煤礦沉陷盆地的修復方法技術

本發明專利技術公開了一種煤礦沉陷盆地的修復方法，包括1)對沉陷盆地內存在的塌陷坑、臺階狀變形、變形坡度較大的塌陷坑進行修復，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂縫，從而使修復區域的地表形態與周邊其他原有形態一致；2)修復沉陷盆地后，利用煤礦固體廢棄物對所述修復后的沉陷盆地進行密實充填，從而修復煤礦原有地表形態；3)根據沉陷盆地的地理、地質條件，確定沉陷盆地適宜種植的林、草植被，建設人工草地和林地或者灌木林地。該修復方法有效修復煤礦沉陷盆地環境地質問題，有效改善煤礦生態環境；對表土層充分保護與利用，極大可能的修復原有地質環境。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及采礦、土地與礦山地質環境的修復與利用等
，特別是涉及一種煤礦深陷盆地的修復方法。
技術介紹
煤炭資源開發為我國經濟發展做出了巨大貢獻。近年來我國礦山環境問題凸顯，資源開發與國計民生及礦山環境保護之間的矛盾逐漸激化。自上世紀七十年代《人類環境會議》以來，礦山環境修復已成為國際上探討的重要議題。許多礦業開發較早的發達國家，經過多年對礦山環境的摸索，逐步整理出資源開發與礦山環境保護協調發展的經驗，重視礦山環境管理，強調以“管”代“治”。我國礦山環境修復工作開展多年來受到國家高度重視，2009～2013年中央財政在礦山地質環境修復方面投入經費逾210億元。我國礦山環境修復工作呈現擾動破壞因素多、機理復雜、問題類型多、分布面積廣、修復難度大等特點。國內外專家學者采用分類法、統計法、認知法、管理法、地質建模、工程數值模擬和工程類比法等方法，從動力地質學、采礦工程學、工程地質學、環境地質學、災害地質學、水文地質學等不同領域對礦山環境開展多學科研究。但是，我國目前在單項煤礦地質環境修復技術系統集成并根據煤礦地質環境條件形成煤礦沉陷盆地修復模式方面尚處于空白。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的在于提出一種煤礦深陷盆地的修復方法，以提高修復效果。基于上述目的，本專利技術提供的煤礦沉陷盆地的修復方法包括以下步驟：1)對沉陷盆地內存在的塌陷坑、臺階狀變形、變形坡度較大的塌陷坑進行修復，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂縫，從而使修復區域的地表形態與周邊其他原有形態一致；2)修復沉陷盆地后，利用煤礦固體廢棄物對所述修復后的沉陷盆地進行密實充填，從而修復煤礦原有地表形態；3)根據沉陷盆地的地理、地質條件，確定沉陷盆地適宜種植的林、草植被，建設人工草地和林地或者灌木林地。在本專利技術的一些實施例中，所述修復方法還包括：4)對土壤肥力缺乏或存有局部污染的沉陷盆地，通過向遭受污染的土壤投入污染物降解菌或接種叢枝菌根，以促進沉陷盆地修復區域植被的修復。在本專利技術的一些實施例中，所述步驟1)包括：對于深度小于等于5米的塌陷坑，將矸石回填至塌陷坑內，對于深度大于5米的塌陷坑，從該塌陷坑外邊緣區域向坑底方向進行推土并回填塌陷坑作業，終止作業坡度與原沉陷盆地坡度夾角小于15°；對于變形坡度較大的塌陷坑，將塌陷坑順著變形趨勢使塌陷坑坑壁放緩，將坑壁上的土推入盆地底部進行回填，沉陷盆地新邊界與原沉陷盆地原始邊界的夾角小于15°；當此類地裂縫有明顯豎向位移或垂直錯動時，采用水泥漿充填的方法修復地裂縫，或者從垂直錯動的臺階變形地裂縫的外邊緣向地裂縫方向進行推土，使土被推入縫隙中，終止作業坡度與原沉陷盆地坡度夾角小于15°。