[发明专利]一种基于预期复垦耕地率和复垦成本的复垦时机优选方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿技术、土地利用和土地复垦领域，特别涉及高潜水位-平原矿区煤炭开采下正在沉陷土地的边采边复工作，主要通过划分开采阶段模拟复垦工作，依据各模拟阶段的耕地复垦率与对应的复垦成本优选确定复垦时机，科学的指导复垦施工。

背景技术

人多地少，耕地资源十分稀缺，这是我国的基本国情。随着经济的高速发展，对能源的需求与日俱增，煤炭作为我国的最主要能源，占一次能源消费的70%左右，由于我国90%以上的煤炭产量来自于井工开采，且多采用走向长壁全部垮落法开采，土地不可避免地产生下沉，造成大量土地的沉陷损毁。高潜水位矿区主要分布于我国的华东及东北平原区，开采所损毁的土地大多为优质的高产农田。对高潜水位矿区损毁土地的复垦是保证耕地数量，保障粮食安全的重要举措。

以往的治理多侧重于沉陷稳定后再复垦，根据该类地区多年的复垦经验，在现有技术水平下复耕率只有30%-40%，这也就意味着大面积的优质农田将会变为水域，直接影响耕地的数量。造成这一现象的原因有很多，一方面，特殊的地质采矿条件使得这一地区沉陷具有典型性，高潜水位矿区大多为平原矿区，所在区域大多为地势平坦、土壤资源丰富、肥力较高的优质基本农田区，由于本身地表地势平坦且潜水位较高，而同时煤层赋存条件又特别好，很多矿区煤层数量多、煤层厚度大，这就造成沉陷后积水的现象严重，大量的表土资源沉入水底；另一方面，由于是平原地区，缺乏固体充填物，目前主要采用煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等作为塌陷区治理的充填材料，与地表巨大的沉陷体积相比，此类充填物是车水杯薪。且珍贵的土壤资源作为多年风化沉积形成的资源，从某种意义上来说是不可再生的资源，复垦时缺少充填材料与表土覆盖材料，造成恢复土地和耕地的比例低。

近年来，相关学者开展“动态复垦”与“超前复垦”的研究，研究人员希望通过提前采取复垦措施来达到保护耕地的目的。由于“动态复垦”与“超前复垦”不可避免的涉及到地面沉陷前施工或者对正在沉陷的土地进行复垦施工，复垦耕地率与复垦成本会由于复垦时机的选择不同而出现较大的差异。如何确定合理的复垦时机，既达到预期的复垦耕地率，同时又考虑经济的可承受力，是目前尚未解决的问题。

1965年，刘宝琛、廖国华出版了《煤矿地表移动的基本规律》一书，将概率积分法全面引入中国矿区地表移动沉陷预计，目前，概率积分法也成为中国最成熟应用范围最广泛的煤矿开采沉陷预计理论。应用该理论，可获得煤炭开采过程中各阶段的地表下沉值及相应的水平变形、曲率变形、倾斜变形等各种变形值。

发明内容

本发明的目的是为解决上述难题，提出一种基于预期复垦耕地率和复垦成本的复垦时机优选方法，本发明能基于预期的复垦耕地率和复垦成本，优选复垦时机，合理确定复垦耕地率与复垦成本约束下的最佳复垦时机

本发明方法提出的一种基于预期复垦耕地率和复垦成本的复垦时机优选方法，适用于单一水平煤层，其特征在于，该方法通过开采阶段的划分，各阶段开采沉陷预计，模拟在无外来土源情况下的复垦，由此确定预期复垦耕地率和复垦成本约束下的复垦时机；该方法包括以下步骤：

1）开采阶段的划分：将地下开采工作面划分为多个开采阶段，设工作面推进长度为L，单位为m，将工作面推进长度L等距离划分为5～12个阶段或以月推进的距离划分开采阶段；

2）各开采阶段沉陷预计：依据划分的各开采阶段和相关开采沉陷参数，采用概率积分法对各个开采阶段地表塌陷状况进行沉陷预计，获得各个阶段的下沉等值线和最终开采结束后的下沉等值线，并由最终下沉等值线确定复垦责任范围S单位为hm²；

3）各开采阶段复垦耕地率与复垦成本估算：根据各开采阶段下沉预计，结合最终下沉等值线、潜水深度和地面高程，在无外来土源的情况下模拟各开采阶段的复垦工作，确定各开采阶段地面复垦的耕地率F(x)与对应的复垦成本G(x)；同时获取复垦耕地率F(x)和复垦成本G(x)随时间的变化曲线；

4）复垦时机的优选：根据步骤3）中各阶段的复垦耕地率F(x)与复垦成本G(x)，构建复垦效率函数Q(x)，如式（1）：