CN101422094A - 平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法 - Google Patents

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Abstract

一种平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法，属采矿技术领域，用于解决未稳沉采煤塌陷区土地复垦问题。它是在采煤塌陷未完全、积水未形成时进行，它根据所要复垦的规模、范围及目标由工程设计计算和工程实施两个阶段组成，所述工程设计计算阶段包括计算预计下沉量、施工田块划分、确定施工参数等步骤。本发明方法与现有“先破坏后治理”技术相比，显示了如下优点：动态预复垦实现采矿与复垦的充分有效结合，可降低复垦投入，缩短复垦周期，增加复垦效益，并可促进矿区土地资源的可持续利用及矿区可持续发展的实现，能有效减缓矿区因采煤塌陷植被破坏、水土流失等造成的生态环境恶化，最大限度地保护土壤资源。

Description

平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿开采塌陷土地复垦的技术方法，尤其是平原高潜水位矿区厚煤层开采未稳沉塌陷地复垦或待塌陷地复垦的方法，属采矿技术领域。
背景技术
目前，煤矿塌陷区土地复垦方法是待其塌陷后再治理，即先破坏后治理。这种复垦技术的实施步骤主要是：1.划定复垦范围，对此范围进行开采稳定性评价；2.现场实地测量绘图，包括积水区域和陆地；3.根据实测图进行整个区域的规划设计；4.最后根据规划图进行一次施工。由于这种技术方法是在采煤破坏完全、塌陷地稳沉后进行，在平原高潜水位区域已造成积水区，因而导致整个复垦工程费用高，效率低，且复垦后土地质量差，具体问题体现在如下方面：1.复垦工程难度大，地表积水致使测图和工程实施困难，土方工程多为水下工程；2.工程费用增加，水下土方工程单方造价明显增加；3.施工环境差，因塌陷将项目区交通、水利、电力设施破坏，土地积水后土方工程施工条件变差；4.沉陷积水后土壤特性变差，复垦的耕地质量下降；5.复垦与采煤分开，且积水、淤泥致使复垦施工周期较长，效率较低，效益较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，针对平原高潜水位矿区厚煤层开采未稳沉塌陷地或待塌陷地提供一种适用于平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法，它是在采煤塌陷未完全、积水未形成时进行，且可与地下采煤同时进行，它根据所要复垦的规模、范围及目标由工程设计计算和工程实施两个阶段组成，所述工程设计计算阶段包括如下步骤：
a.预计下沉量计算：利用预计下沉量的公式计算出预计下沉量W预，并画出等值线；
Figure A200710139658D00041
式中m为开采厚度；q为下沉系数；α为煤层倾角；s为开采单元的横坐标；x为地面任意点的横坐标；r为主要影响半径；
b.施工田块划分：根据等值线进行施工田块划分，将预计下沉量小于2m、预计下沉量在2m～4m之间、预计下沉量大于4m分为不同的施工田块；
C.确定施工参数：将上述划分的施工田块再划分为边长为10m～20m的矩形或方形施工参数计算区域，施工参数计算区域也是施工过程中的施工控制区域，每一施工参数计算区域的施工参数计算如下：
施工参数计算区域回填平均厚度：B总＝H-H0+W预
上式中H0为下沉前地面标高；H为稳沉后复垦设计标高，W预为该施工参数计算区域预下沉量的算术平均值；
当复垦回填材料采用无污染矸石填充时，矸石平均充填厚度为：
B＝B总-覆土厚度
用矸石充填时，充填矸石标高为：H矸＝H+W预-W已-覆土厚度
就地取土充填时，充填土层标高为：H土＝H+W预-W已-耕作层厚度
上式中W已由现场实地测得，耕作层厚度为0.4m，矸石充填时，矸石上部覆土厚度包括耕作层厚度不小于1m。
上述平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法，所述工程实施阶段以上述划分的施工田块为单元进行分区施工、以上述划分的矩形或方形施工参数计算区域进行施工参数控制，实测施工区域已下沉量W已，根据所计算出的回填平均厚度、充填标高等施工参数进行施工，施工时先将复垦施工田块与取土田块的表土剥离厚度为0.4m移至别处，将无污染矸石或从取土田块取土充填于施工区域至充填设计标高H矸或H土处，然后将剥离的表土覆于表面，各施工区域依次进行直至该项目中所有施工田块充填覆土完毕，最后将所有施工田块按当地地表倾斜趋势进行整体一次平整。
所要复垦的规模、范围及目标可采用现有技术进行，一般先确定项目区，然后依据煤矿开采规划、地质采矿条件，开采推进情况，地表塌陷程度，项目区塌陷前地貌，区域地形地貌、地表水系等具体条件计算采煤塌陷范围，进而确定复垦规模、复垦范围及主要目标。
本发明方法与现有“先破坏后治理”技术相比，显示了如下优点：动态预复垦实现采矿与复垦的充分有效结合，也即“采矿-复垦”一体化，“边采矿，边复垦”，可降低复垦投入，缩短复垦周期，增加复垦效益，并可促进矿区土地资源的可持续利用及矿区可持续发展的实现，能有效减缓矿区因采煤塌陷植被破坏、水土流失等造成的生态环境恶化，最大限度地保护土壤资源。本发明方法与地下采煤同时进行，是在采煤塌陷未完全、积水未形成时进行，因此施工相对简单，施工条件好，易于工程布置和方案设计，同时，保护和利用了耕作土层，缩短了复垦施工周期，提高了复垦效益。
