CN102972112A - 矿山塌陷地复垦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿山塌陷地复垦方法，利用煤矸石、建筑垃圾、生活垃圾和剩余污泥与粘土作为填充材料直接充填到塌陷盆地中，与水混合生成有机充填土，利用剩余污泥和蓄水设置成氧化塘对生产废水、生活污水和垃圾进行处理，解决了土地复垦缺乏适合植物生长条件的有机土的难题；解决了煤矸石存放、垃圾和剩余污泥填埋的占地问题；剩余污泥直接来自污水处理厂的污泥浓缩池，省却了污泥的后续处理环节，降低了污水处理厂的运行成本；同时实现污水处理后的达标排放，或满足回用水的水质要求回用于煤矿的生产、生活中。该发明操作方便、投资少、复垦成本低，特别适用于大型矿山产生的大面积塌陷地的土地复垦。

Description

矿山塌陷地复垦方法

技术领域

本发明涉及土地复垦技术领域，尤其是一种矿山塌陷地复垦方法。

背景技术

煤矿等矿山在开采过程中造成地表的下沉，形成大面积的塌陷盆地，这些塌陷盆地内多为积水，农作物无法生长，占据大量耕地，为了恢复利用这些被破坏的土地往往需要投入大量的人力、物力和财力；另一方面煤矿等矿山企业在生产过程中产生大量的煤矸石等废弃物，堆放这些煤矸石需要一定量的土地。

目前，国内对矿区煤矸石和塌陷区治理和利用的形式多种多样，如利用煤矸石作为建筑材料、燃料和化工原料等用途，利用塌陷区进行水产养殖、建设公园等，也有很多地方把煤矸石等废弃物直接充填到塌陷盆地中，煤矸石上部覆盖土壤，再进行种植，但土壤下部的煤矸石保水性很差，造成上部土壤层缺水，树木或农作物很难成活，同时为保证生产的安全进行，煤矿需要外排大量的井下水，井下水来自采煤工作面、掘进头和老采空区，含有大量的煤尘、岩粒和一定量的细菌，不加处理排放会造成地表水体的污染。

申请号：201110201641.x公开了一种人造土壤及制作方法，申请号：200810197214.7公开了一种用于矿业复垦的表层土壤，但该人造土壤制作成本高，操作复杂，对于大型矿山产生的大面积塌陷盆地的土地复垦不适用。因此如何合理又经济地利用这些废弃的煤矸石成为各大煤矿企业的一个难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提出一种利用煤矸石、建筑垃圾、生活垃圾和剩余污泥与粘土作为填充材料直接充填到塌陷盆地中，利用矿山企业的生产废水和工人村的生活污水作为混合反应促进剂，同时利用好养堆肥的方法生成有机土的矿山塌陷地复垦方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的复垦方法是按如下步骤实施的：

a、在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围和深度，确定地质开采技术条件、地表移动参数、采空区计算长度，计算走向主要影响半径和上、下边界的主要影响半径，计算地表各代表点的最大下沉量。

b、根据塌陷地的计算结果规划、确定复垦的位置、面积，计算充填的厚度、土方量；把复垦目标区规划成方格网状结构，施工充填区规划成为50-100米的方形或矩形田块。

c、根据充填总厚度确定充填循环次数，1.0-1.5米为一次循环厚度；

d、剥离施工充填区的表层土，剥离厚度为0.8-1.5米，把部分剥离土堆积在充填区的四周，形成围堰；

e、在相邻充填区设置进出水的连接水渠；相邻充填区通过连接水渠串联运行。

f、在施工充填区内充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为一次循环厚度的30%-60%；煤矸石来源于矿山企业。

g、在煤矸石上充填建筑垃圾，建筑垃圾的充填厚度为一次循环厚度的10%-30%；建筑垃圾来源于当地垃圾收集站。

h、在建筑垃圾上充填生活垃圾，生活垃圾的充填厚度为一次循环厚度的5%-10%；生活垃圾来源于当地垃圾收集站。

i、在生活垃圾上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度为一次循环厚度的5%-30%；剩余污泥来源于城市污水处理厂的浓缩池。

