应用于边采边复技术的土壤重构方法
【专利摘要】本发明涉及一种应用于边采边复技术的土壤重构方法，属于采矿技术、土壤重构技术和土地复垦【技术领域】。该方法包括：现场收集研究矿区相关信息，进行动态采煤沉陷预测分析，划分为多个土壤重构单元，应用边采边复技术对塌陷区进行土壤重构：并按整块复垦区域各个土壤重构单元与井下开采耦合的土壤重构顺序进行。本发明能够在提高复垦耕地率的同时确保复垦出优质高效的耕地，避免对复垦区域土源的重复扰动，节省不必要的或重复的复垦施工步骤，缩短复垦时间、降低复垦成本。
【专利说明】应用于边采边复技术的土壤重构方法
【技术领域】
[0001]本发明属于采矿技术、土壤重构技术和土地复垦【技术领域】，特别涉及应用于边采边复技术的土壤重构方法。
【背景技术】
[0002]中国煤炭产量大，约占一次能源构成的74%左右。根据中国环保“十五”规划，煤矿区以土地复垦为重点，加强矿区环境综合整治，建立各种类型的矿区生态建设示范基地，逐步形成与生产同步的生态恢复建设机制。
[0003]复垦后的土地70%为耕地，其余的多数为其他农用地，而这其中对复垦耕地的要求较高，沉陷耕地的复垦应该着重于复垦土壤重构和理化性质的改良，而且要求复垦的土壤有较高的生产水平。因此，必须要求复垦的土壤有较高的生产力和较高的经济效益，而表土的多少与质量对土壤条件有重要作用，对复垦区进行土壤重构工作显得格外重要。
[0004]据不完全统计，中国采煤塌陷土地面积已达100万公顷且仍以约4万公顷/年的速度递增。中国中部及东部中高潜水位矿区由于土地沉陷后主要以积水形式破坏为主，大面积的优质农田沦为水域，大量优质肥沃的土壤沉入水中，不能得到合理利用。适用于该塌陷区的边采边复技术已经迅速发展并得到深入研究，广大学者也纷纷认同与支持。因此，在边采边复技术思想的基础之上如何运用土壤重构的方法来改善复垦区耕地质量，这一问题的探讨是边采边复技术得以推广扩展并达到更好复垦效果的关键技术转折点，同时，对于土壤重构技术来说，也是一次革新与进步。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为解决上述问题，提出一种应用于边采边复技术的土壤重构方法，本发明旨在将土壤重构理念与边采边复技术相结合，为塌陷矿区真正做到“边开采一边复垦一边重构”提供理论基础。确保矿产资源开采与高质量农田土地保护的协调发展，创建和谐绿色矿山。
[0006]本发明提出的应用于边采边复技术的土壤重构方法，是基于土壤重构模拟分析、采煤沉陷预测、边采边复技术，根据采煤动态沉陷预计结果将采煤塌陷区划分为多个土壤重构单元并设计出土壤重构施工工艺，同时设计出整块复垦区域各个土壤重构单元与井下开采耦合的土壤重构顺序，实现井下开采与井上土壤重构相耦合，对采煤塌陷地在边采边复思想的基础上进行土壤重构，使得在提高复垦耕地率的同时确保复垦出优质高效的耕地，该方法主要适用于中高潜水位顺采矿区，其特征在于，具体包括以下步骤:
[0007]I)收集矿区相关数据并预计出采煤动态沉陷预计结果，收集的数据包括矿区的煤层条件、地质条件、采矿计划(顺序开采)、水文条件、土壤条件等采矿数据和开采信息，根据获得的采矿数据和开采信息，利用采煤沉陷预计软件工具(MSPS)预测出该矿区的采煤动态沉陷预计结果；
[0008]2)划分土壤重构单元:根据步骤I)获得的采煤动态沉陷预计结果，得到矿区采煤塌陷的最终塌陷区范围，以该最终塌陷区范围的中心按照内角等分为10个扇形土壤重构单元，每个扇形土壤重构单元内角都为36°，土壤重构单元依次编号为A、A'，B、B'，C、C'，D、D'，E、E'(同字母的编号区域以矿区开采推进方向线为中线上下对称)；
[0009]3)应用边采边复技术对塌陷区进行土壤重构:根据步骤2)划分得到的土壤重构单元结合步骤I)得到的采煤动态沉陷预计结果，应用边采边复技术对各个土壤重构单元依次进行土壤重构，土壤重构顺序为A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重构顺序与矿区开采推进方向相同并成扇形伸展方向从开采推进方向一端向另一端展开，达到“边开采一边复垦一边重构”的效果。[0010]土壤重构具体施工方法为:对每个土壤重构单元，先以挖填土方量平衡为准则将
单个扇形土壤重构单元分为内侧挖土区n (^nAruA' η......En、E' η)和外侧填土区m (如