附图说明
图1是本发明复垦工程布局及施工区域划分示意图。
附图中标号表示如下：1.施工参数计算区域；2.等值线；3.施工田块。
具体实施方式
本发明方法的特点在于它是在未稳沉采煤塌陷区进行土地复垦，即工程在采煤塌陷未完全、积水未形成时进行，且可与地下采煤同时进行。它包括根据所要复垦的规模、范围及目标进行工程设计计算和工程实施两个阶段。
实施时，要先确定项目区，然后依据煤矿开采规划、地质采矿条件，开采推进情况，地表塌陷程度，项目区塌陷前地貌，区域地形地貌、地表水系等具体条件预计采煤塌陷范围，进而确定复垦规模、复垦范围及主要目标。
本发明核心技术为工程设计计算阶段，在该阶段首先利用现有预计下沉量公式
Figure A200710139658D00061
Figure A200710139658D00062
取点计算预计下沉量W预，根据计算结果画出等值线，进而根据等值线进行施工田块划分。式中m为开采厚度；q为下沉系数；α为煤层倾角；s为开采单元的横坐标；x为地面任意点的横坐标值；r为主要影响半径。根据等值线进行施工田块划分的原则为：将预计下沉量小于2m，预计下沉量在2m～4m之间、预计下沉量大于4m分为不同施工田块。然后确定施工参数，现场实测每一田块的已下沉量W已，根据现场地面实际状况将已划分的施工田块再划分为边长为10m～20m的矩形或方形施工参数计算区域，施工参数计算区域也是施工过程中的施工控制区域，每一施工参数计算区域的参数计算如下：
施工参数计算区域回填总平均厚度B总＝H-H0+W预，
式中H0为现场实测平均标高，H为稳沉后复垦设计标高，该标高应高于当地潜水位1.5米以上，可以根据当地条件选择不同的值。W预为该施工参数计算区域预计下沉量的平均值。
复垦回填材料可用无污染矸石或就地取土，当采用无污染矸石填充时，矸石平均充填厚度为：B＝B总-覆土厚度。
用矸石充填时，充填矸石标高：H矸＝H+W预-W已-覆土厚度
就地取土充填时，充填土层标高：H土＝H+W预-W已-耕作层厚度
公式中，W预根据公式计算得出；W已由现场实地测得，耕作层厚度一般为0.4m。矸石充填时，根据经验，矸石上部覆土厚度应不小于1m(包括耕作层厚度)。
工程实施阶段是本发明的一个重要阶段，在工程实施阶段以按照上述方法划分的施工田块为单元进行分区施工、以上述划分的矩形或方形施工参数计算区进行施工控制。实测施工区域已下沉量W已，根据所计算出回填平均厚度、充填标高等施工参数进行施工。为了保护田块肥沃的耕作层土壤，首先将复垦施工田块与取土田块的表土剥离厚度为0.4m移至别处；将无污染矸石或从取土田块取土充填于施工区域至充填设计标高H矸或H土处；然后将剥离的表土覆于表面，保证矸石表面覆土厚度不小于1m。其他施工田块按上述方法依次进行，直至该项目中所有田块充填覆土完毕。最后将所有施工田块按当地地表倾斜趋势进行整体一次平整。
以下给出一个具体的实施例：
华东平原某高潜水位矿区，煤层埋深450～500米，煤厚度平均9米，倾角8°，综采放顶煤开采，该区潜水位标高45米，地面下沉前标高46.5米。采用矸石充填后覆土进行复垦，设计和施工方案如下：
首先确定复垦范围，然后进行工程设计计算。参看图1(图中各较大面积的矩形区域为施工田块，左上角处带有数字的小矩形区域为施工参数计算区域，图中单位为毫米)，根据预计下沉量公式计算复垦范围内各点预计下沉值，画出等值线2(此步骤可采用计算机编程实现，为现有技术)。根据等值线划分施工田块3，在每一田块内根据实况进行施工参数计算区域1的划分。
以第一施工田块为例，该区域划分为12个施工参数计算区域，1号施工参数计算区域设计稳沉标高为47米，经计算该区域预计下沉量的平均值W预为1米，实地测量平均标高46米，实测该区域W已为0.5米。则该参数计算区域：平均矸石充填标高H矸＝H+W预-W已-覆土厚度＝47+1-0.5-1＝46.5米，
矸石充填厚度为B＝B总-覆土厚度＝H-H0+W预-覆土厚度＝47-46.5+1-1＝0.5米
其它施工参数计算区的参数计算以同样方法进行。
施工方案为：首先将第一复垦施工田块与取土田块表土剥离厚度为0.4米移到别处；然后按照各参数计算区域的设计参数将复垦施工田块用无污染矸石充填。1号区域就充填至现场标高为46.5米处，其他参数计算区域依次充填；再从取土田块取土覆盖到第一复垦田块使厚度达到0.6米左右，最后将该区域剥离的表土覆盖到表层，覆土总厚度为1m。这样一个施工田块施工完毕。其他施工田块依次按此法进行，直至该复垦区域复垦完毕。
最后将该区域按照当地地表趋势一次平整。至此，预复垦工程完毕。
当例中复垦方法为全部取土时，施工田块与施工参数计算区域划分同上。不同的是施工参数计算区的参数计算。1号施工参数计算区的参数计算如下：
平均土层充填标高：H土＝H+W预-W已-耕作层厚度＝47+1-0.5-0.4＝47.1米
土层充填总厚度为B＝H-H0+W预＝47-46.5+1＝1.5米
施工方案为：首先将第一复垦施工田块与取土田块表土剥离厚度为0.4米移到别处；然后按照各参数计算区域的设计参数将复垦施工田块从取土田块充填。1号区域就充填至现场标高为47.1米处，其他参数计算区域依次充填；再将该区域剥离的厚度为0.4米的表土覆盖到表层。这样一个施工田块施工完毕。其他施工田块依次按此法进行，直至该复垦区域复垦完毕。最后将该区域按照当地地表趋势一次平整。至此，预复垦工程完毕。

