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淤地复垦采煤沉陷土地模式研究
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淤地复垦采煤沉陷土地模式研究
孔令国
摘要：位于黄河冲击平原的巨野矿区将进入全面开发阶段,伴随七对现代化矿井高强度规模开发，将使煤田上方的数百平方公里内的田园风光变成同位于煤矿采区的数个复合沉陷盆地负地貌景观。采煤沉陷改变了地表与地下潜水的接触关系、改变了地表水系的动力势，人地关系、地企关系紧张，矿区局部由目前的农业生态系统转变为水生生态系统。如何将现在和潜在的威胁彻底根除,是摆在政府、煤矿企业和矿区农村经济组织和村民面前的重要课题。将复合沉陷盆地形成、演化与引黄河流纳入统一体系，借鉴黄河治理、引黄水利灌溉及淤地肥田经验，结合充填复垦和泥浆泵复垦的技术实践，提出沉陷土地淤地复垦模式，为维持矿区生态健康提供理论和技术支持。
关键词：复合沉陷盆地；泥沙；淤地；复垦；模式
1、巨野矿区概况及地质特征：
巨野矿区由巨野煤田和梁宝寺煤田组成，含煤面积约1210km2,主采煤层面积682km2。矿区位于山东省的西南部，跨郓城、巨野、成武、嘉祥五县（市）；区内交通便利，有铁路干线2条、高速公路2条、国道2条成为煤田开采保护的主要对象；矿区地处黄河冲积平原鲁西段，地势平坦，河流发育，较大河流5条，引黄水利及设施齐全，灌溉网络完善，土壤环境基本保持自然背景水平。
矿区煤系地层为华北型含煤建造，上覆新生界松散沉积物平均厚度大于500m，潜水位埋藏较浅，其基底为中奥陶厚层灰岩。矿区煤田总体大致呈走向南北、向东倾斜的单斜构造，地层倾角5-15°构造发育程度属于中等，开采技术条件较好；主采煤层为3煤（3上、3下），平均厚度5.03m,最大厚度11.36m；埋藏深度500-1200m,最大埋深1400m;属于稳定煤层[1]。
2、矿区采煤沉陷及其影响
在矿区尺度和矿区生命周期内，区内划分为7个井田，总设计规模1860×104t/a，预计地面塌陷570.6km2，最大下沉9.02m，平均沉陷量4.66m，沉陷系数0.76，积水区面积182.6km2，水面上部缓坡地带，因水分大量蒸发而导致次生盐渍化的土地面积在100km2以上[2]；在矿井生命周期和井田的时空尺度上,按照矿井开发利用方案，以地面需要保护的铁路干线、高速公路和地下断层构造、煤层沉缺边界、火成岩侵蚀边界、人为划分的开采水平线等线型边界将整个井田划分为若干个具有独立生产系统的采区（盘区），每一个采区又按照生产接续规划和开采技术条件划分为若干个区段。伴随采区内的各区段工作面的顺序回采，其非支护空间的上覆岩层随即冒落、断裂、弯曲变形传递到地表形成采煤沉陷负地貌，相邻各区段相继开采，地表沉陷面积逐渐扩大，采区内的各区段工作面全部开采完毕，在采区上部形成与采区对应，面积大于开采面积的复合沉陷盆地。复合沉陷盆地的形成、演化和发展，在纵向上形成负地貌，通过沉陷区的河堤变形，河床加深，同时改变了地表与潜水位的接触关系形成常年性积水；在横向上，下沉河道与沉陷区连为一体，导致积水面积扩大，水深增加，下游河段功能退化。复合沉陷盆地波及的区域由农业生态系统转变为水生生态系统，耕地功能丧失、水利基础设施破坏、居民胁迫搬迁其生产生活方式胁迫改变。充填补偿复合盆地形成负空间，即时维护破坏的河道使其保持正常的防洪、排涝功能，是矿区开发工程中维持矿区碧水蓝天的生态环境和保持地企和谐发展的重要保障。
