CN110245452B - 一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，该方法包括以下步骤：一、采煤塌陷裂缝划分；二、采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取；三、采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度的获取；四、采煤塌陷裂缝段的填充治理。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、效果好，施工简便，施工周期较短，能解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

Description

一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法

技术领域

本发明属于黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理技术领域，尤其是涉及一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法。

背景技术

目前国家能源战略西移，大部分煤矿位于黄土丘陵地区。在此类型区开采煤炭，造成的主要损毁类型就是塌陷裂缝。采煤塌陷裂缝不仅影响煤矿安全生产，而且对地表生态环境造成严重影响。如果采用矸石回填，往往交通不便，成本较高。就地掩埋，成本低，但缺少理论指导，现场操作盲目，导致治理效果较差。

因此，需要一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，施工简便，施工周期较短，解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、效果好，施工简便，施工周期较短，能解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：对黄土丘陵区的多条采煤塌陷裂缝进行治理，多条所述采煤塌陷裂缝的治理方法均相同，对任一条采煤塌陷裂缝进行治理时，过程如下：

步骤一、采煤塌陷裂缝划分：

沿采煤塌陷裂缝纵向延伸方向由前至后划分为n个采煤塌陷裂缝段，多个所述采煤塌陷裂缝段的长度相同；其中，n个所述采煤塌陷裂缝段分别为第1个采煤塌陷裂缝段，第2个采煤塌陷裂缝段，...，第j个采煤塌陷裂缝段，...，第n个采煤塌陷裂缝段，j和n均为正整数，且1≤j≤n，n≥5；

步骤二、采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法，具体过程如下：

步骤201、沿第j个采煤塌陷裂缝段长度方向间隔设置m个塌陷裂缝测量点；其中，第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点分别为第j₁个塌陷裂缝测量点，第j₂个塌陷裂缝测量点，...，第j_i个塌陷裂缝测量点，...，第j_m个塌陷裂缝测量点，i和m均为正整数，且1≤i≤m，m≥5；

步骤202、对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度记作W_i ^j，对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度记作

步骤203、根据公式

得到第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝角

步骤204、多次重复步骤202和步骤203，得到第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点的裂缝角；

步骤205、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角

根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度

步骤三、采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法，具体过程如下：

步骤301、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的剥离宽度较大值W_j,d；其中，H_j,d表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的剥离厚度，且H_j,d的取值范围为30cm～50cm；

步骤302、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的上剥离宽度修正值W′_j,d,s；根据公式W′_j,d,x＝W′_j,d,s-H_j,d，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的下剥离宽度修正值W′_j,d,x；其中，ρ_j表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度，ρ_t表示采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度；

步骤303、根据公式W_j,b＝W′_j,d,s+H_j,b，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的上剥离宽度W_j,b；其中，H_j,b表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的剥离厚度，且H_j,b的取值范围为20cm～30cm，第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的下剥离宽度与第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的上剥离宽度修正值相同；

步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理：由前至后对多个所述采煤塌陷裂缝段分别进行填充，过程如下：

步骤401、第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4011、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的上剥离宽度W_1,b和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的剥离厚度H_1,b进行剥离，并将剥离的表土进行堆存；

步骤4012、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的上剥离宽度修正值W′_1,d,s、第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的下剥离宽度修正值W′_1,d,x和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的剥离厚度H_1,d进行剥离，并将第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第1个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第1段下部底土回填层，直至第1段下部底土回填层的顶面与第1个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第1段下部底土回填层上继续回填第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第1段上部底土回填层；其中，所述第1段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第1段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第1段上部底土回填层的顶部距离所述第1段下部底土回填层的顶面之间的距离H_1,t为H_1,t≥H_1,d+H_1,b，所述第1段上部底土回填层的底面宽度大于第1个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4013、对第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层按照第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的上剥离宽度W_2,b和第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的剥离厚度H_2,b进行剥离，将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第1段上部底土回填层两侧，并形成第1段表土回填层；其中，第1段表土回填层的厚度为20cm～30cm；将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤402、下一个采煤塌陷裂缝段的填充治理：当前所填充的采煤塌陷裂缝段为第j个采煤塌陷裂缝段，j在取值为2、3、…、n-1时，第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理，过程如下：

