應用于邊采邊復技術的土壤重構方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應用于邊采邊復技術的土壤重構方法，屬于采礦技術、土壤重構技術和土地復墾【技術領域】。該方法包括：現場收集研究礦區(qū)相關信息，進行動態(tài)采煤沉陷預測分析，劃分為多個土壤重構單元，應用邊采邊復技術對塌陷區(qū)進行土壤重構：并按整塊復墾區(qū)域各個土壤重構單元與井下開采耦合的土壤重構順序進行。本發(fā)明能夠在提高復墾耕地率的同時確保復墾出優(yōu)質高效的耕地，避免對復墾區(qū)域土源的重復擾動，節(jié)省不必要的或重復的復墾施工步驟，縮短復墾時間、降低復墾成本。
【專利說明】應用于邊采邊復技術的土壤重構方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于采礦技術、土壤重構技術和土地復墾【技術領域】，特別涉及應用于邊采邊復技術的土壤重構方法。
【背景技術】
[0002]中國煤炭產量大，約占一次能源構成的74%左右。根據中國環(huán)?！笆濉币?guī)劃，煤礦區(qū)以土地復墾為重點，加強礦區(qū)環(huán)境綜合整治，建立各種類型的礦區(qū)生態(tài)建設示范基地，逐步形成與生產同步的生態(tài)恢復建設機制。
[0003]復墾后的土地70%為耕地，其余的多數為其他農用地，而這其中對復墾耕地的要求較高，沉陷耕地的復墾應該著重于復墾土壤重構和理化性質的改良，而且要求復墾的土壤有較高的生產水平。因此，必須要求復墾的土壤有較高的生產力和較高的經濟效益，而表土的多少與質量對土壤條件有重要作用，對復墾區(qū)進行土壤重構工作顯得格外重要。
[0004]據不完全統(tǒng)計，中國采煤塌陷土地面積已達100萬公頃且仍以約4萬公頃/年的速度遞增。中國中部及東部中高潛水位礦區(qū)由于土地沉陷后主要以積水形式破壞為主，大面積的優(yōu)質農田淪為水域，大量優(yōu)質肥沃的土壤沉入水中，不能得到合理利用。適用于該塌陷區(qū)的邊采邊復技術已經迅速發(fā)展并得到深入研究，廣大學者也紛紛認同與支持。因此，在邊采邊復技術思想的基礎之上如何運用土壤重構的方法來改善復墾區(qū)耕地質量，這一問題的探討是邊采邊復技術得以推廣擴展并達到更好復墾效果的關鍵技術轉折點，同時，對于土壤重構技術來說，也是一次革新與進步。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決上述問題，提出一種應用于邊采邊復技術的土壤重構方法，本發(fā)明旨在將土壤重構理念與邊采邊復技術相結合，為塌陷礦區(qū)真正做到“邊開采一邊復墾一邊重構”提供理論基礎。確保礦產資源開采與高質量農田土地保護的協(xié)調發(fā)展，創(chuàng)建和諧綠色礦山。
[0006]本發(fā)明提出的應用于邊采邊復技術的土壤重構方法，是基于土壤重構模擬分析、采煤沉陷預測、邊采邊復技術，根據采煤動態(tài)沉陷預計結果將采煤塌陷區(qū)劃分為多個土壤重構單元并設計出土壤重構施工工藝，同時設計出整塊復墾區(qū)域各個土壤重構單元與井下開采耦合的土壤重構順序，實現井下開采與井上土壤重構相耦合，對采煤塌陷地在邊采邊復思想的基礎上進行土壤重構，使得在提高復墾耕地率的同時確保復墾出優(yōu)質高效的耕地，該方法主要適用于中高潛水位順采礦區(qū)，其特征在于，具體包括以下步驟:
[0007]I)收集礦區(qū)相關數據并預計出采煤動態(tài)沉陷預計結果，收集的數據包括礦區(qū)的煤層條件、地質條件、采礦計劃(順序開采)、水文條件、土壤條件等采礦數據和開采信息，根據獲得的采礦數據和開采信息，利用采煤沉陷預計軟件工具(MSPS)預測出該礦區(qū)的采煤動態(tài)沉陷預計結果；
