CN107304559B - 条带状塌陷坑的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种条带状塌陷坑的修复方法，包括剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体，使坑壁底缘界限由条带状塌陷坑底缘平滑延伸至后边缘无裂缝区域；填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝；对条带状塌陷坑的坑壁进行平整处理；将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内；回填区域初次覆土及二次重覆表土。本发明通过剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体减少裂缝发生区域并扩大后边缘区域，防止在塌陷坑修复中因扰动、振动等诱发的边坡失稳等情况；改善了条带状塌陷坑待回填区域的坑底的条件，提高了山地区域内回填的稳定性。

Description

条带状塌陷坑的修复方法

技术领域

本发明涉及采矿、土地与矿山地质环境的修复与利用等技术领域，特别是涉及一种条带状塌陷坑的修复方法。

背景技术

我国能源消费在全球排名第一位，煤炭资源在我国能源消费中占有重要地位。在我国，煤炭资源开采诱发了大量的矿山环境问题，例如地下水污染、土地资源破坏、矿山次生地质灾害、矿山地貌景观破坏等常见问题。其中，开采沉陷问题是煤炭矿山最常见的矿山环境地质问题之一，不仅破坏大量土地资源和地貌景观，同时对矿区及周边的生产和生活造成严重的不安全隐患。

条带状塌陷坑是一种地表发生的、形态多表现为条带状的、特殊的开采沉陷问题，多沿煤炭回采方向发生，多见于煤层埋藏较浅、上覆岩层较软的黄土地区。条带状塌陷坑对地形地貌、地表景观以及矿山生态环境都带来严重影响。很多发生在山地地貌区域内的条带状塌陷坑，如果不及时治理易诱发滑坡、崩塌等矿山次生地质灾害，对矿山企业生产及周边群众安全造成严重威胁。目前，我国在条带状塌陷坑修复治理方面尚无系统的修复方法，很多地区对条带状塌陷坑不进行治理或简单覆土回填即止。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种条带状塌陷坑的修复方法，以提高矿山环境地质问题的修复效果。

基于上述目的，本发明提供的条带状塌陷坑的修复方法包括以下步骤：

剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体，使坑壁底缘界限由条带状塌陷坑底缘平滑延伸至后边缘无裂缝区域；

填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝；

对条带状塌陷坑的坑壁进行平整处理；

将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内；

回填区域初次覆土及二次重覆表土。

在本发明的一些实施例中，所述坑壁底缘界限的倾斜度为小于等于60～70°。

在本发明的一些实施例中，若所述塌陷坑后边缘的土体松散，则控制坑壁底缘界限的倾斜度小于等于45°。

在本发明的一些实施例中，将剥离后的条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体进行保存，保存方法包括：

将所述剥离后的土体堆积存放，每周向表土堆放区域喷水不少于3次，单位面积喷洒时间不少于20秒，喷水量为4～6平方米表土/立方米水。

在本发明的一些实施例中，采用条带状塌陷坑的坑底挖出的土体或者从后边缘裂缝区域剥离的土体填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝。

在本发明的一些实施例中，经平整处理后，形成折线状的坑壁底缘处理表面，且前边缘的坑壁与坑壁底缘之间的夹角呈80～120°。

在本发明的一些实施例中，所述将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内的步骤包括：

将待填充区域划分为6～8块条形回填区块；

采用等节拍流水施工组织方式将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内。

在本发明的一些实施例中，所述条带状塌陷坑为斜坡型条带状塌陷坑。

在本发明的一些实施例中，所述条带状塌陷坑的前后边缘相对距离≤8m，和/或

坑底缘与前缘高差≤5m。

在本发明的一些实施例中，该修复方法还包括：对条带状塌陷坑坑内以及前、后边缘的地表杂物进行清理；和/或

根据修复区域气象、水文、立地条件以及土壤等地理、地质条件，确定条带状塌陷坑修复区域适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。