步骤4021、对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层按照第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的上剥离宽度修正值W′_j,d,s、第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的下剥离宽度修正值W′_j,d,x和第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的剥离厚度H_j,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第j个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第j段下部底土回填层，直至第j段下部底土回填层的顶面与第j个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第j段下部底土回填层上继续回填第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第j段上部底土回填层；其中，所述第j段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第j段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第j段上部底土回填层的顶部距离所述第j段下部底土回填层的顶面之间的距离H_j,t为H_j,t≥H_j,d+H_j,b，所述第j段上部底土回填层的底面宽度大于第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4022、对第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层按照第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的上剥离宽度W_j+1,b和第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层的剥离厚度H_j+1,b进行剥离，进行剥离，将第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第j段上部底土回填层两侧，并形成第j段表土回填层；其中，第j段表土回填层的厚度为20cm～30cm；将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤403、多次重复步骤402，直至完成第n-1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤404、第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4041、对第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层按照第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的上剥离宽度修正值W′_n,d,s、第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的下剥离宽度修正值W′_n,d,x和第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的剥离厚度H_n,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第n个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第n段下部底土回填层，直至第n段下部底土回填层的顶面与第n个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第n段下部底土回填层上继续回填第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第n段上部底土回填层；其中，所述第n段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第n段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第n段上部底土回填层的顶部距离所述第n段下部底土回填层的顶面之间的距离H_n,t为H_n,t≥H_n,d+H_n,b，所述第n段上部底土回填层的底面宽度大于第n个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4042、将堆存的表土由下至上填充在第n段上部底土回填层两侧，并形成第n段表土回填层；其中，第n段表土回填层的厚度为20cm～30cm，完成第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理；其中，第1段表土回填层，第2段表土回填，...，第j段表土回填层，...，第n段表土回填层的顶部相齐平。

上述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理完成之后进行栽种植物，具体过程如下：

步骤501、采用播种器在第j段表土回填层上播种，并浇水施肥，以形成待保护植被层；

步骤502、多次重复步骤501，完成n个所述采煤塌陷裂缝段的栽种植物；

步骤503、在所述待保护植被层上，将堆存的表土进行回填，形成蓄水埂；其中，蓄水埂位于相邻两个采煤塌陷裂缝段的连接处，所述蓄水埂的顶部与第j段上部底土回填层的顶部相齐平，所述蓄水埂的侧面由上至下逐渐向远离采煤塌陷裂缝段方向倾斜。

上述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：当采煤塌陷裂缝在所处黄土丘陵区的坡度不大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为5m～6m；

当采煤塌陷裂缝在所处黄土丘陵区的坡度大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为3m～4m。

上述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：步骤302中第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j的获取，具体过程如下：

步骤A1、采用烘干法对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体进行检测，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的质量含水率w_j；

步骤B1、采用环刀法，根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j；其中，m₁表示环刀的质量，m₂表示环刀和底土土样的总质量，V表示环刀的体积。

上述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：

步骤302中采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t的获取，具体过程如下：

步骤A2、采煤塌陷裂缝段的填充治理，之前，对黄土丘陵区的底土层进行剥离，得到底土，并将底土进行回填夯实，形成测试底土回填层；

步骤B2、采用烘干法对测试底土回填层的土体进行检测，得到测试底土回填层的土体的质量含水率w_c；

步骤C2、采用环刀法，根据公式

得到测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，则采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t等于测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，即ρ_t＝ρ_c；其中，m′₂表示环刀和测试底土回填层中土样的总质量。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、效果好，施工简便，施工周期较短。

2、本发明根据平均塌陷裂缝角及平均塌陷裂缝宽度的裂缝充填方量计算模型，为治理塌陷裂缝时，快速选择采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度提供了依据。

