在普通人眼里，黃河泥沙、采煤沉陷區(qū)復墾，本來風馬牛不相及，但中國礦業(yè)大學(北京)教授胡振琪團隊利用新型復墾技術，將兩者完美結合起來，一舉兩得：既能復墾采煤沉陷區(qū)，又利于黃河調沙調水、治理黃河淤泥。
“采用黃河泥沙充填復墾技術，復墾采煤沉陷區(qū)，復墾后的土地質量接近周圍正常農田，且復墾成本低，復墾一畝土地大概花費1萬元(距離黃河10公里以內)，未來應用前景巨大?！?016年11月25日，中國礦業(yè)大學(北京)教授胡振琪對記者說。
第一次將黃河泥沙作為充填復墾材料
“2005年，我們在國內首次提出了煤糧復合區(qū)的概念。我國煤糧復合區(qū)面積巨大：10.8%的煤炭可采儲量與耕地重合。如果將煤糧復合區(qū)的這些煤炭全部挖出來，2億畝耕地可能就沒了。魚和熊掌不可兼得。要煤炭還是要糧食，成為一對矛盾。但我國的國情是既要煤炭又要糧食。怎么辦?現(xiàn)實的選擇是，利用充填復墾技術對采煤沉陷區(qū)進行修復，既把煤炭挖出來，又能把耕地保住。”胡振琪說。
將黃河泥沙作為充填復墾材料，正是在煤糧復合區(qū)這一概念下提出的構想。
胡振琪告訴記者，充填復墾是保護耕地最有效的方法，煤矸石、粉煤灰是常用的充填復墾材料。但它們存在兩大問題：一是這兩種材料可能含有重金屬、或呈堿性或呈酸性，有潛在污染風險;二是這兩種材料數(shù)量有限，加之被拿去制作泡沫磚、水泥等，所以可用于充填復墾的煤矸石、粉煤灰越來越少。
他們一直在尋找新材料?！?005年，我們看到許多農民在黃河兩岸的土地上種植農作物，農作物長勢較好。加上黃河兩岸許多耕地以前就是黃泛區(qū)，由黃河泥沙沉積而成。我們就想，能不能把黃河泥沙作為充填復墾材料?”胡振琪說。
山東省濟寧市國土資源局也有類似想法。2005年至2008年，該局委托胡振琪團隊負責土地利用總體規(guī)劃修編中的“采煤塌陷地研究”專題，以及2009年至2012年的濟寧市采煤沉陷區(qū)治理總體規(guī)劃。在這2個課題的研究期間，胡振琪團隊系統(tǒng)考察了黃河調沙調水、治理黃河淤泥情況，確定濟寧市為適宜黃河泥沙充填復墾的區(qū)域。2011年3月，采煤塌陷地引黃充填復墾可行性研討會在京召開。同年，他們申請的“十二五”國家科技支撐計劃課題“大型煤炭基地沉陷區(qū)黃河泥沙充填修復技術及示范”獲得批準。就這樣，一切準備已然就緒。
想法挺簡單，
但取沙、輸沙、沉沙排水等都不容易
“想法挺簡單，但在工藝上怎么解決?”胡振琪說，“比如取沙、輸沙以及沉沙排水等一系列問題，每一項還要再細化，哪怕一個小問題解決不了也不行?！?/p>
“取沙位置，我們根據(jù)采煤沉陷區(qū)空間分布、黃河水含沙量時空變化，力求成本最優(yōu)、生態(tài)最優(yōu)、難易程度最優(yōu)。”胡振琪說，“合適的取沙點，今年取完沙，經(jīng)過河水沖蝕，又會有新的泥沙沉積，第二年可以繼續(xù)取?！?/p>
常見的取沙設備為潛沙泵?，F(xiàn)有潛沙泵取沙效率低，不能滿足大規(guī)模的取沙要求。為此，胡振琪團隊在潛沙泵上安裝了一個攪拌器，在泵體上方增設穩(wěn)流集帽和弧形截沙槽。在取沙過程中，攪拌器的高速旋轉可以有效實現(xiàn)在動水的情況下，采集足量的沙子。改進后的潛沙泵因不受吸程限制，使取沙效率提高了50%。
取沙時，需要用到采沙船?，F(xiàn)有采沙船采集工作面較窄，且需要頻繁移動。為了高效取沙，他們對采沙船進行了優(yōu)化，發(fā)明了一種動水寬面采沙補沙、船體移動頻率低的采沙船。
接下來是輸沙問題。利用管道輸沙時，若漿體中泥沙含量過低，輸送的漿體主要是水而非泥沙，就會造成輸沙效率低、成本高。這就需要想辦法提高漿體中的泥沙濃度。但想提高泥沙濃度并非易事。
最終，胡振琪團隊經(jīng)過多次試驗，發(fā)明了一種可對黃河水大流量、快速進行漿體含沙量濃度控制的泥沙濃密器，才解決了泥沙的濃度問題。應用泥沙濃密器后，輸沙濃度提高了30%。
“為了高效、安全輸沙，我們對輸送管道材料、管徑、臨界不淤流速、輸水含沙量等技術參數(shù)進行了系統(tǒng)研究。我們利用強力加壓泵解決了長距離輸沙難題?！焙耒髡f，“我們的取沙輸沙方法是：潛沙泵取沙、濃密器濃縮、加壓泵中繼加壓管道傳輸?！?/p>
2013年10月，胡振琪團隊與多家單位合作，在山東梁山縣引黃閘附近的黑虎廟管理站建成了引黃充填管道輸沙實驗室。通過一系列試驗，他們解決了取沙、輸沙問題。
構建像五花肉一樣的夾心式土壤結構
充填復墾材料運到了采煤沉陷區(qū)，最重要的是要過充填復墾及沉沙排水這一關。
黃河泥沙充填復墾及沉沙排水，是指將黃河泥沙作為充填復墾材料，輸送到已剝離表土、心土的采煤沉陷區(qū)上，使泥沙沉降、清水排走后，將之前剝離的表土、心土覆蓋到泥沙表面，而達到土壤重構、復墾采煤沉陷區(qū)的目的。表土是土地最表面的那一層土，營養(yǎng)成分最高，對農作物生長影響最大;心土是表土層下面的土壤。
2011年至2013年，胡振琪團隊與山東省濟寧市土地綜合整治中心、山東省梁山縣國土資源局等單位合作，在梁山縣建設了充填復墾技術試驗區(qū)。試驗區(qū)距離黃河較近，與采煤沉陷區(qū)具有相似的地貌特征，為一坑塘澇洼地，占地面積730畝。
盡管試驗區(qū)建成了，但土地復墾效果并不理想：雖然土地能種植農作物了，但種植的農作物產(chǎn)量只有周圍正常農田的50%。這讓胡振琪團隊有點頭疼。
“沉沙排水時，為了提高施工速度，我們就想把沙盡快沉降、把清水盡快排走，于是把表土剝離后，采取漫灌方式進行充填。泥沙中的粗顆粒很容易沉降，細微顆粒易懸浮在水中，不容易沉降。由于加速排水，把泥沙中的細微顆粒排走了。而泥沙中的細微顆粒營養(yǎng)成分最高，有利于農作物生長。”胡振琪說。
意識到快速排水的弊端后，他們采取了延時排水策略。“沉沙排水時，排水既不能過快，又不能過慢。排水過快，會把泥沙中營養(yǎng)成分高的細微顆粒排走，既不利于農作物生長，又容易堵塞溝渠;排水過慢，會降低施工速度，影響施工工期?！焙耒髡f。
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編輯：劉影