3、淤地复垦采煤沉陷土地模式
3.1淤地复垦模式提出的技术背景和原理
借鉴以人工水能搬运泥沙的泥浆泵复垦技术[3]、利用黄河自然水能搬运泥沙淤洼造地、放淤固堤[4][5]和黄河下游农村流传“紧沙、慢淤、澄清碱”引黄淤地肥田的实践经验。以井田内与采区相对应复合沉陷盆地为治理单元和研究尺度。借助高位河床与低位复合沉陷盆地的空间关系[6]，通过适当的工程和技术措施，利用河流自然水能及其携带的泥沙充填复合盆地，及时补偿开采沉陷形成的负地形空间，即时维护河流功能使其外部化影响减少到最低，维持复合沉陷盆地和河流生命健康，实现同步治理。
3.2淤地复垦工程设计
工程设计的技术依据包括：历年河流流量和泥沙含量；河流防洪标准及河堤标高；河床标高和最高洪水位；潜水位标高；最大沉降深度和沉降负空间体积；沉陷前的正常地形标高和淤地目标标高等。工程设计内容(见图1)包括复合沉陷盆地预计、堤外堤设计、淤地坝设计等。
从矿区总体的地质结构分析，3煤的埋藏深度和采厚的比值较大（大于30），采煤沉陷引起的地表下沉和变形在空间和时间上是连续的，渐变的，具有明显的规律性。复合沉陷盆地预计在开采初期可以用工程类比法确定相应的参数进行预计,开采后根据实测岩移观测资料确定的参数进行预计将开采采区的沉陷范围。
3.2.2堤外堤设计
在采区正式开采前，沿复合沉陷盆地的预计边界设计堤外堤，与盆地上、下游河道正常堤相连接，河堤的防洪标准和标高和坡度与上、下游河道正常堤相协调。
3.2.3淤地坝设计
河床标高高于淤地标高，直接淤地沉积复垦，不必设计淤地坝；河床标高低于淤地标高，在沉陷盆地下游河口建立淤地坝，坝高等于或稍高于淤地标高。
3.3复垦工程
3.3.1堤外堤、淤地坝工程建设
堤外堤工程为临时工程，采用挖深填浅的方式在堤内取土构筑，建设标准和质量要求必须与上、下游河堤防洪标准一致；淤地坝按防洪和淤地标高设计，构筑橡胶坝。
3.3.2淤地复垦和沉陷土地利用
利用上游控水闸控制河水流量，确保每一个水文周期内的平流期保障流域引水灌溉需求，充分利用洪流期和调水、调沙期进行淤地，同时保障河道防洪、排涝的功能不受威胁。复垦过程中要充分利用盆地内的大水面发展黄河特色水产养殖和土地转换利用，形成新的经济增长点，降低治理成本，提高综合经济效益。
3.3.3河堤沉陷段的恢复和淤地坝清除
采区工作面开采完毕后的一定时间内，复合盆地趋于稳定，淤地标高达到设计要求以后，在平流期采用挖深填浅的工艺恢复沉陷破坏了的河堤，淤地坝体清除，疏通河道、整平清除堤外堤，建设基础设施配套的高标准农田，移交给原土地权人使用。
3.4采煤沉陷土地的配置模式和管理
3.4.1采煤沉陷土地的配置模式
采煤沉陷采矿权人在行政许可前提下的非责任人为土地破坏行为，是一种暂时性土地利用方式。采矿权人是相对独立的市场主体，其投资主体多元化。煤炭开采为市场条件下的获利行为，煤矿对开采造成的地表环境破坏应当承担地质环境治理修复责任，对采煤沉陷引起的土地使用权人的土地收益损失应当进行补偿。外部成本内部化是采矿权人应尽的义务和责任。采用临时使用农村集体经济组织土地，优化配置采煤沉陷土地，实现沉陷补偿---同步治理---归还使用权人，是维持矿区生态进化型演进和矿地和谐的最优配置模式。
3.4.2规划管理
