中国工业固废网讯 在普通人眼里，黄河泥沙、采煤沉陷区复垦，本来风马牛不相及，但中国矿业大学(北京)教授胡振琪团队利用新型复垦技术，将两者完美结合起来，一举两得：既能复垦采煤沉陷区，又利于黄河调沙调水、治理黄河淤泥。
“采用黄河泥沙充填复垦技术，复垦采煤沉陷区，复垦后的土地质量接近周围正常农田，且复垦成本低，复垦一亩土地大概花费1万元(距离黄河10公里以内)，未来应用前景巨大。”2016年11月25日，中国矿业大学(北京)教授胡振琪对记者说。
第一次将黄河泥沙作为充填复垦材料
“2005年，我们在国内首次提出了煤粮复合区的概念。我国煤粮复合区面积巨大：10.8%的煤炭可采储量与耕地重合。如果将煤粮复合区的这些煤炭全部挖出来，2亿亩耕地可能就没了。鱼和熊掌不可兼得。要煤炭还是要粮食，成为一对矛盾。但我国的国情是既要煤炭又要粮食。怎么办?现实的选择是，利用充填复垦技术对采煤沉陷区进行修复，既把煤炭挖出来，又能把耕地保住。”胡振琪说。
将黄河泥沙作为充填复垦材料，正是在煤粮复合区这一概念下提出的构想。
胡振琪告诉记者，充填复垦是保护耕地最有效的方法，煤矸石、粉煤灰是常用的充填复垦材料。但它们存在两大问题：一是这两种材料可能含有重金属、或呈碱性或呈酸性，有潜在污染风险;二是这两种材料数量有限，加之被拿去制作泡沫砖、水泥等，所以可用于充填复垦的煤矸石、粉煤灰越来越少。
他们一直在寻找新材料。“2005年，我们看到许多农民在黄河两岸的土地上种植农作物，农作物长势较好。加上黄河两岸许多耕地以前就是黄泛区，由黄河泥沙沉积而成。我们就想，能不能把黄河泥沙作为充填复垦材料?”胡振琪说。
山东省济宁市国土资源局也有类似想法。2005年至2008年，该局委托胡振琪团队负责土地利用总体规划修编中的“采煤塌陷地研究”专题，以及2009年至2012年的济宁市采煤沉陷区治理总体规划。在这两个课题的研究期间，胡振琪团队系统考察了黄河调沙调水、治理黄河淤泥情况，确定济宁市为适宜黄河泥沙充填复垦的区域。2011年3月，采煤塌陷地引黄充填复垦可行性研讨会在京召开。同年，他们申请的“十二五”国家科技支撑计划课题“大型煤炭基地沉陷区黄河泥沙充填修复技术及示范”获得批准。就这样，一切准备已然就绪。
想法简单，取沙、输沙、沉沙排水都不易
“想法挺简单，但在工艺上怎么解决?”胡振琪说，“比如取沙、输沙以及沉沙排水等一系列问题，每一项还要再细化，哪怕一个小问题解决不了也不行。”
“取沙位置，我们根据采煤沉陷区空间分布、黄河水含沙量时空变化，力求成本最优、生态最优、难易程度最优。”胡振琪说，“合适的取沙点，今年取完沙，经过河水冲蚀，又会有新的泥沙沉积，第二年可以继续取。”
常见的取沙设备为潜沙泵。现有潜沙泵取沙效率低，不能满足大规模的取沙要求。为此，胡振琪团队在潜沙泵上安装了一个搅拌器，在泵体上方增设稳流集帽和弧形截沙槽。在取沙过程中，搅拌器的高速旋转可以有效实现在动水的情况下，采集足量的沙子。改进后的潜沙泵因不受吸程限制，使取沙效率提高了50%。
取沙时，需要用到采沙船。现有采沙船采集工作面较窄，且需要频繁移动。为了高效取沙，他们对采沙船进行了优化，发明了一种动水宽面采沙补沙、船体移动频率低的采沙船。
