1、粘土矿山采空区土地的二次开发利用“ II摘要:论述了搞好水泥粘土矿山采空区土地二次开发利用工作,恢复并保护好矿区绿色生态植被和局部生态环境的必要性 y2_其工艺设计;阐明了在市场经济的新形势下,水泥粘土矿山的用地若采用买土的形式替代传统的征地形式,可节省矿山建设的投资,更有利于采空区土地复垦 y2_生态建设工作.关键词:水泥;粘土矿;采空区土地;二次开发利用中图分类号:TQ172,8 文献标识码:A文章编号:l0016l7l(2003)040076041 总论在国家严格保护耕地,并不断加大环保执法力度及国人环保意识不断加强的今天,搞好水泥粘土矿山采宅区土地二次开发利用工作,恢复并保护好矿区绿色
2、生态植被和局部生态环境,建设环境友好型的项目是大家义不容辞的共同责任一矿山设计应充分考虑到这一重要而又突出的问题,并在技术方案中加以具体体现.粘土矿山采空区土地二次开发利用工作是指通过设计的工程措施,恢复,再利用矿山开采所破坏或占用的土地,重新用于农,林,牧,副,渔业,旅游业,工业及民用场地,并恢复和保护好矿区绿色生态植被和生态环境:我国的水泥粘土矿山通常采用露天开采,因而往往占地面积较大,而露天开采难免要占用和破坏部分耕地,林地,草原等资源.极少数粘土矿山由于不重视科学合理的开采作业,不按设计规划,滥采滥掘,采剥工作破坏地面或山头植被,引起水土流失;在这种掠夺式,粗放型的开采结束后,不仅破通
3、讯地址:天津水泥工业设计研究院,天津 300400;收稿日期:20021001;编辑:沈颖76坏了矿山原有的地形,地貌和自然景观,留下荒芜的采空区,有的还设有废石场,排出的废土岩占用土地,损害景观,破坏土壤,飞扬灰尘,污染大气,使矿区环境恶化,生态失衡.有个别粘土矿山不按设计采矿,把设计预留在基岩底板上的 0.5m 厚的粘土也采光了,暴露出起伏不平,光秃秃的底板岩石而很难二次开发利用,而且这样的采空区在强烈的日光辐射下,气温急剧升高,严重影响了小气候.上述这些情况不可避免地给生态环境和人身健康带来直接和间接,近期和远期的不利影响.因此,在开发过程中或开采结束时必须做好被采矿破坏的土地的二次开发
4、利用工作,首要环节是在矿山设计时就应把它列为整个采矿工作的一部分,统筹安排,全面规划.这是珍惜一切土地,保护生态环境的一项重要内容,也是我国的基本国策.2 搞好粘土矿山采空区土地二次开发利用工作的必要性CEMENTTECHNOLOGY4/2003从理论到实践都可证明,随着大中型新型干法水泥生产线的建设和发展,与之相配套的大中型水泥矿山的开发规模也不断增大,而搞好水泥粘土矿山采空区土地二次开发利用工作及生态建设工作也就显得愈来愈重要.由于水泥工业是资源型工业,消耗原料较多并对主要原料依赖性很强,若采用粘土质原料配料方案时,每生产 1 吨熟料大约需要石灰质原料1.31.5t,粘土质原料 0.30.
