煤矿沉陷盆地的修复方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿沉陷盆地的修复方法，包括1)对沉陷盆地内存在的塌陷坑、台阶状变形、变形坡度较大的塌陷坑进行修复，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂缝，从而使修复区域的地表形态与周边其他原有形态一致；2)修复沉陷盆地后，利用煤矿固体废弃物对所述修复后的沉陷盆地进行密实充填，从而修复煤矿原有地表形态；3)根据沉陷盆地的地理、地质条件，确定沉陷盆地适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。该修复方法有效修复煤矿沉陷盆地环境地质问题，有效改善煤矿生态环境；对表土层充分保护与利用，极大可能的修复原有地质环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采矿、土地与矿山地质环境的修复与利用等
，特别是涉及一种煤矿深陷盆地的修复方法。
技术介绍
煤炭资源开发为我国经济发展做出了巨大贡献。近年来我国矿山环境问题凸显，资源开发与国计民生及矿山环境保护之间的矛盾逐渐激化。自上世纪七十年代《人类环境会议》以来，矿山环境修复已成为国际上探讨的重要议题。许多矿业开发较早的发达国家，经过多年对矿山环境的摸索，逐步整理出资源开发与矿山环境保护协调发展的经验，重视矿山环境管理，强调以“管”代“治”。我国矿山环境修复工作开展多年来受到国家高度重视，2009～2013年中央财政在矿山地质环境修复方面投入经费逾210亿元。我国矿山环境修复工作呈现扰动破坏因素多、机理复杂、问题类型多、分布面积广、修复难度大等特点。国内外专家学者采用分类法、统计法、认知法、管理法、地质建模、工程数值模拟和工程类比法等方法，从动力地质学、采矿工程学、工程地质学、环境地质学、灾害地质学、水文地质学等不同领域对矿山环境开展多学科研究。但是，我国目前在单项煤矿地质环境修复技术系统集成并根据煤矿地质环境条件形成煤矿沉陷盆地修复模式方面尚处于空白。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种煤矿深陷盆地的修复方法，以提高修复效果。基于上述目的，本专利技术提供的煤矿沉陷盆地的修复方法包括以下步骤：1)对沉陷盆地内存在的塌陷坑、台阶状变形、变形坡度较大的塌陷坑进行修复，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂缝，从而使修复区域的地表形态与周边其他原有形态一致；2)修复沉陷盆地后，利用煤矿固体废弃物对所述修复后的沉陷盆地进行密实充填，从而修复煤矿原有地表形态；3)根据沉陷盆地的地理、地质条件，确定沉陷盆地适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。在本专利技术的一些实施例中，所述修复方法还包括：4)对土壤肥力缺乏或存有局部污染的沉陷盆地，通过向遭受污染的土壤投入污染物降解菌或接种丛枝菌根，以促进沉陷盆地修复区域植被的修复。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤1)包括：对于深度小于等于5米的塌陷坑，将矸石回填至塌陷坑内，对于深度大于5米的塌陷坑，从该塌陷坑外边缘区域向坑底方向进行推土并回填塌陷坑作业，终止作业坡度与原沉陷盆地坡度夹角小于15°；对于变形坡度较大的塌陷坑，将塌陷坑顺着变形趋势使塌陷坑坑壁放缓，将坑壁上的土推入盆地底部进行回填，沉陷盆地新边界与原沉陷盆地原始边界的夹角小于15°；当此类地裂缝有明显竖向位移或垂直错动时，采用水泥浆充填的方法修复地裂缝，或者从垂直错动的台阶变形地裂缝的外边缘向地裂缝方向进行推土，使土被推入缝隙中，终止作业坡度与原沉陷盆地坡度夹角小于15°。