3、本发明采煤塌陷裂缝段的填充治理过程中，利用采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层填充采煤塌陷裂缝段的裂缝内，利用相邻两个采煤塌陷裂缝段中下一个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土填充在底土回填层上，这样可以在剥离下一个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土时，直接填充在底土回填层上，实现底土就近充填，表土减少二次搬运，从而提高工作效率，施工周期较短。

4、本发明底土回填层中先形成下部底土回填层，之后形成上部底土回填层，且上部底土回填层横截面由下至上逐渐减少，上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，是利用土壤重构及水土保持原理，以防止表土充填至裂缝内而造成珍贵资源浪费，而且可以有效拦蓄大气降雨，有利于干旱半干旱区植被的恢复。

5、所采用的黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法施工简便且使用效果好，先将采煤塌陷裂缝划分，之后获取采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角，然后利用采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角，实现采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度的获取，最后根据采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度，实现对多个采煤塌陷裂缝段的填充治理，完成采煤塌陷裂缝的治理，过程简单，施工方便，能解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、效果好，施工简便，施工周期较短，能解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明第j个采煤塌陷裂缝段的底土回填层结构示意图。

图3为本发明第j个采煤塌陷裂缝段的底土回填层、表土回填层和待保护植被层的结构示意图。

图4为本发明的方法流程框图。

附图标记说明:

1—采煤塌陷裂缝； 2—表土层； 3—底土层；

4—第j段下部底土回填层； 5—第j段上部底土回填层；

6—第j段表土回填层； 7—待保护植被层。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，对黄土丘陵区的多条采煤塌陷裂缝进行治理，多条所述采煤塌陷裂缝1的治理方法均相同，对任一条采煤塌陷裂缝1进行治理时，过程如下：

步骤一、采煤塌陷裂缝划分：

沿采煤塌陷裂缝1纵向延伸方向由前至后划分为n个采煤塌陷裂缝段，多个所述采煤塌陷裂缝段的长度相同；其中，n个所述采煤塌陷裂缝段分别为第1个采煤塌陷裂缝段，第2个采煤塌陷裂缝段，...，第j个采煤塌陷裂缝段，...，第n个采煤塌陷裂缝段，j和n均为正整数，且1≤j≤n，n≥5；

步骤二、采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法，具体过程如下：

步骤201、沿第j个采煤塌陷裂缝段长度方向间隔设置m个塌陷裂缝测量点；其中，第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点分别为第j₁个塌陷裂缝测量点，第j₂个塌陷裂缝测量点，...，第j_i个塌陷裂缝测量点，...，第j_m个塌陷裂缝测量点，i和m均为正整数，且1≤i≤m，m≥5；

步骤202、对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度记作W_i ^j，对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度记作

步骤203、根据公式

得到第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝角

步骤204、多次重复步骤202和步骤203，得到第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点的裂缝角；

步骤205、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角

根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度

单位为cm；

步骤三、采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法，具体过程如下：

步骤301、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离宽度较大值W_j,d；其中，H_j,d表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离厚度，且H_j,d的取值范围为30cm～50cm；

步骤302、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值W′_j,d,s；根据公式W′_j,d,x＝W′_j,d,s-H_j,d，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的下剥离宽度修正值W′_j,d,x；其中，ρ_j表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度，ρ_t表示采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度；

步骤303、根据公式W_j,b＝W′_j,d,s+H_j,b，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的上剥离宽度W_j,b；其中，H_j,b表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离厚度，且H_j,b的取值范围为20cm～30cm，第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的下剥离宽度与第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值相同；

步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理：由前至后对多个所述采煤塌陷裂缝段分别进行填充，过程如下：

步骤401、第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4011、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的上剥离宽度W_1,b和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离厚度H_1,b进行剥离，并将剥离的表土进行堆存；