j、把矿山企业的生产废水和工人村的生活污水引入到充填区，水力停留时间为1-3个月；剩余污泥中含有大量的厌氧菌、兼性菌和好氧菌，充填区蓄水后形成氧化塘，对废水进行厌氧和好养处理，同时对剩余污泥下部的生活垃圾进行分解处理。来自污水处理厂的剩余污泥和氧化塘新产生的污泥以及生活垃圾的分解产物渗透到煤矸石和建筑垃圾的缝隙中，煤矸石等不断粉化、分解，与剩余污泥和垃圾产物混合生成有机土。

k、水力停留1-3个月后停止进水，把充填区内的水引入下一级相邻充填区，让充填区自然干涸。

l、在干涸的泥床上充填剥离土，剥离土的充填厚度为一次循环厚度的5%-10%，保持充填区干涸状态10-60天；这样可以使混合有机土在空气中进一步发生好氧堆肥的效应，灭活病原体、虫卵等，使有机土无害化。

m、至此，完成一次循环充填；进行下一次循环充填：在干涸的泥床上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为一次循环厚度的30%-60%，煤矸石来源于矿山企业。等等。

n、所有的循环充填完成后，把剥离土覆盖在泥床上作为耕作层，耕作层的厚度为0.6-1.0米。

本发明的有益效果是，本发明利用煤矸石、建筑垃圾、生活垃圾和剩余污泥与粘土作为填充材料直接充填到塌陷盆地中，与水混合生成有机充填土，利用剩余污泥和蓄水设置成氧化塘对生产废水、生活污水和垃圾进行处理，解决了土地复垦缺乏适合植物生长条件的有机土的难题；解决了煤矸石存放、垃圾和剩余污泥填埋的占地问题；剩余污泥直接来自污水处理厂的污泥浓缩池，省却了污泥的后续处理环节，降低了污水处理厂的运行成本；同时实现污水处理后的达标排放，或满足回用水的水质要求回用于煤矿的生产、生活中。该发明操作方便、投资少、复垦成本低，特别适用于大型矿山产生的大面积塌陷地的土地复垦。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的矿山塌陷地复垦方法的具体实施例的平面图。

图中：1.进水口，2.充填区，3.围堰，4.连接水渠，5.出水口。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例

以皖北某煤矿塌陷地为例，皖北某煤矿在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围、深度：

(1)确定地质开采技术条件即下边界采深H₁，上边界采深H₂，采厚M，煤层倾角α，采空区走向长D₃，倾斜长D₁，倾斜水平投影长D_1s。这些数据可从当地地质勘探资料中获取。

(2)确定地表移动参数

下沉系数q，主要影响角正切tgβ，拐点偏距S₁、S₂、S₃、S₄，开采影响传播角θ。该矿区的地表移动观测站提供上述参数。

(3)确定采空区计算长度：走向长度l、倾向长度L

l=D₃-S₃-S₄，L=(D_l-S₁-S₂)×sin(θ＋α)／sinθ

(4)建立坐标系，确定坐标原点，通过作图或坐标转换计算各点坐标X，Y值。

(5)计算走向主要影响半径r和上、下边界的主要影响半径r₁、r₂，r=H/tgβ,r₁=H₁/tgβ,r₂=H₂/tgβ。

(6)按式W_cm=M×q×cosα计算最大下沉量W_cm

(7)计算各点坐标X，Y与对应开采边界主要影响半径的比值X/r,(X-1)/r,

Y/r₁(Y-L)/r₂

(8)以(7)中的比值为引数，查分布函数表得

A(X/r),A[(X-1)/r],A(Y/r₁),A[(Y-L)/r₂]

(9)由公式：W₁(Y)=W_cm×A(Y/r₁)；W₂(Y-L)=W_cm×A[(Y-L)/r₂]；W₃(X)=W_cm×A(X/r)；W₄(X-l)=W_cm×A[(X-1)/r]；W(X)=[W₃(X)-W₄(X-1)]；W(Y)=[W₁(Y)-W₂(Y-L)]。计算X方向的下沉量W3(X)、W4(X-l)、W(X)和Y方向的下沉量W₁(Y)、W₂(Y-L)、W(Y)。