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤2)包括：剥离沉陷盆地修复区域内的表土，并向沉陷盆地的外边缘外延15～20m；根据变形深度与盆地最大弦长比的不同将沉陷盆地分为I类为变形深度与盆地最大弦长比≥0.6、II类为变形深度与盆地最大弦长比0.1～0.6、III类变形深度与盆地最大弦长比＜0.1，I类沉陷盆地需3层及以上地表回填，II类沉陷盆地需2层及以上地表回填，III类沉陷盆地需1层以上地表回填；使用水泥浆或者高水材料注入沉陷盆地边缘的裂缝以及回填矸石后的沉陷盆地边缘处的裂隙，充填至裂隙内可见充填材料液面；在顶层回填层上进行表土重覆。在本专利技术的一些实施例中，所述表土剥离深度为100～800mm。在本专利技术的一些实施例中，所述剥离后的表土堆积存放，每周向表土堆放区域喷水不少于3次，单位面积喷洒时间不少于20秒，喷水量为4～6平方米表土/立方米水。在本专利技术的一些实施例中，所述煤矿固体废弃物选自矸石、粉煤灰中的至少一种，其中所述矸石选自灰褐色矸石与红色矸石，其黑色矸石成分低于5％。在本专利技术的一些实施例中，所述I类沉陷盆地至少分3层回填，底层回填矸石，厚度为总回填高度65％～70％，压实度85％～90％；中间层回填矸石与砂土的混合物，其中砂石含量28～35％，厚度为总回填高度15％～18％，压实度90％～93％；上层回填矸石、粘土的混合物，其中粘土含量50％～55％，厚度为总回填高度12％～15％，压实度80％～83％；所述II类沉陷盆地至少分2层回填，底层回填矸石，厚度约为总回填高度72％～75％，压实度85％～88％；第二层回填矸石、砂土与粘土的混合物，厚度为总回填高度25％～28％，其中矸石含量50％～55％，压实度90％～92％；所述III类沉陷盆地回填矸石、砂土与粘土的混合物，其中矸石含量70％～75％，压实度90％～92％。在本专利技术的一些实施例中，对于尖灭式裂缝，直接注浆；对于贯通式裂缝，先使用矸石作为缝隙骨架充填，矸石直径不大于5cm，然后对矸石缝隙注浆至地表有稳定的浆液液面为止。在本专利技术的一些实施例中，所述表土重覆步骤包括：在顶层回填层上铺覆表层土壤重覆层，回填前剥离的表土需要多次分层重覆，至少3层重覆完成，总重覆厚度为200～400mm，沉陷盆地周边区域重覆表土逐渐变薄，直至与周围原始表土重合。从上面所述可以看出，本专利技术提供的煤矿沉陷盆地的修复方法利用煤矿自身固废重塑并修复沉陷盆地修复区域矿山地质环境，与现有单项沉陷盆地修复技术相比，本专利技术显示了如下优点：有效修复煤矿沉陷盆地环境地质问题，有效改善煤矿生态环境；对表土层充分保护与利用，极大可能的修复原有地质环境；对沉陷盆地破坏土地的修复中体现了分层回填思路，人工重塑了被破坏的煤矿地质环境；能够有效的与后期煤矿生态修复构建“桥梁”，为后期生态修复提供保障。附图说明图1为本专利技术的实施例的煤矿沉陷盆地的Q类塌陷坑回填的剖视图；图2为本专利技术的实施例的煤矿沉陷盆地的S类塌陷坑回填的剖视图；图3为本专利技术的实施例的煤矿沉陷盆地的坡度放缓前后的剖视图；图4为本专利技术的实施例的煤矿沉陷盆地的修复台阶变形地裂缝的剖视图；图5为本专利技术实施例的煤矿沉陷盆地回填后的剖视图；图6为本专利技术实施例的煤矿沉陷盆地的坡度放缓后回填的剖视图；图7为本专利技术实施例的地裂缝矸石空隙修复的剖视图。图中标号表述如下：1-底层回填层，2-中间回填层，3-顶层回填层，4-表层土壤重覆层；5-塌陷坑坑壁及塌陷坑坑底裂缝，6-塌陷坑回填部位，7-新旧地表界面的夹角，8-新地表界面，9-原沉陷盆地地表界面，10-台阶变形地裂缝。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。作为本专利技术的一个实施例，以大雁二矿沉陷盆地的修复为例，大雁二矿(以下简称“二矿”)位于内蒙东北部鄂温克族自治旗境内，属寒温带大陆性半干旱气候。