專利名稱：平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦開采塌陷土地復墾的技術方法，尤其是平原高潛水位礦區厚煤層 開采未穩沉塌陷地復墾或待塌陷地復墾的方法，屬采礦技術領域。
背景技術：
目前，煤礦塌陷區土地復墾方法是待其塌陷后再治理，即先破壞后治理。這種復墾技 術的實施步驟主要是l.劃定復墾范圍，對此范圍進行開采穩定性評價；2.現場實地測量 繪圖，包括積水區域和陸地；3.根據實測圖進行整個區域的規劃設計；4.最后根據規劃圖 進行一次施工。由于這種技術方法是在采煤破壞完全、塌陷地穩沉后進行，在平原高潛水 位區域已造成積水區，因而導致整個復墾工程費用高，效率低，且復墾后土地質量差，具
體問題體現在如下方面i.復墾工程難度大，地表積水致使測圖和工程實施困難，土方n;
程多為水下工程；2.工程費用增加，水下土方工程單方造價明顯增加；3.施工環境差，因 塌陷將項目區交通、水利、電力設施破壞，土地積水后土方工程施工條件變差；4.沉陷積 水后土壤特性變差，復墾的耕地質量下降；5.復墾與采煤分開，且積水、淤泥致使復墾施 工周期較長，效率較低，效益較差。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，針對平原高潛水位礦區厚煤層開采未穩 沉塌陷地或待塌陷地提供一種適用于平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法。 本發明所稱問題是由以下技術方案解決的
一種平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法，它是在采煤塌陷未完全、積水未 形成時進行，且可與地下采煤同時進行，它根據所要復墾的規模、范圍及目標由工程設計 計算和工程實施兩個階段組成，所述工程設計計算階段包括如下步驟 、
a.預計下沉量計算利用預計下沉量的公式計算出預計下沉量W預，并畫出等值線；
w他=W(義)=，cosor廠~€ r2 A
4式中m為開采厚度；g為下沉系數；"為煤層傾角；s為開采單元的橫坐標；x為 地面任意點的橫坐標；r為主要影響半徑；
b. 施工田塊劃分根據等值線進行施工田塊劃分，將預計下沉量小于2m、預計下沉 量在2m ~ 4m之間、預計下沉量大于4m分為不同的施工田塊；
c. 確定施工參數將上述劃分的施工田塊再劃分為邊長為10m 20m的矩形或方形施 工參數計算區域，施工參數計算區域也是施工過程中的施工控制區域，每一施工參數計算 區域的施工參數計算如下
施工參數計算區域回填平均厚度互,&=//-//。+i^
上式中H。為下沉前地面標高；H為穩沉后復墾設計標高，Wg;為該施工參數計算區 域預下沉量的算術平均值；
當復墾回填材料采用無污染矸石填充時,矸石平均充填厚度為 、 互=豆,&-覆土厚度 用矸石充填時，充填矸石標高為/^f-H + W，-Wd-覆土厚度 就地取土充填時，充填土層標高為H± = H + Wffi-We-耕作層厚度
上式中We由現場實地測得，耕作層厚度為0.4m，矸石充填時，矸石上部覆土厚度包括耕 作層厚度不小于lm。
上述平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法，所述工程實施階段以上述劃分的施 工田塊為單元進行分區施工、以上述劃分的矩形或方形施工參數計算區域進行施工參數控 制，實測施工區域已下沉量We，根據所計算出的回填平均厚度、充填標高等施工參數進 行施工，施工時先將復墾施工田塊與取土田塊的表土剝離厚度為0.4m移至別處，將無污 染矸石或從取土田塊取土充填于施工區域至充填設計標高H 或H ±處，然后將剝離的表土 覆于表面，各施工區域依次進行直至該項目中所有施工田塊充填覆土完畢，最后將所有施、 工田塊按當地地表傾斜趨勢進行整體一次平整。
所要復墾的規模、范圍及目標可采用現有技術進行， 一般先確定項目區，然后依據煤 礦開采規劃、地質采礦條件，開采推進情況，地表塌陷程度，項目區塌陷前地貌，區域地 形地貌、地表水系等具體條件計算采煤塌陷范圍，進而確定復墾規模、復墾范圍及主要目 標。
