矿区土地复垦工程设计研究矿业论文完整版.pdf

- 1 - 矿区土地复垦工程设计研究矿区土地复垦工程设计研究 董合祥 1，朱子清2 1 中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州 (221116) 2 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州 (221116) e-mail: donghexianghappy 摘摘 要要: 根据近年来土地复垦领域的研究成果,阐述了土地复垦中农田最低标高的 确定方法及原因,充填复垦时充填标高的要求、 确定方法及原因, 详细介绍了土方 量最小的平面参数计算过程,说明了土方量计算的五种情况.充填复垦是未来解决 人地矛盾的重要手段,其既能够解决矸石压占土地又可减轻污染,矿区土地复垦工 程的前景在未来应该越来越乐观。 关键词关键词: 土地复垦；最低标高；最小二乘法；土方计算 0 引言引言 80 年代中期淮北矿区取得矸石充填、粉煤灰充填、挖深垫浅三种复垦技术途径的成功 以来，徐州矿区又取得了平整土地、排涝降渍、生态工程复垦成功的经验，其它矿区还积累 了沼泽化地治理、岩石山复垦造林、矿井塌陷坑作为露天矿舍场、建筑复垦等技术经验.其 中代表性成果有:淮北煤矿塌陷区造地复田综合治理技术途径研究、铜山县上地复垦技术研 究、 鹤岗矿区歼石山复垦造林技术研究等1。 土地复垦工作已经开展好多年,复垦的技术手段 不断走向成熟,土地复垦工程的设计是土地复垦的关键,土地复垦标高的设计,平整时标高的 确定等是土地复垦过程中必须要做的工作,他们的准确是场地平整时土方量计算的关键,从煤 矿区土地复垦的目标和对象以及采用的复垦技术来看，煤矿区土地复垦的评价标准不统。 1 疏排法复垦时农田最低标高的确定疏排法复垦时农田最低标高的确定 农田最低标高的确定取决于地下前水位和所种植的植物等,疏排法复垦通过开挖排 水沟系,必要时建立强排水电站排除地表积水,实行分区治理,梯级控制,达到减少土方工程量, 大范围恢复沉陷积水区土地利用的目的。 自排区域农田最低标高的计算公式2: ）（11hilhh kiirt += 式中 ht -最低农田标高, m; hr-外河洪水位, m; li-各级排水沟道长度, m; ii -各级排水沟道坡度; hk-作物保持正常生长的地下水位临界深度,m. 强排区域农田最低标高计算公式为: ）（21hwilhh kiidt += 式中 hd-主排水沟沟底标高,m; w-主排水沟水深, m; 中国中国科技论文在线科技论文在线 - 2 - 2.充填法复垦时充填标高的设计充填法复垦时充填标高的设计 2.1 土地平整高程的确定土地平整高程的确定 塌陷地土地平整高程主要由地下潜水位和作物品种决定,土地平整后，高程要满足作 物的生长要求。农田高程 h 应该满足： ）（31hhhh pt += ht-农田应该达到的最低高程,m; hp-潜水位高程,m; h-地下水临界深度,m; 2.2充填标高的确定充填标高的确定 采煤沉陷区一般采用矸石,粉煤灰进行充填复垦,但充填后随着时间的推移,充填物逐 渐被压实,地表会有新的下沉,为保证充填区域自然沉降后保持平坦,达到设计标高的要求,充 填高度应大于设计的田面标高.设充填标高为 h,充填超高为h(图 1), h h ho h h 1 2 3 图 1 充填超高计算示意图 fig.1 sketch map showing computing super height of filling 1-开采沉陷后地表;2-充填沉降压实后的田面;3-充填过后的地形 根据自然沉陷前后质量相等, shhhs 21 =+）（ 则: 1 12 h h ）（= 充填后土壤密度, 1-充填后充填土壤密度; 2-自然沉降后充填土壤密度. 3 复垦场地平整时标高的确定复垦场地平整时标高的确定 3.1复垦场地标高的基本要求复垦场地标高的基本要求 平整后复垦场地标高应满足两个基本要求, (1)满足生产需要.对于农用土地而言,必须保证农田最低标高高出潜水位,对于建筑用地 而言,应保证建筑物不受潜水和洪水侵害,居住不受洪水威胁,复垦场地坡度还应满足排水,运 输等生产需要3. (2)在满足生产需要的基础上,保证挖填土方量最小3. 3.2 土方量最小的平面参数计算土方量最小的平面参数计算 中国中国科技论文在线科技论文在线 - 3 - 平整面参数包括坐标原点 o 的标高 ho纵横向地面坡度 ix，iy，只要知道 ho，ix，iy， 就可根据格网点的坐标，计算格网点高程。则: ）（13ixihh ykx0 k j += 式中-第 k 个格网点计算高程; xk-第 k 个格网点纵坐标; yk-第 k 个格网点横坐标. 