步骤4012、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值W_1,′_d,s、第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的下剥离宽度修正值W′_1,d,x和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离厚度H_1,d进行剥离，并将第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第1个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第1段下部底土回填层，直至第1段下部底土回填层的顶面与第1个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第1段下部底土回填层上继续回填第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第1段上部底土回填层；其中，所述第1段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第1段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第1段上部底土回填层的顶部距离所述第1段下部底土回填层的顶面之间的距离H_1,t为H_1,t≥H_1,d+H_1,b，所述第1段上部底土回填层的底面宽度大于第1个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4013、对第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2按照第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的上剥离宽度W_2,b和第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离厚度H_2,b进行剥离，将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第1段上部底土回填层两侧，并形成第1段表土回填层；其中，第1段表土回填层的厚度为20cm～30cm；将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤402、下一个采煤塌陷裂缝段的填充治理：当前所填充的采煤塌陷裂缝段为第j个采煤塌陷裂缝段，j在取值为2、3、…、n-1时，第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理；过程如下：

步骤4021、对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3按照第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值W′_j,d,s、第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的下剥离宽度修正值W′_j,d,x和第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离厚度H_j,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第j个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第j段下部底土回填层4，直至第j段下部底土回填层4的顶面与第j个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第j段下部底土回填层4上继续回填第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第j段上部底土回填层5；其中，所述第j段上部底土回填层5的横截面由下至上逐渐减少，所述第j段上部底土回填层5的纵截面呈等腰三角形，且所述第j段上部底土回填层5的顶部距离所述第j段下部底土回填层4的顶面之间的距离H_j,t为H_j,t≥H_j,d+H_j,b，所述第j段上部底土回填层的底面宽度大于第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4022、对第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2按照第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的上剥离宽度W_j+1,b和第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离厚度H_j+1,b进行剥离，进行剥离，将第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第j段上部底土回填层两侧，并形成第j段表土回填层6；其中，第j段表土回填层6的厚度为20cm～30cm；将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤403、多次重复步骤402，直至完成第n-1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤404、第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4041、对第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3按照第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值W′_n,d,s、第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的下剥离宽度修正值W′_n,d,x和第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离厚度H_n,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第n个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第n段下部底土回填层，直至第n段下部底土回填层的顶面与第n个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第n段下部底土回填层上继续回填第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第n段上部底土回填层；其中，所述第n段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第n段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第n段上部底土回填层的顶部距离所述第n段下部底土回填层的顶面之间的距离H_n,t为H_n,t≥H_n,d+H_n,b，所述第n段上部底土回填层的底面宽度大于第n个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4042、将堆存的表土由下至上填充在第n段上部底土回填层两侧，并形成第n段表土回填层；其中，第n段表土回填层的厚度为20cm～30cm，完成第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理；其中，第1段表土回填层，第2段表土回填，...，第j段表土回填层，...，第n段表土回填层的顶部相齐平。

本实施例中，步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理完成之后进行栽种植物，具体过程如下：

步骤501、采用播种器在第j段表土回填层上播种，并浇水施肥，以形成待保护植被层7；

步骤502、多次重复步骤501，完成n个所述采煤塌陷裂缝段的栽种植物；

步骤503、在所述待保护植被层7上，将堆存的表土进行回填，形成蓄水埂；其中，蓄水埂位于相邻两个采煤塌陷裂缝段的连接处，所述蓄水埂的顶部与第j段上部底土回填层5的顶部相齐平，所述蓄水埂的侧面由上至下逐渐向远离采煤塌陷裂缝段方向倾斜。

本实施例中，当采煤塌陷裂缝1在所处黄土丘陵区的坡度不大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为5m～6m；

当采煤塌陷裂缝1在所处黄土丘陵区的坡度大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为3m～4m。

本实施例中，步骤302中第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j的获取，具体过程如下：

步骤A1、采用烘干法对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体进行检测，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的质量含水率w_j；

步骤B1、采用环刀法，根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j；其中，m₁表示环刀的质量，m₂表示环刀和底土土样的总质量，V表示环刀的体积。