[0008]2)劃分土壤重構單元:根據步驟I)獲得的采煤動態(tài)沉陷預計結果，得到礦區(qū)采煤塌陷的最終塌陷區(qū)范圍，以該最終塌陷區(qū)范圍的中心按照內角等分為10個扇形土壤重構單元，每個扇形土壤重構單元內角都為36°，土壤重構單元依次編號為A、A'，B、B'，C、C'，D、D'，E、E'(同字母的編號區(qū)域以礦區(qū)開采推進方向線為中線上下對稱)；
[0009]3)應用邊采邊復技術對塌陷區(qū)進行土壤重構:根據步驟2)劃分得到的土壤重構單元結合步驟I)得到的采煤動態(tài)沉陷預計結果，應用邊采邊復技術對各個土壤重構單元依次進行土壤重構，土壤重構順序為A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重構順序與礦區(qū)開采推進方向相同并成扇形伸展方向從開采推進方向一端向另一端展開，達到“邊開采一邊復墾一邊重構”的效果。[0010]土壤重構具體施工方法為:對每個土壤重構單元，先以挖填土方量平衡為準則將
單個扇形土壤重構單元分為內側挖土區(qū)n (^nAruA' η......En、E' η)和外側填土區(qū)m (如
Am、A' m……Em、E' m)，然后將挖土區(qū)η和填土區(qū)m的表土層分別進行剝離并堆填至塌陷區(qū)域以外運距最短的表土堆置處，再將挖土區(qū)η心土層剝離堆填至填土區(qū)m，最后將表土堆置處的全部表土土源回填至填土區(qū)m并進行平整覆平成為復墾區(qū)。
[0011]本發(fā)明主要具有以下技術優(yōu)點:
[0012]本發(fā)明方法涉及中高潛水位順采礦區(qū)煤炭開采過程中礦區(qū)表土及心土挖方、回填施工工藝，主要同步礦區(qū)塌陷順序對塌陷區(qū)進行土壤重構單元劃分并在邊采邊復技術的基礎之上對各個土壤重構單元表土層及心土層以扇形伸展順序進行剝離并調配回填，使礦區(qū)達到“邊開采一邊復墾一邊重構”效果，在提高復墾耕地率的同時確保復墾出優(yōu)質高效的耕地,避免對復墾區(qū)域土源的重復擾動,節(jié)省不必要的或重復的復墾施工步驟,縮短復墾時間、降低復墾成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的應用于邊采邊復技術的土壤重構方法流程圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的實施例的礦區(qū)采煤動態(tài)沉陷預計結果示意圖，圖2中A為礦區(qū)開采推進方向，B為礦區(qū)地表塌陷順序與方向。
[0015]圖3為本發(fā)明的實施例的土壤重構區(qū)域劃分及重構順序示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提出的應用于邊采邊復技術的土壤重構方法結合附圖及實施例詳細說明如下:
[0017]本發(fā)明提出的方法，具體流程如圖1所示，包括以下步驟:
[0018]I)收集礦區(qū)相關數據并預計出采煤動態(tài)沉陷預計結果，收集的數據包括礦區(qū)的煤層條件、地質條件、采礦計劃(順序開采)、水文條件、土壤條件等采礦數據和開采信息，根據獲得的采礦數據和開采信息利用采煤沉陷預計軟件(MSPS)預測出該礦區(qū)的采煤動態(tài)沉陷預計結果；