Am、A' m……Em、E' m)，然后将挖土区η和填土区m的表土层分别进行剥离并堆填至塌陷区域以外运距最短的表土堆置处，再将挖土区η心土层剥离堆填至填土区m，最后将表土堆置处的全部表土土源回填至填土区m并进行平整覆平成为复垦区。
[0011]本发明主要具有以下技术优点:
[0012]本发明方法涉及中高潜水位顺采矿区煤炭开采过程中矿区表土及心土挖方、回填施工工艺，主要同步矿区塌陷顺序对塌陷区进行土壤重构单元划分并在边采边复技术的基础之上对各个土壤重构单元表土层及心土层以扇形伸展顺序进行剥离并调配回填，使矿区达到“边开采一边复垦一边重构”效果，在提高复垦耕地率的同时确保复垦出优质高效的耕地,避免对复垦区域土源的重复扰动,节省不必要的或重复的复垦施工步骤,缩短复垦时间、降低复垦成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的应用于边采边复技术的土壤重构方法流程图。
[0014]图2为本发明的实施例的矿区采煤动态沉陷预计结果示意图，图2中A为矿区开采推进方向，B为矿区地表塌陷顺序与方向。
[0015]图3为本发明的实施例的土壤重构区域划分及重构顺序示意图。
【具体实施方式】
[0016]本发明提出的应用于边采边复技术的土壤重构方法结合附图及实施例详细说明如下:
[0017]本发明提出的方法，具体流程如图1所示，包括以下步骤:
[0018]I)收集矿区相关数据并预计出采煤动态沉陷预计结果，收集的数据包括矿区的煤层条件、地质条件、采矿计划(顺序开采)、水文条件、土壤条件等采矿数据和开采信息，根据获得的采矿数据和开采信息利用采煤沉陷预计软件(MSPS)预测出该矿区的采煤动态沉陷预计结果；
[0019]2)划分土壤重构单元:根据步骤I)获得的采煤动态沉陷预计结果，得到矿区采煤塌陷的最终塌陷区范围，以该最终塌陷区范围的中心按照内角等分为10个扇形土壤重构单元，每个扇形土壤重构单元内角都为36°，土壤重构单元依次编号为A、A'，B、B'，C、C'，D、D'，E、E'(同字母的编号区域以矿区开采推进方向线为中线上下对称)；[0020]3)应用边采边复技术对塌陷区进行土壤重构:根据步骤2)划分得到的土壤重构单元结合步骤I)得到的采煤动态沉陷预计结果，应用边采边复技术对各个土壤重构单元依次进行土壤重构，土壤重构顺序为A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重构顺序与矿区开采推进方向相同并成扇形伸展方向从开采推进方向一端向另一端展开，达到“边开采一边复垦一边重构”的效果。
[0021]土壤重构具体施工方法为:对每个土壤重构单元，先以挖填土方量平衡为准则将
单个扇形土壤重构单元分为内侧挖土区η (^ΠΑκΑ' η......En、E' η)和外侧填土区m (如
Am、A' m……Em、E' m)，然后将挖土区η和填土区m的表土层分别进行剥离并堆填至塌陷区域以外运距最短的表土堆置处，再将挖土区η心土层剥离堆填至填土区m，最后将表土堆置处的全部表土土源回填至填土区m并进行平整覆平成为复垦区；
[0022]实施例:
[0023]本实施例选择矿区是在华东平原某一高潜水位顺采矿区内。矿区内煤层平均埋藏深度在-800.0m左右、煤层平均厚度在5.0m左右，地表自然高程在+43.2m~+44.6m之间，地面坡度在O~2 °之间，地势较平缓，地下潜水位埋深在-2.5m~-3.0m之间。
[0024]本实施例根据采煤沉陷预测与土壤重构模拟分析，设计矿区具体的土壤重构顺序及其施工工艺，其步骤如下(参见图1):
[0025]I)获取矿区信息数据及采煤动态沉陷预计结果一下沉等值线，[0026]采集矿区地面高程、潜水位埋深、土地利用现状图等自然条件信息；采集矿区煤层开采厚度、煤层埋藏深度、煤层倾向方位角、下沉系数、水平移动系数、影响传播角等地质条件信息；采集矿区采煤工作面布置、采煤工作面开采顺序、开采方向、采掘工程平面图等采矿计划信息；明确研究矿区复垦过程中的客土与外运土条件。研究矿区为矿区内的一个单一采区，采区内共分为5个工作面，每个工作面尺寸为1800mX 280m，开采方式为从西至东顺序开采，地表下沉系数为0.8，煤层平均埋藏深度在-800.0m左右、煤层平均厚度在5.0m左右，地表自然高程在+43.2m~+44.6m之间，地面坡度在O~2°之间，地势较平缓，地下潜水位埋深在_2.5m~-3.0m之间。