从上面所述可以看出，本发明提供的条带状塌陷坑的修复方法具有以下有益效果：通过剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体减少裂缝发生区域并扩大后边缘区域，防止在塌陷坑修复中因扰动、振动等诱发的边坡失稳等情况；改善了条带状塌陷坑待回填区域的坑底的条件，提高了山地区域内回填的稳定性；利用条带逆向回填的方法，将待充填区域划分为多块区域，既可以保证修复治理工程施工质量，同时能够很大程度上控制施工进度及工程总周期。

附图说明

图1为本发明的实施例的条带状塌陷坑的剖视图；

图2为本发明的实施例的剥离后边缘裂缝区域的土体的剖视图；

图3为本发明的实施例的平整处理后的条带状塌陷坑的剖视图；

图4为本发明的实施例的条带状塌陷坑的一次回填的剖视图；

图5为本发明的实施例的条带状塌陷坑的等节拍流水施工的示意图；

图6为本发明的实施例的条带状塌陷坑的二次回填的剖视图。

图中标号表述如下：1-条带状塌陷坑前边缘，2-条带状塌陷坑底缘，3-后边缘无裂缝区域，4-条带状塌陷坑待填充区域；5-后边缘裂缝区域，6-坑壁底缘界限，7-坑壁底缘处理表面，8-回填地表界面，9-回填区块，10-地表二次回填表面，11-已回填区块，12-待回填区块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

作为本发明的一个实施例，以内蒙中部东胜矿区巴隆图煤矿条带状塌陷坑的修复为例，巴隆图煤矿(以下简称“巴矿”)位于内蒙古鄂尔多斯东胜铜川镇，年产量120万吨/年，属温带大陆性干旱气候，地貌形态为低山丘陵。目前开采4^-1煤层，采煤方法为一次采全高综合机械化采煤法，顶板管理方式是全陷落法。据统计资料，巴矿范围内已形成5处以上采空区，均为4^-1煤层采空区，矿区主要含煤地层为侏罗系中下统延安组，含煤地层平均厚度159.02m，主采煤层埋深70～290m，顶板岩性多为细砂岩、粉砂岩。

巴矿于2006年开始开采，目前主要存在的矿山环境地质问题为条带状塌陷坑及排矸场堆放占地。巴矿条带状塌陷坑发育，发育长度约300m，宽约8～20m，塌陷坑深约0.5～2.5m，在条带状塌陷坑上缘发育大量地裂缝，地裂缝走向与条带状塌陷坑发育走向基本一致。

根据巴矿矿山地质环境背景、矿产资源种类、开采方式、顶底板管理方式及已发生的开采沉陷问题类型，考虑到巴矿内条带状塌陷坑多数已基本趋于稳沉状态，原有地表形态为低山丘陵，可采用本发明提供的条带状塌陷坑的修复方法进行修复，具体地，所述条带状塌陷坑的修复方法包括以下步骤：

1)对煤矿塌陷坑规模类型进行区分，确定塌陷坑为斜坡型条带状塌陷坑，以斜坡型条带状塌陷坑为本发明的修复对象。

具体地，在本发明的一个较佳实施例中，该步骤可以具体包括：开展煤矿区内条带状塌陷坑修复区域现场勘测工作，掌握条带状塌陷坑的发生规模、变形情况、分布数量等基本情况，选取斜坡型条带状塌陷坑作为修复对象。

需要说明的是，对煤矿山内的条带状塌陷坑发生区域进行类型划分，根据条带状塌陷坑发生区域的地形地貌情况，将条带状塌陷坑分为平地型条带状塌陷坑、斜坡型条带状塌陷坑。其中，“平地型条带状塌陷坑”是指塌陷坑发育的地貌环境为平原或缓倾斜地形，“斜坡型条带状塌陷坑”是指塌陷坑发生的地貌环境为低山丘陵地貌或地形变形强烈的区域，本发明针对斜坡型条带状塌陷坑提出了一种修复方法。

进一步地，针对斜坡型条带状塌陷坑，根据条带状塌陷坑前后缘的距离或者塌陷坑底缘最低处与塌陷坑前缘相对高差，如表1所示，将斜坡型条带状塌陷坑分为小型条带状塌陷坑、中型条带状塌陷坑、大型条带状塌陷坑，其具体的分类方案见下表：

