[发明专利]一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷地的方法

说明书

本发明提供的一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷地的方法，属于采矿技术、土地利用和土地复垦技术领域，该方法包括：根据开采计划和采煤沉陷地的地质条件划分开采单元，基于Knothe时间函数，采用概率积分法获得开采单元各开采时段的动态下沉等值线；根据复垦范围划分各充填单元；依次确定地表整个复垦范围D_t的复垦充填时机和各充填单元的复垦设计标高；选择沉陷区的充填方式为多层多次引黄充填，并确定各土壤结构特征；分别确定各充填单元的多层多次引黄充填的次数和两充填单元的充填时间间隔；确定各类土壤结构层的厚度；按照上述确定的充填参数对各充填单元进行多层多次引黄充填。本方法可大幅提高耕地率并缩短复垦周期。

技术领域

本发明属于采矿技术、土地利用和土地复垦技术领域，特别涉及一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷地的方法。

背景技术

煤炭是中国的最主要能源，占一次能源消费的70％左右。由于中国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。据测算，井下开采万吨原煤造成的沉陷地，少的0.033hm²，多的达0.533hm²，平均0.2～0.33hm²。对于中国东部高潜水位煤矿区来说，开采造成的大多为沉陷积水区，加大了后期复垦难度，同时也造成了大量的土地损毁，因此，该区域的土地复垦问题一直是中国的研究热点。

现有学者提出了采煤塌陷地的边采边复技术，主要是针对即将沉陷的土地提前进行预复垦工作，不仅可以大大提高耕地恢复率，而且还可以缩短复垦周期，增加复垦效益。该技术的关键是复垦时机、复垦范围和复垦方案的确定，该技术尤其适用于高潜水位地区的开采沉陷地复垦。由于复垦时需要将沉陷区进行回填至设计标高，但是由于目前我国常用的挖深垫浅、煤矸石充填、粉煤灰充填等复垦方式均不能很好的解决中国东部地区人多地少的矛盾。挖深垫浅复垦的耕地面积较少，煤矸石或粉煤灰充填需要大量的复垦材料，而且运距大，经济成本高，充填后，填充物所含的一些化学成分或重金属对农作物生长和产品质量都有影响，况且目前矿区已基本将煤矸石、粉煤灰等工业废弃物加以资源化利用，没有足够的可供充填的煤矸石或粉煤灰。

为了解决充填材料不足的问题，现有学者提出了引用黄河泥沙充填复垦技术，不仅可以合理利用黄河水沙资源，而且能够最大限度地增加耕地面积，缓解矿区人地矛盾；在恢复耕地的同时十分有利于降低黄河河床高程，提高防洪效益，能够解决淤泥处置难题。但是引用黄河泥沙充填复垦技术需要综合考虑进行充填时的需沙量、取沙输沙工艺、充填排水以及充填工艺等。

综上，为了充分利用边采边复优势，并解决土源不足问题，进一步提高耕地恢复率和缩短复垦周期，亟需一种将黄河泥沙充填技术与边采边复相结合的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷地的复垦方法。本发明利用动态沉陷来预计开采工作面地表下沉的速度与范围，通过黄河泥沙动态充填复垦施工工艺，提前对可能出现塌陷的采煤沉陷地进行动态复垦，降低了后期复垦成本，同时也增加了土地利用效率，缩短了复垦周期，实现高潜水位-平原矿区煤炭开采与土地保护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷地的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预测开采沉陷最大下沉值与各阶段下沉值，包括以下步骤：

1-1)根据开采计划和采煤沉陷地的地质条件，对各个工作面选择开采单元及开采的时点，现以单个工作面为例进行说明，将工作面沿开采方向细分为数个规则的长方形开采单元，将各开采单元按1,2,…,i,…,n依次进行编号，n为正整数，每个开采单元尺寸宽为15～100m，长为100～500m；

1-2)基于Knothe时间函数，采用概率积分法获得开采单元各开采时段的动态下沉等值线；具体方法说明如下：