该矿含煤地层为中生界白垩系下统伊敏组和下部大磨拐河组，主采煤层埋深70～290m，顶板岩性为细砂岩、粉砂岩。该煤矿目前开采方式为机械化综放回采，顶板管理方式为全陷落法。二矿于上世纪八十年代开始开采、已于2011年闭坑。二矿主要存在的矿山环境地质问题为沉陷盆地、排矸场堆放占地。二矿沉陷盆地下沉量约1.0～1.9m，按照竖向变形与盆地最大弦长比分类属I类。二矿沉陷盆地周边草场遭破坏，原起伏状地表形态严重破坏，301国道等主要交通干线破坏严重；二矿矿闭坑前主要废弃物类型为煤矸石，固废年产量约3万吨，电厂和砖厂每年利用约1万吨，剩余堆存于二矿排矸场，占地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿沉陷盆地的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对沉陷盆地内存在的塌陷坑、台阶状变形、变形坡度较大的塌陷坑进行修复，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂缝，从而使修复区域的地表形态与周边其他原有形态一致；2)修复沉陷盆地后，利用煤矿固体废弃物对所述修复后的沉陷盆地进行密实充填，从而修复煤矿原有地表形态；3)根据沉陷盆地的地理、地质条件，确定沉陷盆地适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿沉陷盆地的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对沉陷盆地内存在的塌陷坑、台阶状变形、变形坡度较大的塌陷坑进行修复，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂缝，从而使修复区域的地表形态与周边其他原有形态一致；2)修复沉陷盆地后，利用煤矿固体废弃物对所述修复后的沉陷盆地进行密实充填，从而修复煤矿原有地表形态；3)根据沉陷盆地的地理、地质条件，确定沉陷盆地适宜种植的林、草植被，建设人工草地和林地或者灌木林地。2.根据权利要求1所述的煤矿沉陷盆地的修复方法，其特征在于，所述修复方法还包括：4)对土壤肥力缺乏或存有局部污染的沉陷盆地，通过向遭受污染的土壤投入污染物降解菌或接种丛枝菌根，以促进沉陷盆地修复区域植被的修复。3.根据权利要求1所述的煤矿沉陷盆地的修复方法，其特征在于，所述步骤1)包括：对于深度小于等于5米的塌陷坑，将矸石回填至塌陷坑内，对于深度大于5米的塌陷坑，从该塌陷坑外边缘区域向坑底方向进行推土并回填塌陷坑作业，终止作业坡度与原沉陷盆地坡度夹角小于15°；对于变形坡度较大的塌陷坑，将塌陷坑顺着变形趋势使塌陷坑坑壁放缓，将坑壁上的土推入盆地底部进行回填，沉陷盆地新边界与原沉陷盆地原始边界的夹角小于15°；当此类地裂缝有明显竖向位移或垂直错动时，采用水泥浆充填的方法修复地裂缝，或者从垂直错动的台阶变形地裂缝的外边缘向地裂缝方向进行推土，使土被推入缝隙中，终止作业坡度与原沉陷盆地坡度夹角小于15°。4.根据权利要求1所述的煤矿沉陷盆地的修复方法，其特征在于，所述步骤2)包括：剥离沉陷盆地修复区域内的表土，并向沉陷盆地的外边缘外延15～20m；根据变形深度与盆地最大弦长比的不同将沉陷盆地分为I类为变形深度与盆地最大弦长比≥0.6、II类为变形深度与盆地最大弦长比0.1～0.6、III类
\t变形深度与盆地最大弦长比＜0.1，I类沉陷盆地需3层及以上地表回填，II类沉陷盆地需2层及以上地表回填，III类沉陷盆地需1层以上地表回填；使用水泥浆或者高水材料注入沉陷盆地边缘的裂缝以及回...

【专利技术属性】
技术研发人员：武强，刘宏磊，陈奇，刘守强，曾一凡，陈延，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11