸石总量大、矸石山高度偏高、矸石山占地面积逐年增加（见表1-1及图1-1），这些不利因素可能引发矸石山自燃、崩塌等次生灾害。此外，根据集团公司下达的近年巷道掘进进尺数和2012年—2016年预产出矸石量的统计（见表2），我矿煤巷、岩巷掘进年均产出矸石量约为45.8万吨,另外按年产煤量的20%计提矸石，青东矿综采产出矸石18万吨/年。这进一步加剧了我矿矸石处理的严峻性和迫切性。
1.3塌陷影响范围概况
青东矿井全井田开采结束后，将形成沉陷区面积为54.20km2，其中积水区（下沉2m以上）面积20.32 km2，其中最大下沉深度10.8m。根据地表变形的最大预测值结果表明，青东矿井煤矿开采引起的水平拉伸变形值较小，一般不会产生裂缝等非连续变形。首采区和全井田开采后地表最大下沉值、地表最大倾斜值、地表最大曲率值、地表最大水平移动值和地表最大水平变形值见表1-3.
2、超前复垦理方法分析
【1】超前复垦又称作预排矸充填复垦技术，就是在建井过程和生产初期，在采空区上方地表预计要发生下沉的地区，将表土取出堆放在四周，按预计的下沉等值线图，将矸石预先排放，矸石充填到预定水平，待稳沉与地表标高一致，再将堆放四周的表土推到矸石层上覆土形成可耕种农田，实现煤矸石无害化处理处置的目标。
82采区超前复垦具体施工工艺流程和效果分析
2.1.182首采区情况介绍
青东矿82首采区北至-585m等高线，东至F11断层，西至F6及Fs96断层，南至Fs11-1及Fs98断层，面积约1.15km2。82采区地表为第四系及第三系地层覆盖，地层平均厚约260米，地面地势平坦，没有大的河流经过，但人工沟渠纵横。地面村庄有罗庄、陈油坊、刘菜园、辛庄及李小庙等，回采时，地面可能形成塌陷区（见表2-1）。由井下井上对照图可知，在82采区内726、728、828及二、三水平的综采面的可采煤总厚度约为 7.5—8.5m，通过开采沉陷技术预计沉陷量，82采空区平均下沉深度为5.17m，预计出复垦标高约为5—6m。
2.1.2具体施工工艺流程
具体实施阶段：1、根据生产技术部的测量和设计单位提供数据资料，选定超前复垦区域（优先选取塌陷区域内老村址区域）；2、先对表土进行剥离约1m，表土、底土等适于植物生长的地层物质，均应进行保护性堆存和利用，可优先用作塌陷地复垦时的土壤重构用土；3、做好矸石山回填区域内防渗、集排水措施（【2】采用土工布料作业，土工布料是一种多功能产品，具有排水、过滤、隔离、加筋、防渗、防护六大功能），防止淋溶水污染地表水和地下水；4、将矸石运抵回填区域进行均匀填埋、分层压实操作待堆积高度达到设定高度，【3】并对矸石废弃物中引入微生物，促进植物和根瘤菌的生成，从而促进植物迅速生长、加快固体废弃物风化成土。待充分采动稳定之后，对超前回填区域进行覆土（考虑到土壤耕层、作物种类以及水土流失因素，最佳复垦土壤上部覆盖层厚度为600mm以上），将其改造成为可耕种补充用地。努力形成耕地——煤矿采煤沉陷——综合治理——形成新的耕地——综合利用的“占补平衡”局面。
2.2超前复垦工程结束后有关遗留问题解决办法
由于采空塌陷区的沉降速率相对比较缓慢，不免会造成两三年之内预排矸石高出地面一定高度的局面，如遇雨水天气大量矸石淋漓水可能对周边农田造成污染；堆积矸石如没有采取有效加固，也可能造成次生地质灾害。为解决这些问题，可采取在周边及时修整疏水沟渠以解决矸石污水排放问题，减少对农业生产活动的影响。回填过程中除对堆积矸石进行加固外，坝面、坝坡也应采取种植植物和覆盖等措施，防止扬尘、滑坡和水土流失。待地表沉陷稳定后，对此区域进行大规模的平整和修复，将其变成永久性可用耕地。
3超前土地复垦效益分析
3.1经济效益
矿井产出煤矿石及时运往预塌陷区域既解决了煤矸石堆放占地问题，又为后续土地复垦完成了大部分的工程。另一方面征地费用一般是要超出复垦所需费用的几倍，所以进行这样方式的土地复垦不仅有利于当地农业可持续，而且优先解决了全局处理煤矸石的重大难题，同时为企业节省了数量可观的征地费用，大大降低了原煤生产成本；并且完成土地复垦后，国家相关职能部门依据复垦规模和质量给予企业相关政策的补贴和奖励，由此可见超前复垦不但解决了矸石处理难题，而且给企业带来了良好的经济效益。
3.2环境生态效益
超前复垦的环境效益是显而易见的，如不进行超前复垦，一方面矸石山对土地的压占和污染，另一方面沉陷区的地面因裂缝、滑坡而支离破碎，水土流失更加严重，矿区生态环境将遭受严重的破坏，所以煤矿沉陷区和矸石山压占土地在统一规划下进行复垦，实质上也是矿区环境综合治理工程最重要的组成部分。【4】将煤矸石用于沉陷区的充填治理，不仅使被采矿破坏的土地资源重新得到利用，而且还处置了煤矸石，既美化了环境，又恢复了矿区的自然生态，收到了资源开发与保护环境双重效益。