5本發明方法與現有"先破壞后治理"技術相比，顯示了如下優點動態預復墾實現采 礦與復墾的充分有效結合，也即"采礦-復墾" 一體化，"邊采礦，邊復墾"，可降低復 墾投入，縮短復墾周期，增加復墾效益，并可促進礦區土地資源的可持續利用及礦區可持 續發展的實現，能有效減緩礦區因采煤塌陷植被破壞、水土流失等造成的生態環境惡化， 最大限度地保護土壤資源。本發明方法與地下采煤同時進行，是在采煤塌陷未完全、積水 未形成時進行，因此施工相對簡單，施工條件好,易于工程布置和方案設計，同時，保護、 和利用了耕作土層，縮短了復墾施工周期，提高了復墾效益。
圖1是本發明復墾工程布局及施工區域劃分示意圖。
附圖中標號表示如下1.施工參數計算區域；2.等值線；3.施工田塊。
具體實施例方式
本發明方法的特點在于它是在未穩沉采煤塌陷區進行土地復墾，即工程在采煤塌陷未 完全、積水未形成時進行，且可與地下采煤同時進行。它包括根據所要復墾的規模、范圍
及目標進行工程設iti十算和工程實施兩個階段。
實施時，要先確定項目區，然后依據煤礦開采規劃、地質采礦條件，開采推進情況， 地表塌陷程度，項目區塌陷前地貌，區域地形地貌、地表水系等具體條件預計采煤塌陷范 圍，進而確定復墾規模、復墾范圍及主要目標。
本發明核心技術為工程設計計算階段，在該階段首先利用現有預計下沉量公式w預=
W(X):/7^COS"f ^— A取點計算預計下沉量W預，根據計算結果畫出等值線，
進而根據等值線進行施工田塊劃分。式中m為開采厚度；q為下沉系數；"為煤層傾角； s為開采單元的橫坐標；x為地面任意點的橫坐標值；r為主要影響半徑。根據等值線進 行施工田塊劃分的原則為將預計下沉量小于2m，預計下沉量在2m 4m之間、預計下沉 量大于4m分為不同施工田塊。然后確定施工參數，現場實測每一田塊的已下沉量We，
根據現場地面實際狀況將已劃分的施工田塊再劃分為邊長為10m ~ 20m的矩形或方形施工 參數計算區域，施工參數計算區域也是施工過程中的施工控制區域，每一施工參數計算區 域的參數計算如下 、施工參數計算區域回填總平均厚度豆&=//-//。+i^i，
式中H。為現場實測平均標高，H為穩沉后復墾設計標髙，該標高應高于當地潛水位、
1.5米以上，可以根據當地條件選擇不同的值。Wgj為該施工參數計算區域預計下沉量的
平均值。
復墾回填材料可用無污染矸石或就地取土 ，當采用無污染矸石填充時,矸石平均充填
厚度為豆=互&-覆土厚度。
用矸石充填時，充填矸石標高/^^H + W^-We-覆土厚度 就地取土充填時，充填土層標高Hi-H + W^j-We-耕作層厚度
公式中，Ww根據公式計算得出；Wa由現場實地測得，耕作層厚度一般為0.4m。矸石充填 時，根據經驗，矸石上部覆土厚度應不小于lm (包括耕作層厚度)。
工程實施階段是本發明的一個重要階段，在工程實施階段以按照上述方法劃分的施工 田塊為單元進行分區施工、以上述劃分的矩形或方形施工參數計算區進行施工控制。實測 施工區域已下沉量We,根據所計算出回填平均厚度、充填標高等施工參數進行施工。為 了保護田塊肥沃的耕作層土壤，首先將復墾施工田塊與取土田塊的表土剝離厚度為0.4m 移至別處；將無污染矸石或從取土田塊取土充填于施工區域至充填設計標高H奸或H ±處； 然后將剝離的表土覆于表面，保證矸石表面覆土厚度不小于lm。其他施工田塊按上述方 法依次進行，直至該項目中所有田塊充填覆土完畢。最后將所有施工田塊按當地地表傾斜 趨勢進行整體一次平整。
以下給出一個具體的實施例
華東平原某高潛水位礦區，煤層埋深450 500米，煤厚度平均9米，傾角8° ，綜 采放頂煤開采，該區潛水位標高45米，地面下沉前標高46.5米。采用矸石充填后覆土進 行復墾，設計和施工方案如下
首先確定復墾范圍，然后進行工程設計計箅。參看圖1 (圖中各較大面積的矩形區域 為施工田塊，左上角處帶有數字的小矩形區域為施工參數計算區域，圖中單位為毫米)， 根據預計下沉量公式計算復墾范圍內各點預計下沉值，畫出等值線2 (此步驟可采用計算 機編程實現，為現有技術)。根據等值線劃分施工田塊3,在每一田塊內根據實況進行施 工參數計算區域1的劃分。以第一施工田塊為例，該區域劃分為12個施工參數計算區域，1號施工參數計算區