本实施例中，步骤302中采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t的获取，具体过程如下：

步骤A2、采煤塌陷裂缝段的填充治理，之前，对黄土丘陵区的底土层进行剥离，得到底土，并将底土进行回填夯实，形成测试底土回填层；

步骤B2、采用烘干法对测试底土回填层的土体进行检测，得到测试底土回填层的土体的质量含水率w_c；

步骤C2、采用环刀法，根据公式

得到测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，则采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t等于测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，即ρ_t＝ρ_c；其中，m′₂表示环刀和测试底土回填层中土样的总质量。

本实施例中，需要说明的是，测试底土回填层的土体的干密度ρ_c、采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t和第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j的单位均为g/cm³，环刀的质量m₁、环刀和底土土样的总质量m₂和环刀和测试底土回填层中土样的总质量m′₂的单位均为g，环刀的体积V的单位cm³。

本实施例中，需要说明的是，步骤503中蓄水埂所覆盖的待保护植被层7上未播种。

本实施例中，需要说明的是，第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离厚度H_j+1,b的取值范围为20cm～30cm。

本实施例中，需要说明的是，表土层2下部的土层都为底土层3。

本实施例中，将采煤塌陷裂缝段长度方向间隔设置m个塌陷裂缝测量点，首先计算得到塌陷裂缝测量点的裂缝角，然后将多个塌陷裂缝测量点的裂缝角进行均值处理，得到采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角，根据平均塌陷裂缝角及平均塌陷裂缝宽度的裂缝充填方量计算模型，为治理塌陷裂缝时，快速选择采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度提供了依据。

本实施例中，采煤塌陷裂缝段的填充治理过程中，利用采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层填充采煤塌陷裂缝段的裂缝内，利用相邻两个采煤塌陷裂缝段中下一个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土填充在底土回填层上，这样可以在剥离下一个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土时，直接填充在底土回填层上，实现底土就近充填，表土减少二次搬运，从而提高工作效率，施工周期较短。

本实施例中，采煤塌陷裂缝段的填充治理中底土回填层中先形成下部底土回填层，之后形成上部底土回填层，且上部底土回填层横截面由下至上逐渐减少，部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，是利用土壤重构及水土保持原理，以防止表土充填至裂缝内而造成珍贵资源浪费，而且可以有效拦蓄大气降雨，有利于干旱半干旱区植被的恢复。

本实施例中，采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层2的剥离宽度由上至至逐渐减少。

本实施例中，采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的剥离宽度由上至至逐渐减少。

本实施例中，采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3采用由上剥离宽度修正值至下剥离宽度修正值进行剥离，一方面，可以有效地适应黄土丘陵区的坡度状态；另一方面，是为了确保采煤塌陷裂缝周围土体的稳定性。

本实施例中，根据采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度和采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度，获取采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的上剥离宽度修正值和采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层3的下剥离宽度修正值，从而考虑了由于挖方变为填方，密度发生变化的要求。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、效果好，施工简便，施工周期较短，能解决现有采煤塌陷裂缝充填方法存在的回填成本高、运输任务重、裂缝治理效果较差等问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于，对黄土丘陵区的多条采煤塌陷裂缝进行治理，多条所述采煤塌陷裂缝(1)的治理方法均相同，对任一条采煤塌陷裂缝(1)进行治理时，过程如下：

步骤一、采煤塌陷裂缝划分：

沿采煤塌陷裂缝(1)纵向延伸方向由前至后划分为n个采煤塌陷裂缝段，多个所述采煤塌陷裂缝段的长度相同；其中，n个所述采煤塌陷裂缝段分别为第1个采煤塌陷裂缝段，第2个采煤塌陷裂缝段，...，第j个采煤塌陷裂缝段，...，第n个采煤塌陷裂缝段，j和n均为正整数，且1≤j≤n，n≥5；