5、4t.粘土质原料包括粘土,黄土,泥岩,页岩,千枚岩等.需要特别指出的是,目前,根据国家政策,在设计中积极合理地采用赤泥等废渣或砂岩,页岩等配料来代替粘土,不用耕地,不占良田,不与农牧业争地,这是珍惜土地,保护环境的一项重要措施,也是开发资源,节约用地的基本技术政策.但是,在有些情况下,拟建厂址周围的粉煤灰,煤矸石,赤泥,泥岩,粉砂岩,页岩,干枚岩等替代原料十分匮乏或运输距离过长,却有丰富而又符合配料要求的粘土,则需采用粘土配料方案因而,开采粘土矿山,目前还不可避免因此,在粘土矿山设计时,应同时考虑采空区土地的二次开发利用,这项工作包括粘土矿山采空区土地复垦,采空区扩建工厂,采空区营造景点,采空
6、区植树造林及生态建设等等的设计:粘土矿床一般形成于第三纪末和第四纪初,在华北,西北和黄河中下游地区的粘土主要为风成黄土,在黄土层下部亦有冲积红土;在东北地区的粘土主要为冲积粘土,也有坡积和淤积成因的;在华东,中南和西南地区的粘土主要为冲积,坡积,残积的红壤,粘土和黄壤.综上所述,除风成黄土外,由冲积,坡积,残积,淤积成因的粘土,其厚度不大,通常为 10m 左右,最厚可达 20m.开采时,一般采用单台段水平推进,推进速度很快,因此,占地面积大,破坏耕地多.见表 1.从表 1 可看出,粘土矿山的占地水泥技术 2003/4之多是比较惊人的,一座粘土矿的用地少则几十公顷,多则上百公顷.而我国的国土总面
7、积虽有约 9.6 亿公顷,但是耕地面积只有 0.9497 亿公顷左右,约占全国土地的 9.89%,平均每人只有耕地约 0.076 公顷,不足世界平均数0.32 公顷的四分之一,而且随着工业的发展,我国可耕地越来越少.据统计,水泥厂一条 4000t/d 熟料生产线每年因消耗粘土而占用土地约 32 亩.由此可见,矿山开采所破坏的土地,矿区绿色生态植被和生态环境是不可忽视的.3 水泥粘土矿山采空区土地二次开发利用的设计探讨水泥粘土矿山通常呈缓倾斜或水平状赋存,最佳的复垦方法是边采矿,边复垦,这在技术经济上较为合理.即复垦应与采矿工艺有机结合,统一规划,协调进行,选取开采与复垦均优的方法,既满足采矿生
8、产的需要,又符合复垦的要求,从而达到较佳的总体经济效益,环境效益.如果粘土矿山复垦工作做得好,一般来说,其土地复垦率可达 80%以上.东北地区某粘土矿山就是设计成边采矿,边复垦的模式,把采矿,运输,排表土,复垦等工作密切配合起来,综合考虑,形成统一,合理的采矿一运输一排表土一土地复垦工艺过程.兼顾了各个环节的技术经济效益.基本做到征地,采矿,复垦三者之间相互平衡.此矿的主要设备配置见表 2.该矿把采区内的 8m 宽的运矿道路兼作复垦干线道路,道路的矩形断面 0.5m0.5m 边沟兼作灌溉水沟,这可节省复垦投资与时间,同时充分利用排运设备使复垦工程分期实施,降低复垦成本.其土地设计复垦率:K 产
9、,%式中:土地设计复垦率,%;,被矿山工程占用和破坏的土地数量,公顷,89.35 公顷;土地复垦后被设计利用的土地数量,公顷,76.5 公顷.Kf=76.55/89.35=86%应根据水泥粘土矿具体的地形地质特征,开拓系统,首采地段,废石排弃,外部运输等因素,决定呈缓倾斜或水平状赋存粘土矿的土地复垦及生态建设的工艺设计,并在设计复垦工程时全部或部分利用矿山开拓运输系统,防洪排水系统等相关设备,设施.这类粘土矿采空区复垦工程分为以下几个步骤:(1)合理划分采区,剥离区和表土回填区.一般水泥粘土矿山设计成二个采区,每个采区的采掘宽度为 3050m,当第一采区开采时,第二采区进行表土剥离,交替连续进
10、行,采剥共表 1 水泥粘土原料矿山占地面积表项目占地面积,公顷东北地区某粘土矿山(采剥总量 30 万吨)89.35华南地区某粘土矿山(采剥总量 32 万吨)86.97华北地区某粘土矿山(采剥总量 20 万吨)59.31西北地区某粘土矿山(采剥总量 46 万吨)-104.26西南地区某粘土矿山(采剥总量 6 万吨)21.0l序号0l020304表 2 某水泥粘土矿山采矿及复垦工程主要设备一设备名称设备型号液压推土机 TY220A 发动机功率:162kW电动挖掘机 WK 一 2 型,斗容 2.0m,矿用自卸汽车 T 一 815S1 型,载重 15t电动挖掘机 W 一 1002 型 ,斗容 1.0m