表1斜坡型条带状塌陷坑的分类

较佳地，该步骤还包括：根据所述煤矿塌陷坑的发生情况绘制煤矿塌陷区域内的斜坡型条带状塌陷坑分布示意图及立体剖面图，以便于开展煤矿斜坡型条带状塌陷坑的修复工程。在本发明的一个优选实施例中，本发明以小型的斜坡型条带状塌陷坑作为修复对象。

更为优选地，该步骤可以包含以下内容：

①条带状塌陷坑发生区域现场勘测

在煤矿条带状塌陷坑发生区域开展勘测工作，一方面查清楚在待修复区域条带状塌陷坑发生的面积、规模、几何形状等参数，掌握条带状塌陷坑发生区域内的矿山地质环境背景，摸清待修复区域内存在的主要的、次要的矿山环境地质问题；另一方面，对待修复区域进行测绘工作，利用全站仪、RTK等高精度测绘仪器准确测绘待修复区域内条带状塌陷坑的发生位置、地表分布情况、塌陷深度、变形形态等数据。优选地，待修复区域矿山环境地质问题测绘图纸测量精度为1:5000～1:2000。

②条带状塌陷坑规模类型认定

根据煤矿条带状塌陷坑待修复区域矿山地质环境勘测成果，根据地形图及现场实地调研结果，确定条带状塌陷坑的发生类型，如表1所示。因煤矿条带状塌陷坑的修复治理方法受地形地貌、发生规模的影响，发明提供的条带状塌陷的修复方法尤其适用于低山丘陵和山地地形内的煤矿小型条带状塌陷坑的修复治理。

2)对条带状塌陷坑坑内以及前、后边缘的地表杂物进行清理。

具体地，在发明的另一个实施例中，该步骤2)可以进一步包括：

清理条带状塌陷坑内的松散土体、杂草、垃圾、固废等地表杂物，利用小型反铲式铲运机械将存留于条带状塌陷坑内的地表杂物清运至矿山设置的专门堆放区域，清运过程中及堆积场地需防止对矿山环境二次破坏。具体地，禁止施工机械跨越条带状塌陷坑前缘边界进入坑内进行作业，如超过作业距离需人工完成坑内地表杂物清理作业，作业人员需配备安全防护措施，防止条带状塌陷坑坑底失稳塌陷。

清运条带状塌陷坑周边(尤其是前边缘和后边缘)因采煤活动堆积的固废堆，清运至矿山专门设置的堆放区域，清运过程中以及堆积场地需防止环境二次破坏。清运过程需提前规划、明确清运路线，防止对修复区地表土壤造成破坏。由于条带状塌陷坑多呈条形发育，清运顺沿条带状塌陷坑发育走向方向规划清运路线。

3)剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体，使坑壁底缘界限由条带状塌陷坑底缘平滑延伸至后边缘无裂缝区域。

如图1所示，塌陷坑后边缘附近容易产生张拉裂缝，形成后边缘裂缝区域5，而后裂缝逐渐消失，形成后边缘无裂缝区域3。在本发明的一个较佳实施例中，利用小型机械或人工挖土的方法剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域5的土体，使坑壁底缘界限6由条带状塌陷坑底缘2平滑延伸至后边缘无裂缝区域3，且使后边缘土体稳定为止。优选地，坑壁底缘界限6的坡度应连续、光滑，因此经过处理后的条带状塌陷坑坑内无杂物且后壁较光滑，如图2所示。

在本发明的一个实施例中，所述坑壁底缘界限6的倾斜度为小于等于60～70°，以防止后续充填的固废混合材料从塌陷坑内掉出。在本发明的另一个实施例中，若塌陷坑后边缘的土体松散，则最好控制坑壁底缘界限6的倾斜度小于等于45°，以防止土体失稳。

