采矿企业塌陷地复垦治理的探索与实践.pdf

收稿日期 2007 - 11 - 14 作者简介王 利1969 - ,男,山东泰安人,中国矿业大学北京资源与安全工程学院在读博士,现任新汶矿业集 团公司华丰煤矿副矿长、山东清大实业集团公司董事长。 采矿企业塌陷地复垦治理的探索与实践 王 利 1, 2 1 1中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京 100083; 21新汶矿业集团公司华丰煤矿,山东 宁阳 271413 摘 要为减少土地破坏,恢复土地利用价值,华丰煤矿采用煤矸石、粉煤灰、湾泥等回填 方法,对矿区塌陷严重的土地进行生态性恢复,不仅消除了对当地环境的污染与破坏,避免各种 地质灾害的发生,而且增加种植用地,改善矿区生态环境,使矿区经济、社会、环境协调发展, 取得了显著的的社会经济与环境效益。 关键词煤矸石;塌陷地;复垦治理 中图分类号TD88 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2008 0420050203 1 塌陷区概况 新汶矿业集团华丰煤矿是一个百年老矿,由于矿井开 采历史较长,并受过去计划经济的影响,矿区在开采过程 中对地表产生的影响一直未能得到有效治理,特别是自20 世纪80年代矿井进入深部开采后,采用全部垮落法开采, 逐步出现了大面积的采空区塌陷地带与斑裂带,对地表公 路、农田、山林、工业及民用设施及井下采矿作业等都构 成了严重的威胁。截止2002年底,大面积的塌陷及斑裂范 围已达16011ha,井田范围内南良父、小河西两个村庄1224 户居民需要重建搬迁。塌陷土地的产生,严重破坏了原有 的地形地貌和土壤生态系统,造成了土壤的劣化。因此, 如何对塌陷严重的土地进行治理,搞好生态恢复,保护矿 区环境,是采矿企业面临的一个重要问题。 2 塌陷区治理方案确定 根据当前矿井开采技术和塌陷土地的控制方法,矿区 土地塌陷的综合治理目前还主要是采用煤矸石回填法来 解决。 矸石回填法,是一种土地沉陷后进行治理的方法,它 既充分利用了矿井的副产品 煤矸石,又恢复了沉降土地 的耕种功能,煤矸石回填的方法主要有两种 1 直接将煤矸石铺盖在充填区上压实后作为非农业用 地。 2 将原地表耕土挖起,把煤矸石铺盖压实后再复上耕 土,复土厚度根据土壤性质一般为015～115m,以恢复农 业用地。 采用煤矸石作为塌陷地复垦材料的前提必须是煤矸 石风化后的化学组成与当地黄土相近,并且无毒性,不对 土壤、水质等造成污染。为此,首先要对矿井矸石山堆存 的矸石从矿物成分、有毒元素、养分含量等方面进行详细 分析。 1 矸石矿物成分分析。华丰矿煤矸石在粒度组成上, 为大至数十厘米的块石,小至粘粒及粉粒;在物质成分上, 软、硬岩混杂,残留一定量的煤,其常见的矿物成分有石 英、长石、粘土矿物、白云母及石灰石等碳酸岩类矿物和 黄铁矿等。华丰矿风化煤矸石与矿区第四系黄土的矿物化 学组成的测定结果如表1。 表1 煤矸石矿物化学组成表 类 别SiO2Al2O3Fe2O3CaONa2O 风化矸石/601371613619801930161 第四系黄土/5819414156713201850194 华丰矿风化煤矸石矿物化学组成与矿区第四系黄土相 近,说明煤矸石充填塌陷地,煤矸石逐渐风化后有利于向 土壤形成方向发展。 2 矸石有毒元素分析。华丰矿十年以上风化矸石及新 排放的黑矸石的有毒元素如表2。 表2 煤矸石有毒元素表mgkg- 1 矸石类别汞镉铅砷氟 老矸石0106201059231862137312 新矸石0109101103251542185386 我国土壤中有关有毒元素的环境分级标准如表3。 华丰矿新老矸石中的汞、镉、铅、砷含量均符合我国 土壤的理想水平标准,氟含量处于理想水平与可接受之间, 即华丰矿煤矸石作为充填复垦材料,其有毒元素含量对环 境无毒性影响。 05 生产经验 煤 炭 工 程 2008年第4期 表3 土壤有毒元素的环境分级标准表mgkg- 1 等级名称水平 建议值mg/kg 汞镉铅砷氟 一级背景值理想水平011001153010300 二级基准值可接受012001306020400 三级警戒值可忍受0150015010027450 四级临界值超标1100110030030500 3 矸石养分含量分析。