专利名称：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l.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i.复垦工程难度大，地表积水致使测图和工程实施困难，土方n;
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；
w他=W(义)=，cosor厂~€ r2 A
4式中m为开采厚度；g为下沉系数；"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互,&=//-//。+i^
上式中H。为下沉前地面标高；H为稳沉后复垦设计标高，Wg;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 、 互=豆,&-覆土厚度 用矸石充填时，充填矸石标高为/^f-H + W，-Wd-覆土厚度 就地取土充填时，充填土层标高为H± = H + Wffi-We-耕作层厚度
上式中We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lm。
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We，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 或H ±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。
5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，縮短了复垦施工周期，提高了复垦效益。
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。
具体实施例方式
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iti十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w预=
W(X):/7^COS"f ^— A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；"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We，
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豆&=//-//。+i^i，
式中H。为现场实测平均标高，H为稳沉后复垦设计标髙，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。Wgj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
厚度为豆=互&-覆土厚度。
用矸石充填时，充填矸石标高/^^H + W^-We-覆土厚度 就地取土充填时，充填土层标高Hi-H + W^j-We-耕作层厚度
公式中，Ww根据公式计算得出；Wa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lm (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We,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奸或H ±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lm。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箅。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Wg;为l米，实地测量平均
标高46米，实测该区域W^为0.5米。则该参数计箅区域平均矸石充填标高 H石f-H + W预-W已-覆土厚度=47+1-0.5-1 = 46.5米，
矸石充填厚度为豆=互& -覆土厚度=H — H。-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lm。 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± = 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 =//-//。=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。
权利要求
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；
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Wd，根据所tf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 肝或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《顷斜趋势进行整体一次平整。
全文摘要
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。
文档编号A01B79/00GK101422094SQ200710139658
公开日2009年5月6日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者周锦华, 天迎斌, 姚宝志, 李幸丽, 李树志, 汤小林, 邱文双, 郭友红, 韩晶磊, 韩永斌, 高均海, 鲁叶江, 黄永忠 申请人:煤炭科学研究总院唐山研究院