在本專利技術的一些實施例中，所述步驟2)包括：剝離沉陷盆地修復區域內的表土，并向沉陷盆地的外邊緣外延15～20m；根據變形深度與盆地最大弦長比的不同將沉陷盆地分為I類為變形深度與盆地最大弦長比≥0.6、II類為變形深度與盆地最大弦長比0.1～0.6、III類變形深度與盆地最大弦長比＜0.1，I類沉陷盆地需3層及以上地表回填，II類沉陷盆地需2層及以上地表回填，III類沉陷盆地需1層以上地表回填；使用水泥漿或者高水材料注入沉陷盆地邊緣的裂縫以及回填矸石后的沉陷盆地邊緣處的裂隙，充填至裂隙內可見充填材料液面；在頂層回填層上進行表土重覆。在本專利技術的一些實施例中，所述表土剝離深度為100～800mm。在本專利技術的一些實施例中，所述剝離后的表土堆積存放，每周向表土堆放區域噴水不少于3次，單位面積噴灑時間不少于20秒，噴水量為4～6平方米表土/立方米水。在本專利技術的一些實施例中，所述煤礦固體廢棄物選自矸石、粉煤灰中的至少一種，其中所述矸石選自灰褐色矸石與紅色矸石，其黑色矸石成分低于5％。在本專利技術的一些實施例中，所述I類沉陷盆地至少分3層回填，底層回填矸石，厚度為總回填高度65％～70％，壓實度85％～90％；中間層回填矸石與砂土的混合物，其中砂石含量28～35％，厚度為總回填高度15％～18％，壓實度90％～93％；上層回填矸石、粘土的混合物，其中粘土含量50％～55％，厚度為總回填高度12％～15％，壓實度80％～83％；所述II類沉陷盆地至少分2層回填，底層回填矸石，厚度約為總回填高度72％～75％，壓實度85％～88％；第二層回填矸石、砂土與粘土的混合物，厚度為總回填高度25％～28％，其中矸石含量50％～55％，壓實度90％～92％；所述III類沉陷盆地回填矸石、砂土與粘土的混合物，其中矸石含量70％～75％，壓實度90％～92％。在本專利技術的一些實施例中，對于尖滅式裂縫，直接注漿；對于貫通式裂縫，先使用矸石作為縫隙骨架充填，矸石直徑不大于5cm，然后對矸石縫隙注漿至地表有穩定的漿液液面為止。在本專利技術的一些實施例中，所述表土重覆步驟包括：在頂層回填層上鋪覆表層土壤重覆層，回填前剝離的表土需要多次分層重覆，至少3層重覆完成，總重覆厚度為200～400mm，沉陷盆地周邊區域重覆表土逐漸變薄，直至與周圍原始表土重合。從上面所述可以看出，本專利技術提供的煤礦沉陷盆地的修復方法利用煤礦自身固廢重塑并修復沉陷盆地修復區域礦山地質環境，與現有單項沉陷盆地修復技術相比，本專利技術顯示了如下優點：有效修復煤礦沉陷盆地環境地質問題，有效改善煤礦生態環境；對表土層充分保護與利用，極大可能的修復原有地質環境；對沉陷盆地破壞土地的修復中體現了分層回填思路，人工重塑了被破壞的煤礦地質環境；能夠有效的與后期煤礦生態修復構建“橋梁”，為后期生態修復提供保障。附圖說明圖1為本專利技術的實施例的煤礦沉陷盆地的Q類塌陷坑回填的剖視圖；圖2為本專利技術的實施例的煤礦沉陷盆地的S類塌陷坑回填的剖視圖；圖3為本專利技術的實施例的煤礦沉陷盆地的坡度放緩前后的剖視圖；圖4為本專利技術的實施例的煤礦沉陷盆地的修復臺階變形地裂縫的剖視圖；圖5為本專利技術實施例的煤礦沉陷盆地回填后的剖視圖；圖6為本專利技術實施例的煤礦沉陷盆地的坡度放緩后回填的剖視圖；圖7為本專利技術實施例的地裂縫矸石空隙修復的剖視圖。圖中標號表述如下：1-底層回填層，2-中間回填層，3-頂層回填層，4-表層土壤重覆層；5-塌陷坑坑壁及塌陷坑坑底裂縫，6-塌陷坑回填部位，7-新舊地表界面的夾角，8-新地表界面，9-原沉陷盆地地表界面，10-臺階變形地裂縫。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。