步骤二、采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角的获取方法，具体过程如下：

步骤201、沿第j个采煤塌陷裂缝段长度方向间隔设置m个塌陷裂缝测量点；其中，第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点分别为第j₁个塌陷裂缝测量点，第j₂个塌陷裂缝测量点，...，第j_i个塌陷裂缝测量点，...，第j_m个塌陷裂缝测量点，i和m均为正整数，且1≤i≤m，m≥5；

步骤202、对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝宽度记作W_i ^j，对第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度进行测量，并将第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝深度记作

步骤203、根据公式

得到第j_i个塌陷裂缝测量点的裂缝角

步骤204、多次重复步骤202和步骤203，得到第j个采煤塌陷裂缝段中m个塌陷裂缝测量点的裂缝角；

步骤205、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝角

根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度

步骤三、采煤塌陷裂缝段底土层和表土层的剥离宽度的获取：n个所述采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法均相同，则第j个采煤塌陷裂缝段的底土层和表土层的剥离宽度的获取方法，具体过程如下：

步骤301、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的剥离宽度较大值W_j,d；其中，H_j,d表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的剥离厚度，且H_j,d的取值范围为30cm～50cm；

步骤302、根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的上剥离宽度修正值W′_j,d,s；根据公式W′_j,d,x＝W′_j,d,s-H_j,d，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的下剥离宽度修正值W′_j,d,x；其中，ρ_j表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度，ρ_t表示采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度；

步骤303、根据公式W_j,b＝W′_j,d,s+H_j,b，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的上剥离宽度W_j,b；其中，H_j,b表示第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的剥离厚度，且H_j,b的取值范围为20cm～30cm，第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的下剥离宽度与第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的上剥离宽度修正值相同；

步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理：由前至后对多个所述采煤塌陷裂缝段分别进行填充，过程如下：

步骤401、第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4011、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的上剥离宽度W_1,b和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的剥离厚度H_1,b进行剥离，并将剥离的表土进行堆存；

步骤4012、对第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)按照第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的上剥离宽度修正值W′_1,d,s、第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的下剥离宽度修正值W′_1,d,x和第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的剥离厚度H_1,d进行剥离，并将第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第1个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第1段下部底土回填层，直至第1段下部底土回填层的顶面与第1个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第1段下部底土回填层上继续回填第1个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第1段上部底土回填层；其中，所述第1段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第1段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第1段上部底土回填层的顶部距离所述第1段下部底土回填层的顶面之间的距离H_1,t为H_1,t≥H_1,d+H_1,b，所述第1段上部底土回填层的底面宽度大于第1个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4013、对第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)按照第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的上剥离宽度W_2,b和第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的剥离厚度H_2,b进行剥离，将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第1段上部底土回填层两侧，并形成第1段表土回填层；其中，第1段表土回填层的厚度为20cm～30cm；将第2个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤402、下一个采煤塌陷裂缝段的填充治理：当前所填充的采煤塌陷裂缝段为第j个采煤塌陷裂缝段，j在取值为2、3、…、n-1时，第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理；过程如下：

步骤4021、对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)按照第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的上剥离宽度修正值W′_j,d,s、第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的下剥离宽度修正值W′_j,d,x和第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的剥离厚度H_j,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第j个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第j段下部底土回填层(4)，直至第j段下部底土回填层(4)的顶面与第j个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第j段下部底土回填层(4)上继续回填第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第j段上部底土回填层(5)；其中，所述第j段上部底土回填层(5)的横截面由下至上逐渐减少，所述第j段上部底土回填层(5)的纵截面呈等腰三角形，且所述第j段上部底土回填层(5)的顶部距离所述第j段下部底土回填层(4)的顶面之间的距离H_j,t为H_j,t≥H_j,d+H_j,b，所述第j段上部底土回填层的底面宽度大于第j个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4022、对第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)按照第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的上剥离宽度W_j+1,b和第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的表土层(2)的剥离厚度H_j+1,b进行剥离，进行剥离，将第j+1个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土一部分由下至上填充在第j段上部底土回填层两侧，并形成第j段表土回填层(6)；其中，第j段表土回填层(6)的厚度为20cm～30cm；将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的剥离的表土另一部分进行堆存，完成第j个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤403、多次重复步骤402，直至完成第n-1个采煤塌陷裂缝段的填充治理；