11、77图 1 土地复垦工艺布置图用同一套设备,互小干扰,但是每个采区分别有计划地做到剥离,采矿和表土回填互相配合,将表土填在采空区内,尽量避免往返运输和二次搬运.采用单台段水平一次推进的矿山,可以划分成剥离,采矿,表土回填三个区,缩短表土回填的运距,提高工效,加速复垦周期,降低复垦成本.(2)表土,腐植土储存水泥粘土矿山采区表层为适合植被生长的肥沃土壤,而这层腐植土层一般碱含量偏高,需要剥离,利用腐植土层进行复垦是提高复垦效率的关键.采用单台段水平一次推进的矿山,首先应将表土单独临时性堆放在先行台阶工作面上,以免土质恶化,尽可能做到回填后保持原有土壤结构,以利种植.随着工作面的推进,推土机把腐植
12、土层推运到工作面上堆存,每次切削推土厚度约0.1m-0.25m,推运距离为 30m-50m,这是推土机最经济的推运距离:推土机生产时应切实注意安全,在开始推运时,不要靠近坡顶线,待落在下部台阶上的表土,腐植土增高后,方可逐渐接近坡顶线.表土,腐植土再经挖掘机装车,运往复垦地点均匀铺撒(图 1).必须仔细地分别采集和储存肥沃表土和腐植土,混采会降低土壤的肥力,采土作业应尽量避免在雨季和冰冻状态下进行.采用两个台段同时推进的矿山,可在保证合理的超前关系的情况下,将第二段工作面尽早拉开,以便将腐植土及时直接用于第二段采空区复垦:对于超过 3 个台段的矿山,可将表土,腐植土运往附近的并便于日后取土的堆
13、场贮存,堆场应选在平坦干燥的地方,否则应设置有效的排水设施.为了防止堆存土质恶化,堆存高度一般为 3m6m,需较长时间保存的土堆可栽种一年生或多年生的草类,以防止风和水的侵蚀.(3)表土,腐植土铺覆采空区复垦的最后一道工序是表土,腐植土铺覆,以保持原有的土壤结构:铺覆时,可按100m300m100m300m 划分田块,修筑 2m4m 宽的复垦支线道路,便于田间管理(图 2):设计采用推土机 ,装载机或汽车等设备将表土从临时堆场或直接从剥离区运往已在矿体底板上预留了 0.5m 厚的原土层的复垦区,均匀撒铺,一般至少铺覆表土 30em,以保证植物的种植深度,最终达到复垦区设计标高,并满足作物耕作深
14、度的要求需要指出的是,若矿体底板起伏较大时,则需回填和整平.一般采空区的回填是利用剥离的岩土进行填平:根据岩土的物理机械性质及农业化学特征,按岩土种类,性能和块度大小顺序回填.应将酸性碱性岩土堆置在下(应保证植物生长的土壤酸碱度,农作物的 PH值一般以 48 为宜,不符合此标准的,需埋深不小于 1.0m),78中性岩土在上;易风化的岩土在上,不易风化的岩土在下;肥沃土在上,贫瘠的岩土在下;较大块岩土堆置在采空区的底部,块度小的堆置在上面,小块及细粒径的岩土在上;组成合理的级配.在覆盖表层土前要进行平整和修整边坡,其边坡角要小于自然安息角,可根据复垦内容,保证边坡角能使农业或林业生产技术装备正常
15、工作.如果底板地形坡度过大时,则应结合实际地形,适当修整为梯田,既利水土保持,又可减少回填和整平工程量.山西某粘土矿就是将采空区设计成梯田.值得说明的是,完成了第一阶段的技术复垦后,应尽快开展第二阶段的土地再利用及生态建设工作.以防止水土流失.种植播种后,可在苗床上铺盖稻草,麦秸,树叶或木屑等覆盖物,再进行人工喷水,以利种子发芽生长.由于初覆的土壤(农业上称为“生土“),缺乏有机物质和养料,需施加有机肥料,并经土壤改良,一般方法是在土内渗入农家肥料,炉渣,这将有利于种植工作,头 l2 年内可根据不同地区,种植瓜豆类作物为宜,到第三年即可种粮食作物.应注意的是,覆土后的地面坡度不宜大于 l%,以免地面泾流冲刷表土;覆土后用于再种植时,需采用复垦干线与支线道路的矩形断面