矿区全面开发之际，以矿区为研究尺度[7]，宏观基础研究为基础,开发利用方案为依据,以科学发展观为指导,摈弃传统的先开发后治理的发展模式，以保持或维持矿区水、土、空气生命健康，促进矿、地关系和谐、共同发展目的，制订构建生态矿区规划[8]，内容包括：①以煤矿为主体的循环经济园区产业发展规划；②位于复合沉陷土地内部的压煤村庄规划搬迁、位于复合盆地边缘的建筑物斑裂损害村庄的重建规划；③采煤沉陷土地配置和治理利用规划；④矿区综合管理机构的建立与运作规划等。以规划为指导制订《巨野生态矿区管理条例》通过省级立法机构批准形成地方立法，将矿区的科学发展上升为区域协调发展战略，作为政府管理、煤矿和社区公众参与，协调发展的依据。
3.4.3沉陷土地的产权管理
以采区为单位预计复合沉陷盆地的分布范围、破坏程度和作用时间。包含复合盆地分布范围的县级以上国土资源管理部门提前介入，组织对区内土地所有权和土地使用产权登记，以此为基础协调煤矿和所涉及的农村经济组织分别签订土地临时转换利用和补偿协议，确定利用期间的补偿方案，复垦后的验收标准，办理复垦前后的土地产权移交手续。
3.4.4复垦工程的实施和项目管理
煤矿应实施循环经济模式，划分煤炭生产、纵横向产业链延伸、固液体废弃物综合利用、沉陷土地复垦等模块，将沉陷区的治理和利用作为矿井生产的一部分，成立或委托专门土地复垦和利用公司，按照规定赔偿土地收益损失，按规划设计规范治理和利用沉陷土地。补偿、治理费用列入成本，同时发展水产养殖和沉陷土地利用作为新的经济增长点。
4.结论
4.1.以维持生态健康的理念，以自然营力—水能还原土地生态环境，对土地、水生态环境的影响最低,符合科学发展观的客观要求，属于利用水能和减少黄河下游泥沙灾害的低炭工程。在自然营力作用静养环境，与原生水、土壤结构相统一无环境隐患。
4.2.提前介入，超前预测破坏范围和破坏程度，从沉陷土地的显现到复合盆地的稳沉全过程实现同步治理缩短了影响时间。明确治理责任和补偿方式，理清了土地使用权人产权收益逾期，促使煤矿企业外部成本内部化，实现煤炭成本完全化，解决了以往责任不明确、资金不足的弊端。
4.3.以一种自然形式利用水能及其携带的泥沙进行淤地复垦,丰富了充填复垦技术和超前的管理模式，是多年来土地复垦与生态重建理论与实践的完善和补充。
4.4.具体到每一个复合沉陷盆地的治理需要全面考察论证，按照现行的土地管理法律法规，临时使用土地的年限不超过2年，复合盆地的形成、发展、演化到复垦验收归还土地需要几年或更长的时间，需要国土资源管理机构的行政许可。
参考文献：
1.严贤红，面向21世纪构想巨野矿区的开发与建设[J]，中国矿业，2001，27（4）：14-18
2.卜华，巨野特大型煤田开发对生态地质环境的影响[J]，西部探矿工程，2008（4）：125-128
3.胡振琪等,采煤沉陷地的土地资源管理与复垦[M],煤炭工业出版社,1996.10 北京
4.李庆余，山东的红旗渠—“1030”引黄工程[N]，大众日报，2009.7.22,NO.11
5.黄文峰等，黄河落淤治理巨野煤田塌陷区可行性初探[J]，山东国土资源，2006，22（6-7）：126-129
6.孔令国，采煤沉陷土地水文地质分类及其特征研究[J]，煤矿开采，2007，12（2）：15-17
7.孔令国等，采煤沉陷土地利用分区研究[J]，煤矿开采，2005（4）：74-78
8.孔令国，生态矿区模式构建研究[J]，煤矿开采，2009（3）：118-121
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