步骤404、第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理：

步骤4041、对第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)按照第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的上剥离宽度修正值W′_n,d,s、第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的下剥离宽度修正值W′_n,d,x和第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层(3)的剥离厚度H_n,d进行剥离，并将第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土由下至上填充在第n个采煤塌陷裂缝段的裂缝内并夯实，并形成第n段下部底土回填层，直至第n段下部底土回填层的顶面与第n个采煤塌陷裂缝段的较高顶面相齐平；

在第n段下部底土回填层上继续回填第n个采煤塌陷裂缝段左右两侧剥离的底土，形成第n段上部底土回填层；其中，所述第n段上部底土回填层的横截面由下至上逐渐减少，所述第n段上部底土回填层的纵截面呈等腰三角形，且所述第n段上部底土回填层的顶部距离所述第n段下部底土回填层的顶面之间的距离H_n,t为H_n,t≥H_n,d+H_n,b，所述第n段上部底土回填层的底面宽度大于第n个采煤塌陷裂缝段的平均塌陷裂缝宽度；

步骤4042、将堆存的表土由下至上填充在第n段上部底土回填层两侧，并形成第n段表土回填层；其中，第n段表土回填层的厚度为20cm～30cm，完成第n个采煤塌陷裂缝段的填充治理；其中，第1段表土回填层，第2段表土回填，...，第j段表土回填层，...，第n段表土回填层的顶部相齐平。

2.按照权利要求1所述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：步骤四、采煤塌陷裂缝段的填充治理完成之后进行栽种植物，具体过程如下：

步骤501、采用播种器在第j段表土回填层上播种，并浇水施肥，以形成待保护植被层(7)；

步骤502、多次重复步骤501，完成n个所述采煤塌陷裂缝段的栽种植物；

步骤503、在所述待保护植被层(7)上，将堆存的表土进行回填，形成蓄水埂；其中，蓄水埂位于相邻两个采煤塌陷裂缝段的连接处，所述蓄水埂的顶部与第j段上部底土回填层(5)的顶部相齐平，所述蓄水埂的侧面由上至下逐渐向远离采煤塌陷裂缝段方向倾斜。

3.按照权利要求1所述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：当采煤塌陷裂缝(1)在所处黄土丘陵区的坡度不大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为5m～6m；

当采煤塌陷裂缝(1)在所处黄土丘陵区的坡度大于15°时，采煤塌陷裂缝段的长度取值范围为3m～4m。

4.按照权利要求1所述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：步骤302中第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j的获取，具体过程如下：

步骤A1、采用烘干法对第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体进行检测，得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的质量含水率w_j；

步骤B1、采用环刀法，根据公式

得到第j个采煤塌陷裂缝段左右两侧的底土层的土体的干密度ρ_j；其中，m₁表示环刀的质量，m₂表示环刀和底土土样的总质量，V表示环刀的体积。

5.按照权利要求4所述的一种黄土丘陵区采煤塌陷裂缝治理方法，其特征在于：

步骤302中采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t的获取，具体过程如下：

步骤A2、采煤塌陷裂缝段的填充治理，之前，对黄土丘陵区的底土层进行剥离，得到底土，并将底土进行回填夯实，形成测试底土回填层；

步骤B2、采用烘干法对测试底土回填层的土体进行检测，得到测试底土回填层的土体的质量含水率w_c；

步骤C2、采用环刀法，根据公式

得到测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，则采煤塌陷裂缝段内回填层的土体的干密度ρ_t等于测试底土回填层的土体的干密度ρ_c，即ρ_t＝ρ_c；其中，m′₂表示环刀和测试底土回填层中土样的总质量。

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