所述条带状塌陷坑后边缘裂缝区域5的土体可以运送至专门设定区域妥善保存。此类堆存的土体要保湿保存，堆存区域需设置专门喷水设备或覆盖保护设施防止土体含水率降低。一般地，每周向土体堆放区域喷水不少于3次，单位面积喷洒时间不少于20s。此步骤的效果在于减少修复区域表层土壤扰动后营养成分的破坏与丧失。可选地，喷水量为5平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为5.5平方米土体/立方米水。可选地，喷水量为6平方米土体/立方米水。

4)填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝。

条带状塌陷坑前边缘1一般都会出现剪切裂缝、张拉裂缝等，需要进行裂缝填充。在本发明的一个实施例中，由小型反铲机械从条带状塌陷坑的坑底挖出土体，经由前边缘1裂缝区域时人工密实充填于裂缝内，未被充填的土体转运至矿山专门设定区域妥善保存。在本发明的又一个实施例中，也可以采用后边缘裂缝区域5的土体作为填充前边缘裂缝的土体。

5)对条带状塌陷坑的坑壁进行平整处理。

由于斜坡型条带状塌陷坑多数前后边缘具有一定高差，为进行条带状塌陷坑回填工程需要在回填工程开始前对条带状塌陷坑的坑壁进行平整处理，以提高施工中后缘强度，同时防止后续回填的固废混合材料从前边缘挤出。如图3所示，经平整处理后，形成折线状的坑壁底缘处理表面7，且前边缘1的坑壁与坑壁底缘之间的夹角呈80～120°。优选地，该夹角位置需夯实，以保证回填土体后前边缘1不发生变形或失稳。后缘处理应使得后缘以及坑壁具有一定强度，回填中后边缘不变形或失稳。后缘处理可以利用铁铲、夯杵等工具对有发生破裂变形或失稳变形的区域进行夯实处理。夯实条带状塌陷坑坑底及坑壁周边土体，以防止在回填工程中有松散土体散落或发生变形失稳。

6)将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内

回填开始前先检查条带状塌陷坑内是否存有新出现的地裂缝，若有少量地裂缝出现可采用原位或就近覆土的方法将裂缝覆盖。若大量地裂缝出现，可能由于在施工中扰动了斜坡表面岩土体稳定性，需使用水泥砂浆注入地裂缝后迅速采取回填措施。

然后，采用条块逆向回填的方法，将回填区域划分为若干个条形回填区块，如图4所示。例如将待填充区域4划分为6～8块条形回填区块9，优选地，划分区块最多不超过10块，若划分块数过多会增加施工的周期，过长的施工周期会增加回填区域发生失稳变形的概率。若划分块数过少，则会延长回填的时间。条形回填区块由塌陷坑底缘低处开始向高处(即后边缘)密实回填，形成斜坡型的回填地表界面8。回填材料最好具有一定塑性，优选矸石-粉煤灰-水泥浆或碎石-粉煤灰-水泥浆等回填材料密实充填条带状塌陷坑。施工中，最好分施工段进行回填工程，每段条形区域沿条带发育方向最大长度不大于10m。

作为本发明的一个实施例，如图5所示，采用由右至左为施工方向，并沿着施工方向将单个条形回填区块9再次分割成多个施工，可采用等节拍流水施工组织方式，即11为已回填区块，12为待回填区块。在本发明的另一个实施例，也可以采用由左至右的施工方向，采用等节拍流水施工组织方式。

7)回填区域初次覆土及二次重覆表土

如图6所示，一次回填完成后，将保存的土体重覆于塌陷坑回填地表界面8上，形成地表二次回填表面10。一般初次重覆厚度为10～15cm，重覆后对表土进行喷水作业，水量为3～4L/m²，每天进行3～5次喷水作业，共进行2～4天喷水作业，最好采用专业喷灌设备以保证喷水均匀。

初次重覆表土作业结束10～14天后进行表土二次重覆工作，一方面补充因斜坡地形造成的局部表土变薄的情况，另一方保证表土重覆均匀。二次重覆表土一般厚5～15cm，不建议使用小型压实机械进行表土压实，严防施工中造成修复区域失稳破坏。建议采用人工夯压的方法，利用夯杵等工具夯实即可。表土二次重覆作业结束后进行喷水作业，水量为1.5～2.0L/m²，每天进行2～3次喷水作业，建议喷水作业2～3天。