[0019]2)劃分土壤重構單元:根據步驟I)獲得的采煤動態(tài)沉陷預計結果，得到礦區(qū)采煤塌陷的最終塌陷區(qū)范圍，以該最終塌陷區(qū)范圍的中心按照內角等分為10個扇形土壤重構單元，每個扇形土壤重構單元內角都為36°，土壤重構單元依次編號為A、A'，B、B'，C、C'，D、D'，E、E'(同字母的編號區(qū)域以礦區(qū)開采推進方向線為中線上下對稱)；[0020]3)應用邊采邊復技術對塌陷區(qū)進行土壤重構:根據步驟2)劃分得到的土壤重構單元結合步驟I)得到的采煤動態(tài)沉陷預計結果，應用邊采邊復技術對各個土壤重構單元依次進行土壤重構，土壤重構順序為A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重構順序與礦區(qū)開采推進方向相同并成扇形伸展方向從開采推進方向一端向另一端展開，達到“邊開采一邊復墾一邊重構”的效果。
[0021]土壤重構具體施工方法為:對每個土壤重構單元，先以挖填土方量平衡為準則將
單個扇形土壤重構單元分為內側挖土區(qū)η (^ΠΑκΑ' η......En、E' η)和外側填土區(qū)m (如
Am、A' m……Em、E' m)，然后將挖土區(qū)η和填土區(qū)m的表土層分別進行剝離并堆填至塌陷區(qū)域以外運距最短的表土堆置處，再將挖土區(qū)η心土層剝離堆填至填土區(qū)m，最后將表土堆置處的全部表土土源回填至填土區(qū)m并進行平整覆平成為復墾區(qū)；
[0022]實施例:
[0023]本實施例選擇礦區(qū)是在華東平原某一高潛水位順采礦區(qū)內。礦區(qū)內煤層平均埋藏深度在-800.0m左右、煤層平均厚度在5.0m左右，地表自然高程在+43.2m~+44.6m之間，地面坡度在O~2 °之間，地勢較平緩，地下潛水位埋深在-2.5m~-3.0m之間。
[0024]本實施例根據采煤沉陷預測與土壤重構模擬分析，設計礦區(qū)具體的土壤重構順序及其施工工藝，其步驟如下(參見圖1):
[0025]I)獲取礦區(qū)信息數據及采煤動態(tài)沉陷預計結果一下沉等值線，[0026]采集礦區(qū)地面高程、潛水位埋深、土地利用現狀圖等自然條件信息；采集礦區(qū)煤層開采厚度、煤層埋藏深度、煤層傾向方位角、下沉系數、水平移動系數、影響傳播角等地質條件信息；采集礦區(qū)采煤工作面布置、采煤工作面開采順序、開采方向、采掘工程平面圖等采礦計劃信息；明確研究礦區(qū)復墾過程中的客土與外運土條件。研究礦區(qū)為礦區(qū)內的一個單一采區(qū)，采區(qū)內共分為5個工作面，每個工作面尺寸為1800mX 280m，開采方式為從西至東順序開采，地表下沉系數為0.8，煤層平均埋藏深度在-800.0m左右、煤層平均厚度在5.0m左右，地表自然高程在+43.2m~+44.6m之間，地面坡度在O~2°之間，地勢較平緩，地下潛水位埋深在_2.5m~-3.0m之間。
[0027]根據調查得到的數據在采煤沉陷預計軟件工具(MSPS)下預計出礦區(qū)順序開采各階段采煤下沉等值線，等值線之間下沉等間距設為0.25m，其中最大下沉值為3.87m，礦區(qū)預計塌陷面積為763.82hm2，根據礦區(qū)順采各階段采煤下沉等值線，得到礦區(qū)采煤動態(tài)沉陷預計結果，各階段塌陷范圍從西至東(與礦區(qū)開采推進方向一致)依次擴大，如圖2所示，圖2中A為礦區(qū)開采推進方向，B為礦區(qū)地表塌陷順序與方向。
[0028]2)劃分土壤重構單元
[0029]根據步驟I)獲得的礦區(qū)采煤動態(tài)沉陷預計結果，各階段塌陷范圍從西至東(與礦區(qū)開采推進方向一致)依次擴大，將最終塌陷區(qū)范圍的中心按照內角等分為10個扇形土壤重構單元，每個扇形土壤重構單元內角都為36°，土壤重構單元依次編號為A、A, ,B^Bi，
C、C'，D、D'，E、E'(同字母的編號區(qū)域以礦區(qū)開采推進方向線為中線上下對稱)。
[0030]3)應用邊采邊復技術對塌陷區(qū)進行土壤重構