(10)由公式W(X,Y)=W(X)×W(Y)/W_cm求得各点的最终下沉量W(X,Y)。

通过以上计算得出塌陷盆地的长约为2100米，宽约为1200米，地面各代表点的平均下沉量是3.3米。

根据塌陷地的计算结果把复垦目标区规划成方格网状结构，施工充填区规划成为100×50米²的矩形田块，根据该矿区的地表移动观测站提供的地表下沉速度、下沉趋势与充填材料的供应数量决定依次施工四个充填区2。

确定每个充填区2的充填总厚度为3米，充填循环次数为3次，一次循环厚度为1.0米。每个充填区2的充填量为100×50×3=15000米³，整个塌陷盆地的充填总量为2100×1200×3=7.56×10⁶米³。

剥离施工充填区2的表层土，剥离厚度为1.1米，把部分剥离土堆积在充填区的四周，形成围堰3。

在相邻充填区2设置进出水的连接水渠4，相邻充填区2通过连接水渠4串联运行，可以提高出水水质。

在施工充填区2内充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为一次循环厚度的50%，即0.5米。煤矸石来源于矿山企业。

在煤矸石上充填建筑垃圾，建筑垃圾的充填厚度为一次循环厚度的20%，即0.2米。建筑垃圾来源于当地垃圾收集站。

在建筑垃圾上充填生活垃圾，生活垃圾的充填厚度为一次循环厚度的5%。即0.05米生活垃圾来源于当地垃圾收集站。

在生活垃圾上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度为一次循环厚度的20%，即0.2米。剩余污泥来源于城市污水处理厂的浓缩池。

把矿山的生产废水和工人村的生活污水引入到充填区，水力停留时间为2个月。

剩余污泥中含有大量的厌氧菌、兼性菌和好氧菌，充填区蓄水后形成氧化塘，对废水进行厌氧和好养处理，同时对剩余污泥下部的生活垃圾进行分解处理。来自污水处理厂的剩余污泥和氧化塘新产生的污泥以及生活垃圾的分解产物渗透到煤矸石和建筑垃圾的缝隙中，煤矸石等不断粉化、分解，与剩余污泥和垃圾产物混合生成有机土。

停止进水，把充填区2内的水引入下一级相邻充填区2，让其自然干涸。在干涸的泥床上充填剥离土，减少泥床产生的臭气，剥离土的充填厚度为一次循环厚度的5%，即0.05米。保持充填区干涸状态30天，使混合有机土在空气中进一步发生好氧堆肥的效应，灭活病原体、虫卵等，使有机土无害化。

至此，完成一次循环充填。

进行下一次循环充填：在干涸的泥床上充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为0.5米，煤矸石来源于矿山企业。

三次循环充填完成后，充填总厚度为3米，把剥离土推平，覆盖在泥床上作为耕作层。耕作层的厚度为1.0米。

至此，一个充填区2的复垦工作结束。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种矿山塌陷地复垦方法，其特征在于，它按照如下步骤实施：

a、在地表尚未下沉之前采用概率积分法预测、计算塌陷盆地的大小、范围和深度；

b、根据塌陷地的计算结果规划、确定复垦的位置、面积，计算充填的厚度、土方量；

c、根据充填总厚度确定充填循环次数，1.0-1.5米为一次循环厚度；

d、剥离施工充填区的表层土，剥离厚度为0.8-1.5米，把部分剥离土堆积在充填区的四周，形成围堰；

e、在相邻充填区设置进出水的连接水渠；

f、在施工充填区内充填煤矸石，煤矸石的充填厚度为一次循环厚度的30%-60%；

g、在煤矸石上充填建筑垃圾，建筑垃圾的充填厚度为一次循环厚度的10%-30%；

h、在建筑垃圾上充填生活垃圾，生活垃圾的充填厚度为一次循环厚度的5%-10%；

i、在生活垃圾上充填剩余污泥，剩余污泥的充填厚度为一次循环厚度的5%-30%；

j、把矿山企业的生产废水和工人村的生活污水引入到充填区，水力停留时间为1-3个月；

k、水力停留1-3个月后停止进水，把充填区内的水引入下一级相邻充填区，让充填区自然干涸。

l、在干涸的泥床上充填剥离土，剥离土的充填厚度为一次循环厚度的5%-10%，保持充填区干涸状态10-60天；

m、至此，完成一次循环充填；

n、所有的循环充填完成后，把剥离土覆盖在泥床上作为耕作层，耕作层的厚度为0.6-1.0米。

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