经化验华丰矿煤矸石中氮 N、磷P、钾K、有机质等养分含量及阳离子交换量 测定结果如表4。 由以上分析可以看出,华丰矿煤矸石中N、P养分平均 含量较低,除N含量养分属于土壤5级水平外,其余指标 均为土壤6级水平;矸石中K和有机质含量水平属于5级 偏上的土壤水平。土壤阳离子交换量标志着土壤保肥能力 大小,一般认为阳离子交换量在20me/100g以上为保肥能 力较强的土壤, 10～20me/100g为保肥能力中等的土壤,小 于10me/100g为保肥能力较弱的土壤。从分析结果看,华 丰矿煤矸石具有一定的保肥能力,属于保肥能力中等偏弱 的土壤。同时具有一定的可供植物吸收的养分,但含量偏 低,仅相当于5～6级土壤的营养元素含量,属很贫瘠的土 壤养分范围。但老矸石的速效养分比新矸石高。因此,在 复垦时应尽量将老矸石覆盖在复垦地表层上。 华丰矿煤矸石在化学元素组成、毒性分析上,均满足 回填材料要求,但在营养成分上偏低,用做塌陷地下部的 复垦回填材料,是完全可行的。最终确定采用第二种煤矸 石回填方法,即在回填矸石上方回填厚度015～115m的耕 作土层,以恢复农业用地。 表4 煤矸石养分含量表 类别 全量养分/ NPK 速效养分/mgkg- 1 NPK 有机质/ 阳离子交换量 /me100g - 1 老矸石010630101811741518711456531650193716183 新矸石010720105411830415211029391341126212159 平均值01068010361178651211243461501110014171 土壤养 分等级 50105～010750104～0107015～11030～593～430～49016～1 60105010401530330016 3 治理实践 在经过充分论证可行的情况下,华丰矿选取了近1133ha 塌陷区进行试验性生态恢复治理。在治理过程中,先将地表 面塌陷地1m的土壤有计划进行剥离,存放于复垦土地的周 围。将华丰矿多年矸石山堆积的矸石,回填至塌陷地内,填 平压实,然后将剥离的土壤均匀覆盖在表面,最上面覆盖坑 泥作栽植营养基。形成坡度和标高没有剧烈变化的平整土 地,地表排水坡度按2‰ 施工,排水方向由塌陷坑边缘指向 河道,这样即满足了复垦的要求,又满足了水有组织的排 出,恢复原地形地貌和自然环境,在回填区种植三倍体毛白 杨等速生丰产林,完成了塌陷积水区试验阶段的生态恢复治 理工作。土地复垦工艺流程示意图见图1。 修筑施工道路剥离堆放表层耕植土施工放样 矸石充填塌陷地场地平整压实覆盖表层耕植土 图1 土地复垦工艺流程示意图 治理过程共开挖土方115万m3,回填煤矸石515万 m3,粉煤灰8500m3,上部与土层混拌回填湾泥4300m3,具 体治理过程为 1 根据施工布局合理要求在复垦区修筑施工道路。路 面宽4m,路基宽515m,采用矸石路面结构,厚400mm。 2 按规定的分区剥离塌陷地耕层表土,并堆放在各垦 区周边地带。耕层表土剥离主要用铲运机,配合推土机施 工,铲运机走行可采用双侧连续的横向平行走行方式,剥 离厚度015～115m。 3 各垦区施工放样采用施工方格网进行放样,可分别 采用各自坐标系统,方格网视地形条件采用20～50m,网 点坐标应按垦区各自统一编号并注明每一标桩的设计高度 及挖填深度。 4 各垦区矸石充填用铲运机、推土机和运输车辆相配 合,充填厚2m,并进行场地平整。 5 回填的矸石平整后,把预先剥离的表土按原来的土 壤层次分层推回平整,表层耕植土厚015～115m,采用人 工配合铲运机及运输车辆联合作业,覆盖均匀,尽量保持 最小的平整量,以免过分平整导致地面压实,大大降低了 水的渗透率和抑制植物生长。 6 复田后的土地入冬前进行秋翻、粑碎、捞平,使土 壤保墒,达到翌年春播的要求。 7 在复垦区的来水方向及两侧设排水沟。其梯形断面 底宽1m,高115m。 8 两次采取复垦土样进行化验,化验结果达到了土壤 改良标准,具备了恢复耕种条件。 