8)植被作物重建

根据修复区域气象、水文、立地条件以及土壤等地理、地质条件，确定条带状塌陷坑修复区域适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。

植被修复要符合当地生态规律，以内蒙中西部地区为例，随着经度变化，可以选择性种植紫花苜蓿、白花草木樨、黄花草木樨、沙打旺、红豆草等适宜在黄土地区生长的牧草，以及刺槐、榆树、山杏、合作杨、油松、旱柳、樟子松、紫穗槐、柠条、沙蒿、沙地柏、海红子、杜松等耐旱能力较强的植被。

如上所述，本发明提供的条带状塌陷坑的修复方法具有以下有益效果：

1)煤矿条带状塌陷坑规模类型认定：对煤炭矿山内待修复开采沉陷区域内已有条带状塌陷坑进行类型划分，确定条带状塌陷坑的发生规模，从而对煤矿条带状塌陷坑实施有针对性的修复方法；

2)剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体：对条带状塌陷坑后缘裂缝发育区域进行剥离清理，减少裂缝发生区域并扩大后边缘区域，防止在塌陷坑修复中因扰动、振动等影响引发的边坡失稳等情况。此外，改善了条带状塌陷坑待回填区域的坑底的条件，提高了山地区域内回填的稳定性。

3)条带状塌陷坑前边缘的裂缝覆土充填：利用小型反铲机械从塌陷坑坑底挖出的土体就近覆土至前缘裂缝区域，利用坑内土就近覆土且人工夯实回填裂缝，加强塌陷坑前缘强度，剩余土体需转运至矿山专门设定区域妥善保存。

4)利用固废混合材料分层、分段回填条带状塌陷区域：利用条带逆向回填的方法，将待充填区域划分为多块区域，既可以保证修复治理工程施工质量，同时能够很大程度上控制施工进度及工程总周期。

5)回填区域二次覆土回填：完成首次条带状塌陷坑回填工作后，根据土、矸石等充填材料的特性，回填完成后出现沉降及变形。通过二次覆土改善了待修复区域的修复治理效果，修补因斜坡地形造成的局部土体变薄的情况同时保证土体重覆均匀的特征。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

剥离条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体，使坑壁底缘界限由条带状塌陷坑底缘平滑延伸至后边缘无裂缝区域；所述坑壁底缘界限的倾斜度为小于等于60°；且将剥离后的条带状塌陷坑后边缘裂缝区域的土体进行保存，保存方法包括：将所述剥离后的土体堆积存放，每周向表土堆放区域喷水不少于3次，单位面积喷洒时间不少于20秒，喷水量为4～6平方米表土/立方米水；

填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝；

对条带状塌陷坑的坑壁进行平整处理；且经平整处理后，形成折线状的坑壁底缘处理表面，且前边缘的坑壁与坑壁底缘之间的夹角呈80～120°；

将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内；

回填区域初次覆土及二次重覆表土；

所述条带状塌陷坑为斜坡型条带状塌陷坑。

2.根据权利要求1所述的条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，若所述塌陷坑后边缘的土体松散，则控制坑壁底缘界限的倾斜度小于等于45°。

3.根据权利要求1所述的条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，采用条带状塌陷坑的坑底挖出的土体或者从后边缘裂缝区域剥离的土体填充条带状塌陷坑前边缘的裂缝。

4.根据权利要求1所述的条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，所述将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内的步骤包括：

将待填充区域划分为6～8块条形回填区块；

采用等节拍流水施工组织方式将固废混合材料充填至条带状塌陷坑内。

5.根据权利要求1所述的条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，所述条带状塌陷坑的前后边缘相对距离≤8m，和/或

坑底缘与前缘高差≤5m。

6.根据权利要求1所述的条带状塌陷坑的修复方法，其特征在于，还包括：对条带状塌陷坑坑内以及前、后边缘的地表杂物进行清理。