3.3社会效益分析
（1）明显改善矿区的生态环境，减少了矸石堆积引起的土壤侵蚀和大气飘尘，为矿区从事生产、管理、生活人员提供一个良好的生态环境和生活空间。
（2）采煤沉陷区经过覆土造地治理改良后，转变为苗圃种植地、经济林地、水產养殖塘，土地利用等级提高，经济效益比原来的耕地和草地高。
4、结论
无论在理论依据还是在具体实施过程中，超前复垦方案的可行性是值得肯定的，对于新建矿井的煤矸石的处理问题的解决是有积极意义的。同时实现了复垦后的经济效益、社会效益和生态效益的统一。
参考文献
[1] 曹建军王福龙郭广礼刘永娟煤炭塌陷区的开发与应用(A). 矿业安全与环保 .2003(4)
[2] 王萍 胡振琪. 煤矿区土地复垦中土工布技术应用浅谈（B）.2008（12）
[3] 范英宏,陆兆华,程建龙,周忠轩,吴钢;中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术[J];生态学报;2003年10期
[4] 夏成斌土地复垦技术在淮南矿区的推广和应用（B） 山东煤炭科技 2009年第3期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键字：煤矸石处理；采空区塌陷；超前复垦；效益；可行性研究
Abstract: coal mining in the process, can cause two big environment problem: coal gangue piles up the subsidence and covers an area of pollution problem, it is the coal enterprise in the sustainable development of the problem to be solved, because the new mine TaXianDe mined-out area in the short term to form scale, to deal with problems caused by coal gangue is more prominent. This article through the water reclamation technology advanced, the processing of coal gangue and TaXianDe reclamation organic unifies in together, and win good economic and ecological benefits.
Keyword: coal gangue processing; Irregular shape etc; Advanced reclamation; Benefit; Feasibility study
中图分类号：TU522.1+3 文献标识码：A文章编号：
青东煤矿矿井井田及矸石存量、塌陷影响范围概况
青东煤矿简介
青东矿井位于安徽省濉溪县与涡阳县的交界处，行政区划属于濉溪县(见图1-1)。该矿资源条件比较好、储量丰富、建设条件优越，是淮北矿区总体规划的10对矿井的一对大型矿井，属国家鼓励建设
的大型现代化矿井。青东矿井采用三个水平开采，一水平标高为-620m，二水平标高为-920m，三水平标高-1200m，矿井设计服务年限为68.7年。
图1-1青东煤矿矿井地理位置
青东矿井及选煤厂由淮北矿业集团有限公司投资建设，青东矿井属新建的煤矿资源开发项目，设计原煤生产能力为1.8Mt/a;配套的坑口选煤厂属新建的原煤洗选加工项目，设计原煤入选能力为1.8Mt/a.
1.2矸石山存量及年产矸石概况
自2004年青东煤矿开始筹备到现在，矿井开采产出的矸石一直未得到有效的处理，目前青东煤矿矸石总量大、矸石山高度偏高、矸石山占地面积逐年增加（见表1-1及图1-1），这些不利因素可能引发矸石山自燃、崩塌等次生灾害。此外，根据集团公司下达的近年巷道掘进进尺数和2012年—2016年预产出矸石量的统计（见表2），我矿煤巷、岩巷掘进年均产出矸石量约为45.8万吨,另外按年产煤量的20%计提矸石，青东矿综采产出矸石18万吨/年。这进一步加剧了我矿矸石处理的严峻性和迫切性。
1.3塌陷影响范围概况
青东矿井全井田开采结束后，将形成沉陷区面积为54.20km2，其中积水区（下沉2m以上）面积20.32 km2，其中最大下沉深度10.8m。根据地表变形的最大预测值结果表明，青东矿井煤矿开采引起的水平拉伸变形值较小，一般不会产生裂缝等非连续变形。首采区和全井田开采后地表最大下沉值、地表最大倾斜值、地表最大曲率值、地表最大水平移动值和地表最大水平变形值见表1-3.