[0031]根據步驟I)獲得的礦區(qū)采煤動態(tài)沉陷預計結果和步驟2)劃分的土壤重構單元，土壤重構各單元施工順序依次為A-A'、B-B' ,C-C1、D-D'、E_E'，單個土壤重構單元施工工藝按步驟3)介紹進行操作，重構順序與礦區(qū)開采推進方向相同并成扇形伸展方向從開采推進方向一端向另一端展開，塌陷區(qū)土壤重構順序與井下開采順序相耦合，與礦區(qū)采煤動態(tài)塌陷時間、塌陷范圍基本一致，并與礦區(qū)井下采煤生產活動相耦合，真正做到了 “邊開米一邊復墾一邊重構”，如圖3所不。
[0032]土壤重構具體施工工藝如下:
[0033]土壤重構單元分為內側挖土區(qū)nη......Εη、Ε' η)與外側填土區(qū)m (如
Am、A' m……Em、E' m)兩個區(qū)域，先將挖土區(qū)和填土區(qū)表土層分別剝離0.8m堆填至塌陷區(qū)以外運距最短的表土堆放處，再將挖土區(qū)心土層剝離2.2m堆填至填土區(qū)，最后將表土堆置處的表土土源回填至填土區(qū)并平整覆平，挖土區(qū)(成為積水區(qū))和填土區(qū)(即該填土區(qū)成為復墾區(qū))標高分別達到邊采邊復技術設計標高(見附圖3)。
[0034]本方法可將塌陷范圍內的中心區(qū)域即各土壤重構單元的挖土區(qū)η的心土層及表土層土源分層剝離并 回填至填土區(qū)m，使大量優(yōu)質肥沃的土壤在復墾區(qū)(填土區(qū)m)得到合理利用不浪費。
【權利要求】
1.一種應用于邊采邊復技術的土壤重構方法，該方法主要適用于中高潛水位順采礦區(qū)，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)收集礦區(qū)相關數據并預計出采煤動態(tài)沉陷預計結果，收集的數據包括礦區(qū)的煤層條件、地質條件、采礦計劃、水文條件、土壤條件各采礦數據和開采信息，根據獲得的采礦數據和開采信息，利用采煤沉陷預計軟件工具預測出該礦區(qū)的采煤動態(tài)沉陷預計結果； 2)劃分土壤重構單元:根據步驟I)獲得的采煤動態(tài)沉陷預計結果，得到礦區(qū)采煤塌陷的最終塌陷區(qū)范圍，以該最終塌陷區(qū)范圍的中心按照內角等分為10個扇形土壤重構單元，每個扇形土壤重構單元內角均為36°，土壤重構單元依次編號為A、A, ,B、B’，C、c’，D、D'，E、E'，同字母的編號區(qū)域以礦區(qū)開采推進方向線為中線上下對稱； 3)應用邊采邊復技術對塌陷區(qū)進行土壤重構:根據步驟2)劃分得到的土壤重構單元結合步驟I)得到的采煤動態(tài)沉陷預計結果，應用邊采邊復技術對各個土壤重構單元依次進行土壤重構，土壤重構順序為A-A'、B-B'、C-C'、D-D'、E_E'，重構順序與礦區(qū)開采推進方向相同并成扇形伸展方向從開采推進方向一端向另一端展開，達到“邊開采一邊復墾一邊重構”的效果； 土壤重構具體施工方法為:對每個土壤重構單元，先以挖填土方量平衡為準則將單個扇形土壤重構單元分為內側挖土區(qū)η和外側填土區(qū)m,然后將挖土區(qū)n和填土區(qū)m的表土層分別進行剝離并堆填至塌陷區(qū)域以外運距最短的表土堆置處，再將挖土區(qū)n心土層剝離堆填至填土區(qū)m，最后將表土堆置處的全部表土土源回填至填土區(qū)m并進行平整覆平成為復墾區(qū)。
【文檔編號】E21C41/32GK103742151SQ201310492122
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權日:2013年10月18日
【發(fā)明者】胡振琪, 肖武, 劉坤坤 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)