接下来是输沙问题。利用管道输沙时，若浆体中泥沙含量过低，输送的浆体主要是水而非泥沙，就会造成输沙效率低、成本高。这就需要想办法提高浆体中的泥沙浓度。但想提高泥沙浓度并非易事。
最终，胡振琪团队经过多次试验，发明了一种可对黄河水大流量、快速进行浆体含沙量浓度控制的泥沙浓密器，才解决了泥沙的浓度问题。应用泥沙浓密器后，输沙浓度提高了30%。
“为了高效、安全输沙，我们对输送管道材料、管径、临界不淤流速、输水含沙量等技术参数进行了系统研究。我们利用强力加压泵解决了长距离输沙难题。”胡振琪说，“我们的取沙输沙方法是：潜沙泵取沙、浓密器浓缩、加压泵中继加压管道传输。”
2013年10月，胡振琪团队与多家单位合作，在山东梁山县引黄闸附近的黑虎庙管理站建成了引黄充填管道输沙实验室。通过一系列试验，他们解决了取沙、输沙问题。
构建像五花肉一样的夹心式土壤结构
充填复垦材料运到了采煤沉陷区，最重要的是要过充填复垦及沉沙排水这一关。
黄河泥沙充填复垦及沉沙排水，是指将黄河泥沙作为充填复垦材料，输送到已剥离表土、心土的采煤沉陷区上，使泥沙沉降、清水排走后，将之前剥离的表土、心土覆盖到泥沙表面，而达到土壤重构、复垦采煤沉陷区的目的。表土是土地最表面的那一层土，营养成分最高，对农作物生长影响最大;心土是表土层下面的土壤。
2011年至2013年，胡振琪团队与山东省济宁市土地综合整治中心、山东省梁山县国土资源局等单位合作，在梁山县建设了充填复垦技术试验区。试验区距离黄河较近，与采煤沉陷区具有相似的地貌特征，为一坑塘涝洼地，占地面积730亩。
尽管试验区建成了，但土地复垦效果并不理想：虽然土地能种植农作物了，但种植的农作物产量只有周围正常农田的50%。这让胡振琪团队有点头疼。
“沉沙排水时，为了提高施工速度，我们就想把沙尽快沉降、把清水尽快排走，于是把表土剥离后，采取漫灌方式进行充填。泥沙中的粗颗粒很容易沉降，细微颗粒易悬浮在水中，不容易沉降。由于加速排水，把泥沙中的细微颗粒排走了。而泥沙中的细微颗粒营养成分最高，有利于农作物生长。”胡振琪说。
意识到快速排水的弊端后，他们采取了延时排水策略。“沉沙排水时，排水既不能过快，又不能过慢。排水过快，会把泥沙中营养成分高的细微颗粒排走，既不利于农作物生长，又容易堵塞沟渠;排水过慢，会降低施工速度，影响施工工期。”胡振琪说。
最终，他们通过交替作业方式，才解决了沉沙排水的延时排水、施工工期的问题。交替作业，简单地说，是指通过将采煤沉陷区划分成若干条带，条带末端用土工布堵住，一部分条带进行充填泥沙作业。一个条带充填泥沙作业完成后，使其澄清，其间对另一部分条带进行充填泥沙作业。待之前完成充填泥沙作业的条带内的泥沙细微颗粒基本沉降后，通过土工布排水，依次循环下去。
2014年9月，胡振琪团队与山东能源临矿集团邱集煤矿、山东国地水利土地勘察设计有限公司等单位合作，通过划分成条带、交替作业方式，在邱集煤矿建成了充填复垦技术示范区一期工程，占地面积520亩。
与试验区相比，示范区一期工程效果仍没有实现预期目标：复垦后的土地，农作物产量虽有提高，但与周围正常农田相比，还有差距。
（来源：煤炭深度观察）
编辑：王树谷