域設計穩沉標高為47米，經計算該區域預計下沉量的平均值Wg;為l米，實地測量平均
標高46米，實測該區域W^為0.5米。則該參數計箅區域平均矸石充填標高 H石f-H + W預-W已-覆土厚度=47+1-0.5-1 = 46.5米，
矸石充填厚度為豆=互& -覆土厚度=H — H。-覆土厚度=47-46. 5+1-1 = 0.5米 其它施工參數計算區的參數計算以同樣方法進行。
施工方案為首先將第一復墾施工田塊與取土田塊表土剝離厚度為0.4米移到別處； 然后按照各參數計算區域的設計參數將復墾施工田塊用無污染矸石充填。1號區域就充填 至現場標高為46.5米處，其他參數計算區域依次充填；再從取土田塊取土覆蓋到第一復、 墾田塊使厚度達到0.6米左右，最后將該區域剝離的表土覆蓋到表層，覆土總厚度為lm。 這樣一個施工田塊施工完畢。其他施工田塊依次按此法進行，直至該復墾區域復墾完畢。
最后將該區域按照當地地表趨勢一次平整。至此，預復墾工程完畢。
當例中復墾方法為全部取土時，施工田塊與施工參數計算區域劃分同上。不同的是 施工參數計算區的參數計算。1號施工參數計算區的參數計算如下 平均土層充填標高H± = H + W預-W已-耕作層厚度=47+1-0.5-0 4 = 47 .1米 土層充填總厚度為B =//-//。=47-46.5+1 = 1.5米
施工方案為首先將第一復墾施工田塊與取土田塊表土剝離厚度為0.4米移到別處； 然后按照各參數計算區域的設計參數將復墾施工田塊從取土田塊充填。1號區域就充填至 現場標高為47.1米處，其他參數計算區域依次充填；再將該區域剝離的厚度為0.4米的 表土覆蓋到表層。這樣一個施工田塊施工完畢。其他施工田塊依次按此法進行，直至該復、 墾區域復墾完畢。最后將該區域按照當地地表趨勢一次平整。至此，預復墾工程完畢。
權利要求
1. 一種平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法，其特征在于是在采煤塌陷未完全、積水未形成時進行，它根據所要復墾的規模、范圍及目標由工程設計計算和工程實施兩個階段組成，所述工程設計計算階段包括如下步驟a. 預計下沉量計算利用預計下沉量公式計算預計下沉量W預，并畫出等值線式中m為開采厚度；q為下沉系數；α為煤層傾角；s為開采單元的橫坐標；x為地面任意點的橫坐標；r為主要影響半徑；
2 .根據權利要求1所述的平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法，其特征在于 所述工程實施階段以上述劃分的施工田塊為單元進行分區施工、以上述劃分的矩形或方形 施工參數計算區域進行施工控制，實測施工區域已下沉量Wd，根據所tf算出的回填平均 厚度、充填標高等施工參數進行施工，施工時先將復墾施工田塊與取土田塊的表土剝離厚、度為0.4m移至別處，將無污染矸石或從取土田塊取土充填于施工區域至充填設計標高H 肝或H土處，然后將剝離的表土覆于表面，各施工田塊依次進行直至該項目中所有施工田塊、 充填覆土完畢，最后將所有施工田塊按當地地表《頃斜趨勢進行整體一次平整。
全文摘要
一種平原礦區厚煤層開采塌陷地動態預復墾方法，屬采礦技術領域，用于解決未穩沉采煤塌陷區土地復墾問題。它是在采煤塌陷未完全、積水未形成時進行，它根據所要復墾的規模、范圍及目標由工程設計計算和工程實施兩個階段組成，所述工程設計計算階段包括計算預計下沉量、施工田塊劃分、確定施工參數等步驟。本發明方法與現有“先破壞后治理”技術相比，顯示了如下優點動態預復墾實現采礦與復墾的充分有效結合，可降低復墾投入，縮短復墾周期，增加復墾效益，并可促進礦區土地資源的可持續利用及礦區可持續發展的實現，能有效減緩礦區因采煤塌陷植被破壞、水土流失等造成的生態環境惡化，最大限度地保護土壤資源。
文檔編號A01B79/00GK101422094SQ200710139658
公開日2009年5月6日 申請日期2007年11月2日 優先權日2007年11月2日
發明者周錦華, 天迎斌, 姚寶志, 李幸麗, 李樹志, 湯小林, 邱文雙, 郭友紅, 韓晶磊, 韓永斌, 高均海, 魯葉江, 黃永忠 申請人:煤炭科學研究總院唐山研究院