2、超前复垦理方法分析
【1】超前复垦又称作预排矸充填复垦技术，就是在建井过程和生产初期，在采空区上方地表预计要发生下沉的地区，将表土取出堆放在四周，按预计的下沉等值线图，将矸石预先排放，矸石充填到预定水平，待稳沉与地表标高一致，再将堆放四周的表土推到矸石层上覆土形成可耕种农田，实现煤矸石无害化处理处置的目标。
82采区超前复垦具体施工工艺流程和效果分析
2.1.182首采区情况介绍
青东矿82首采区北至-585m等高线，东至F11断层，西至F6及Fs96断层，南至Fs11-1及Fs98断层，面积约1.15km2。82采区地表为第四系及第三系地层覆盖，地层平均厚约260米，地面地势平坦，没有大的河流经过，但人工沟渠纵横。地面村庄有罗庄、陈油坊、刘菜园、辛庄及李小庙等，回采时，地面可能形成塌陷区（见表2-1）。由井下井上对照图可知，在82采区内726、728、828及二、三水平的综采面的可采煤总厚度约为 7.5—8.5m，通过开采沉陷技术预计沉陷量，82采空区平均下沉深度为5.17m，预计出复垦标高约为5—6m。
2.1.2具体施工工艺流程
具体实施阶段：1、根据生产技术部的测量和设计单位提供数据资料，选定超前复垦区域（优先选取塌陷区域内老村址区域）；2、先对表土进行剥离约1m，表土、底土等适于植物生长的地层物质，均应进行保护性堆存和利用，可优先用作塌陷地复垦时的土壤重构用土；3、做好矸石山回填区域内防渗、集排水措施（【2】采用土工布料作业，土工布料是一种多功能产品，具有排水、过滤、隔离、加筋、防渗、防护六大功能），防止淋溶水污染地表水和地下水；4、将矸石运抵回填区域进行均匀填埋、分层压实操作待堆积高度达到设定高度，【3】并对矸石废弃物中引入微生物，促进植物和根瘤菌的生成，从而促进植物迅速生长、加快固体废弃物风化成土。待充分采动稳定之后，对超前回填区域进行覆土（考虑到土壤耕层、作物种类以及水土流失因素，最佳复垦土壤上部覆盖层厚度为600mm以上），将其改造成为可耕种补充用地。努力形成耕地——煤矿采煤沉陷——综合治理——形成新的耕地——综合利用的“占补平衡”局面。
2.2超前复垦工程结束后有关遗留问题解决办法
由于采空塌陷区的沉降速率相对比较缓慢，不免会造成两三年之内预排矸石高出地面一定高度的局面，如遇雨水天气大量矸石淋漓水可能对周边农田造成污染；堆积矸石如没有采取有效加固，也可能造成次生地质灾害。为解决这些问题，可采取在周边及时修整疏水沟渠以解决矸石污水排放问题，减少对农业生产活动的影响。回填过程中除对堆积矸石进行加固外，坝面、坝坡也应采取种植植物和覆盖等措施，防止扬尘、滑坡和水土流失。待地表沉陷稳定后，对此区域进行大规模的平整和修复，将其变成永久性可用耕地。
3超前土地复垦效益分析
3.1经济效益
矿井产出煤矿石及时运往预塌陷区域既解决了煤矸石堆放占地问题，又为后续土地复垦完成了大部分的工程。另一方面征地费用一般是要超出复垦所需费用的几倍，所以进行这样方式的土地复垦不仅有利于当地农业可持续，而且优先解决了全局处理煤矸石的重大难题，同时为企业节省了数量可观的征地费用，大大降低了原煤生产成本；并且完成土地复垦后，国家相关职能部门依据复垦规模和质量给予企业相关政策的补贴和奖励，由此可见超前复垦不但解决了矸石处理难题，而且给企业带来了良好的经济效益。
3.2环境生态效益
超前复垦的环境效益是显而易见的，如不进行超前复垦，一方面矸石山对土地的压占和污染，另一方面沉陷区的地面因裂缝、滑坡而支离破碎，水土流失更加严重，矿区生态环境将遭受严重的破坏，所以煤矿沉陷区和矸石山压占土地在统一规划下进行复垦，实质上也是矿区环境综合治理工程最重要的组成部分。【4】将煤矸石用于沉陷区的充填治理，不仅使被采矿破坏的土地资源重新得到利用，而且还处置了煤矸石，既美化了环境，又恢复了矿区的自然生态，收到了资源开发与保护环境双重效益。
3.3社会效益分析
（1）明显改善矿区的生态环境，减少了矸石堆积引起的土壤侵蚀和大气飘尘，为矿区从事生产、管理、生活人员提供一个良好的生态环境和生活空间。
（2）采煤沉陷区经过覆土造地治理改良后，转变为苗圃种植地、经济林地、水產养殖塘，土地利用等级提高，经济效益比原来的耕地和草地高。
4、结论
无论在理论依据还是在具体实施过程中，超前复垦方案的可行性是值得肯定的，对于新建矿井的煤矸石的处理问题的解决是有积极意义的。同时实现了复垦后的经济效益、社会效益和生态效益的统一。
参考文献
[1] 曹建军王福龙郭广礼刘永娟煤炭塌陷区的开发与应用(A). 矿业安全与环保 .2003(4)
[2] 王萍 胡振琪. 煤矿区土地复垦中土工布技术应用浅谈（B）.2008（12）
[3] 范英宏,陆兆华,程建龙,周忠轩,吴钢;中国煤矿区主要生态环境问题及生态重建技术[J];生态学报;2003年10期
[4] 夏成斌土地复垦技术在淮南矿区的推广和应用（B） 山东煤炭科技 2009年第3期
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。