作為本專利技術的一個實施例，以大雁二礦沉陷盆地的修復為例，大雁二礦(以下簡稱“二礦”)位于內蒙東北部鄂溫克族自治旗境內，屬寒溫帶大陸性半干旱氣候。該礦含煤地層為中生界白堊系下統伊敏組和下部大磨拐河組，主采煤層埋深70～290m，頂板巖性為細砂巖、粉砂巖。該煤礦目前開采方式為機械化綜放回采，頂板管理方式為全陷落法。二礦于上世紀八十年代開始開采、已于2011年閉坑。二礦主要存在的礦山環境地質問題為沉陷盆地、排矸場堆放占地。二礦沉陷盆地下沉量約1.0～1.9m，按照豎向變形與盆地最大弦長比分類屬I類。二礦沉陷盆地周邊草場遭破壞，原起伏狀地表形態嚴重破壞，301國道等主要交通干線破壞嚴重；二礦礦閉坑前主要廢棄物類型為煤矸石，固廢年產量約3萬噸，電廠和磚廠每年利用約1萬噸，剩余堆存于二礦排矸場，占地本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤礦沉陷盆地的修復方法，其特征在于，包括以下步驟：1)對沉陷盆地內存在的塌陷坑、臺階狀變形、變形坡度較大的塌陷坑進行修復，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂縫，從而使修復區域的地表形態與周邊其他原有形態一致；2)修復沉陷盆地后，利用煤礦固體廢棄物對所述修復后的沉陷盆地進行密實充填，從而修復煤礦原有地表形態；3)根據沉陷盆地的地理、地質條件，確定沉陷盆地適宜種植的林、草植被，建設人工草地和林地或者灌木林地。

【技術特征摘要】
1.一種煤礦沉陷盆地的修復方法，其特征在于，包括以下步驟：1)對沉陷盆地內存在的塌陷坑、臺階狀變形、變形坡度較大的塌陷坑進行修復，以消除塌陷坑、附加坡度以及地表裂縫，從而使修復區域的地表形態與周邊其他原有形態一致；2)修復沉陷盆地后，利用煤礦固體廢棄物對所述修復后的沉陷盆地進行密實充填，從而修復煤礦原有地表形態；3)根據沉陷盆地的地理、地質條件，確定沉陷盆地適宜種植的林、草植被，建設人工草地和林地或者灌木林地。2.根據權利要求1所述的煤礦沉陷盆地的修復方法，其特征在于，所述修復方法還包括：4)對土壤肥力缺乏或存有局部污染的沉陷盆地，通過向遭受污染的土壤投入污染物降解菌或接種叢枝菌根，以促進沉陷盆地修復區域植被的修復。3.根據權利要求1所述的煤礦沉陷盆地的修復方法，其特征在于，所述步驟1)包括：對于深度小于等于5米的塌陷坑，將矸石回填至塌陷坑內，對于深度大于5米的塌陷坑，從該塌陷坑外邊緣區域向坑底方向進行推土并回填塌陷坑作業，終止作業坡度與原沉陷盆地坡度夾角小于15°；對于變形坡度較大的塌陷坑，將塌陷坑順著變形趨勢使塌陷坑坑壁放緩，將坑壁上的土推入盆地底部進行回填，沉陷盆地新邊界與原沉陷盆地原始邊界的夾角小于15°；當此類地裂縫有明顯豎向位移或垂直錯動時，采用水泥漿充填的方法修復地裂縫，或者從垂直錯動的臺階變形地裂縫的外邊緣向地裂縫方向進行推土，使土被推入縫隙中，終止作業坡度與原沉陷盆地坡度夾角小于15°。4.根據權利要求1所述的煤礦沉陷盆地的修復方法，其特征在于，所述步驟2)包括：剝離沉陷盆地修復區域內的表土，并向沉陷盆地的外邊緣外延15～20m；根據變形深度與盆地最大弦長比的不同將沉陷盆地分為I類為變形深度與盆地最大弦長比≥0.6、II類為變形深度與盆地最大弦長比0.1～0.6、III類
\t變形深度與盆地最大弦長比＜0.1，I類沉陷盆地需3層及以上地表回填，II類沉陷盆地需2層及以上地表回填，III類沉陷盆地需1層以上地表回填；使用水泥漿或者高水材料注入沉陷盆地邊緣的裂縫以及回...

【專利技術屬性】
技術研發人員：武強，劉宏磊，陳奇，劉守強，曾一凡，陳延，
申請(專利權)人：中國礦業大學北京，
類型：發明
國別省市：北京;11