[0027]根据调查得到的数据在采煤沉陷预计软件工具(MSPS)下预计出矿区顺序开采各阶段采煤下沉等值线，等值线之间下沉等间距设为0.25m，其中最大下沉值为3.87m，矿区预计塌陷面积为763.82hm2，根据矿区顺采各阶段采煤下沉等值线，得到矿区采煤动态沉陷预计结果，各阶段塌陷范围从西至东(与矿区开采推进方向一致)依次扩大，如图2所示，图2中A为矿区开采推进方向，B为矿区地表塌陷顺序与方向。
[0028]2)划分土壤重构单元
[0029]根据步骤I)获得的矿区采煤动态沉陷预计结果，各阶段塌陷范围从西至东(与矿区开采推进方向一致)依次扩大，将最终塌陷区范围的中心按照内角等分为10个扇形土壤重构单元，每个扇形土壤重构单元内角都为36°，土壤重构单元依次编号为A、A, ,B^Bi，
C、C'，D、D'，E、E'(同字母的编号区域以矿区开采推进方向线为中线上下对称)。
[0030]3)应用边采边复技术对塌陷区进行土壤重构
[0031]根据步骤I)获得的矿区采煤动态沉陷预计结果和步骤2)划分的土壤重构单元，土壤重构各单元施工顺序依次为A-A'、B-B' ,C-C1、D-D'、E_E'，单个土壤重构单元施工工艺按步骤3)介绍进行操作，重构顺序与矿区开采推进方向相同并成扇形伸展方向从开采推进方向一端向另一端展开，塌陷区土壤重构顺序与井下开采顺序相耦合，与矿区采煤动态塌陷时间、塌陷范围基本一致，并与矿区井下采煤生产活动相耦合，真正做到了 “边开米一边复垦一边重构”，如图3所不。
[0032]土壤重构具体施工工艺如下:
[0033]土壤重构单元分为内侧挖土区nη......Εη、Ε' η)与外侧填土区m (如
Am、A' m……Em、E' m)两个区域，先将挖土区和填土区表土层分别剥离0.8m堆填至塌陷区以外运距最短的表土堆放处，再将挖土区心土层剥离2.2m堆填至填土区，最后将表土堆置处的表土土源回填至填土区并平整覆平，挖土区(成为积水区)和填土区(即该填土区成为复垦区)标高分别达到边采边复技术设计标高(见附图3)。
[0034]本方法可将塌陷范围内的中心区域即各土壤重构单元的挖土区η的心土层及表土层土源分层剥离并 回填至填土区m，使大量优质肥沃的土壤在复垦区(填土区m)得到合理利用不浪费。
【权利要求】
1.一种应用于边采边复技术的土壤重构方法，该方法主要适用于中高潜水位顺采矿区，其特征在于，具体包括以下步骤: 1)收集矿区相关数据并预计出采煤动态沉陷预计结果，收集的数据包括矿区的煤层条件、地质条件、采矿计划、水文条件、土壤条件各采矿数据和开采信息，根据获得的采矿数据和开采信息，利用采煤沉陷预计软件工具预测出该矿区的采煤动态沉陷预计结果； 2)划分土壤重构单元:根据步骤I)获得的采煤动态沉陷预计结果，得到矿区采煤塌陷的最终塌陷区范围，以该最终塌陷区范围的中心按照内角等分为10个扇形土壤重构单元，每个扇形土壤重构单元内角均为36°，土壤重构单元依次编号为A、A, ,B、B’，C、c’，D、D'，E、E'，同字母的编号区域以矿区开采推进方向线为中线上下对称； 3)应用边采边复技术对塌陷区进行土壤重构:根据步骤2)划分得到的土壤重构单元结合步骤I)得到的采煤动态沉陷预计结果，应用边采边复技术对各个土壤重构单元依次进行土壤重构，土壤重构顺序为A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重构顺序与矿区开采推进方向相同并成扇形伸展方向从开采推进方向一端向另一端展开，达到“边开采一边复垦一边重构”的效果； 土壤重构具体施工方法为:对每个土壤重构单元，先以挖填土方量平衡为准则将单个扇形土壤重构单元分为内侧挖土区η和外侧填土区m,然后将挖土区n和填土区m的表土层分别进行剥离并堆填至塌陷区域以外运距最短的表土堆置处，再将挖土区n心土层剥离堆填至填土区m，最后将表土堆置处的全部表土土源回填至填土区m并进行平整覆平成为复垦区。
【文档编号】E21C41/32GK103742151SQ201310492122
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】胡振琪, 肖武, 刘坤坤 申请人:中国矿业大学(北京)