根据最小二乘法得到方程组, =+ =+ =+ )23( pipi 0 0 yyxx0 yzyyyxxyy xzyyxxx z pipiphp pipxyiphp php 其中,p 为格网高程的权重,取值方法见图 2 图 2 方格网交点权重示意图 fig.2 weight of grid intersect 一个方格用的点 p 取 0.25, 二个方格用的点 p 取 0.5,三个方格共用的点 p 取 0.75, 四个 方格共用的点取 1；x，y 分别为方格网点的纵横坐标；z 为自然地表面格网点的实际高程. 解此三元一次联立方程组可得到 ho，ix，iy 三个参数， 按式(3-1) 可求出各格网点计算高程。 实际计算时可采用表格形式计算。 保持某格网点高程为定值。 如为保证排水沟水位衔接需要， 水位衔接点处农田标高必须保持一固定值， 这时可将该点作为坐标原点， 用下述方程组求解 ix，iy： =+ =+ ）（33 hpypyzipyipyx hpx 0y 2 x 0 2 pxzipxyipx yx 保持某两点高差为定值 h。这时可将其中一点作为坐标原点，两点连线方向为 x 轴(或 y 轴)，用下面两式求 ix 和 iy。 ）（43 l h ix= ）（53 pyy hpyipyxpyz i 0 x y = 必须保持某个坐标轴方向上的坡度。以保持 ix 为例，可用下列方程组求解 iy，ho。 中国中国科技论文在线科技论文在线 - 4 - =+ =+ ）（63 ipxzpyzipyyhpy ipxpzipyhp xy0 xy0 若要求平整为平地时，即 ix =iy=0，ho 可用下式计算。 ）（73 p pz h0= 4 挖填土方量计算挖填土方量计算 土方量计算是方案选择、工程量与经费预算的基础。常用方格网法计算(见图 3)。用 方格网法计算挖填土方量可分为图示五个方格的情况： (1)全部为挖方(或填方)；(2)一侧两角点挖方，一侧两角点为填方； (3)对角两角点为挖方或填方；(4)三个角点为挖方(或填方)，一个角点为填方(或挖方)； (5)对角为零位线穿过，另外一挖一. 0.15 -0.23-0.26 -0.13 -0.34 0.680.240.42 -0.34 0 0 线 位 零 图 3 土方量计算示意图 fig.3 calculated of earthwork intersect 5 结语结语 矿区土地复垦工程作为一门新兴的边缘学科4,概念名词和理论方法都不断成熟。 本文根 据从事矿区土地复垦工作理论研究进行阐述,以期完善矿区土地复垦工作的理论研究体系,结 合复垦的具体工作为土地复垦中部分工作找到了基础理论,对矿区土地复垦工程技术等作了 较详细的论述,相信未来土地复垦的发展将会越来越乐观,不当之处,在所难免,请读者不吝赐 教。 参考文献参考文献 1卞正富等, 煤矿区土地复垦工程的理论和方法j. 地域研究与开发,1994(1) 2卞正富等,采煤塌陷地疏排法复垦原理与实践j.中国矿业大学学报 , 1996(4) 3卞正富等, 矿区土地复垦的理论与实践，煤炭工业出版社，1996 4 张国良, 矿区土地复垦工程的科学和技术问题j.金属矿山,1997(12) 中国中国科技论文在线科技论文在线 - 5 - the design and study on mined area reclamation project dong he-xiang1 ，zhu zi-qing2 1.school of mines,china university of ming and technology ,xuzhou jiangsu (221116) 2.school of environment science and spatial information,china university of ming and technology ,xuzhou jiangsu (221116) abstract on the basis of the achievements made in the land reclamation research in recent years, this paper described the determination method of minimum elevation and the reason in land reclamation, told the determination method, requirements,and the reason of filling elevation,.it also described the minim