Claims (4)

1.一种平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法，其特征在于：是在采煤塌陷未完全、积水未形成时进行，它根据所要复垦的规模、范围及目标由工程设计计算和工程实施两个阶段组成，所述工程设计计算阶段包括如下步骤：
a.预计下沉量计算：利用预计下沉量公式计算预计下沉量W预，并画出等值线
Figure A200710139658C00021
式中m为开采厚度；q为下沉系数；α为煤层倾角；s为开采单元的横坐标；x为地面任意点的横坐标；r为主要影响半径；
b.施工田块划分：根据等值线进行施工田块划分，将预计下沉量小于2m、预计下沉量在2m～4m之间、预计下沉量大于4m分为不同的施工田块；
c.确定施工参数：将上述划分的施工田块再划分为边长为10m～20m的矩形或方形施工参数计算区域，每一施工参数计算区域的施工参数计算如下：
施工参数计算区域回填平均厚度：B总＝H-H0+W预
上式中H0为下沉前地面标高；H为稳沉后复垦设计标高，W预为该施工参数计算区域预计下沉量的算术平均值；
当复垦回填材料采用无污染矸石填充时，矸石平均充填厚度为：
B＝B总-覆土厚度
用矸石充填时，充填矸石标高为：H矸＝H+W预-W已-覆土厚度
就地取土充填时，充填土层标高为：H土＝H+W预-W已-耕作层厚度上式中W已由现场实地测得，耕作层厚度为0.4m，矸石充填时，矸石上部覆土厚度包括耕作层厚度不小于1m。
2.根据权利要求1所述的平原矿区厚煤层开采塌陷地动态预复垦方法，其特征在于：所述工程实施阶段以上述划分的施工田块为单元进行分区施工、以上述划分的矩形或方形施工参数计算区域进行施工控制，实测施工区域已下沉量W已，根据所计算出的回填平均厚度、充填标高等施工参数进行施工，施工时先将复垦施工田块与取土田块的表土剥离厚度为0.4m移至别处，将无污染矸石或从取土田块取土充填于施工区域至充填设计标高H矸或H土处，然后将剥离的表土覆于表面，各施工田块依次进行直至该项目中所有施工田块充填覆土完毕，最后将所有施工田块按当地地表倾斜趋势进行整体一次平整。
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