9 在回填改良后的土地上栽植毛白杨916棵,专人进 行看护、修剪、除草、灭虫,并根据天气状况进行浇灌, 进行科学养护。 复垦后的土地上栽植的三倍体速生毛白杨长势良好, 成活率达95以上,生长远远超过肥沃土地树苗,达到了 15 2008年第4期 煤 炭 工 程 生产经验 收稿日期 2007 - 12 - 28 作者简介艾庆华1964 - ,男,湖北丹江口人,高级工程师, 1989年毕业于北京理工大学,现从事自动化设计工 作。 KHD跳汰机控制系统的升级改造 艾庆华 河南平顶山选煤设计研究院 埃凯公司,河南 平顶山 467002 摘 要为解决黑岱沟矿选煤厂所用的四台德国BATAC块煤跳汰机在电气控制方面存在的 各种问题,文章介绍了跳汰机的整体改造方案,并详细介绍了数控风阀控制、液压排料控制 PLC、触摸屏及iFI X监控网络等最新控制技术在选煤厂跳汰机控制系统更新改造中的运用。 关键词跳汰机;控制;监控;iFI X 中图分类号TD922 11 文献标识码 B 文章编号 1671 - 0959 2008 0420052203 1 问题的提出 准葛尔能源有限公司黑岱沟矿选煤厂所用的四台德国 BATAC块煤跳汰机是20世纪80年代设计生产、90年代使 用的产品,其设计理念和产品在当时是先进的,特别是其 机械部分除更换一些基本配件及局部修整外,均保持原状, 能够承担原设计所赋予的职能。但在电气控制方面,随着 科学技术的进步,特别是电子信息技术的发展,原设计显 得落后,主要体现在以下几个方面 1 控制装置体积大、功能少而单一,故障点多,可靠 性差,维修困难。随着时间的推移,其控制系统所需的备 品备件将成为不可替代的淘汰产品,且越来越难储备,成 本越来越高。继续下去,将面临控制系统瘫痪、跳汰机停 机、全厂停产的局面。 2 现有的以分离元器件组装的控制系统难与现代化管 理的集控、信息系统相匹配,影响了选煤厂现代化的管理 模式。 3 现有的控制系统操作使用的传统按钮、指示灯、控 制量显示的设备繁多、复杂,对于操作者的要求较高,不 易操作。通常情况下,对于特定的煤质都是固定的操作参 量,当煤质发生变化或波动时,控制系统难以及时调节, 适应变化的能力较差。 4 控制系统发生故障时,故障点的检测和维修比较困 难,问题不能及时得到处理,从而影响了生产。 基于上述原因,黑岱沟矿选煤厂跳汰机控制系统的改 造势在必行。 2 跳汰机改造方案 改革开放20多年来,随着现代工业技术的发展,在跳 汰选煤研究设计上有了巨大的进步,控制范围除了集成控 制跳汰机的风阀、自动排料、稳风外,功能已扩展到复合 跳汰、灰分回控、自动加油、自动除杂、自动给料及监控 周边设备斗式提升机,精煤筛、送风、给水等。 黑岱沟选煤厂BATAC跳汰机升级改造选用的TDK - GK型电控系统采用进口AB型 SLC500可编程控制器 PLC做主机,采用日本D IGITAL触摸屏人机接口HM I进 行可视化操作。 TDK - GK型控制系统集成控制跳汰机的风阀系统、排 料系统、低压风稳风系统、给料机。 系统监视跳汰系统周边设备煤仓料位、给料机、高 低压风、循环水、精煤脱水筛、精煤皮带等的工作情况, 闭锁控制跳汰机的工作。 彩色触摸屏支持所有的参数设定、开关及按钮操作, 监视设备返回的各种信号。所有的控制回路都设有 “ 自动/ 手动 ”切换开关,可满足调试与正常生产时的需要。 控制主机采用SLC 5/05型CPU,该CPU集成有标准以 太网接口,可纳入全厂的集控监控网络和管理局域网。 上位计算机用iFI X接口构成图形监控系统,对跳汰机 预期效果。按10年两个砍伐年轮计,每年产生经济效益近 万元。 4 结 语 华丰矿成功实施的塌陷区试验性生态恢复治理,使矿 区地质环境与生态环境得到了根本改善,实现了环境资源 的综合利用,形成了煤炭企业的良性循环生产模式,最终 达到了资源开发与保护环境的良性循环,实现社会效益、 经济效益、资源效益及生态环境效益的统一。并且为继续 开展下一步的塌陷区土地综合治理,建设生态工业园提供 了可靠实践依据。 责任编辑 严民杰 25 生产经验 煤 炭 工 程 2008年第4期