[发明专利]一种煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构的方法

说明书

本发明基于挖深垫浅、边采边复的采煤塌陷区治理技术，提出一种煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构的方法，在基于Logistic时间函数进行地表动态沉陷预测的基础上，将采煤塌陷区按照分层高度比例划分为防重金属污染层、第1充填层、夹心土层、第2充填层、心土层、表土层和阻隔层顺序进行分层回填，每个分层内按照设计比例铺设煤基固废、原始土壤，同时加入土壤调节剂、堆肥等辅料，构建“近自然土壤”结构，达到土壤重构目标。使重构土壤保水保肥，提供真实土壤的功效，可以最大限度增加耕地面积，降低采煤塌陷区环境恶化，同时消纳大量的煤基固废，降低煤基固废处理费用，减弱重金属对土壤和水系的污染，促进采煤塌陷区生态化治理和煤炭安全绿色开采。

技术领域

本发明涉及煤炭行业绿色开采的采煤塌陷区生态治理领域，具体涉及一种煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构的方法。

背景技术

面对数量众多的采煤塌陷区和煤基固废，虽然近年来也出现将采煤塌陷区建设成煤炭地质公园，进行水产养殖等，但生态化治理还处在理论基础阶段，并且目前对于煤基固废的综合利用途径比较单一，深加工产品附加值普遍偏低，现阶段多采用占地堆放的方式，还未实现大规模工业化利用，因此煤基固废的减量化、无害化、资源化利用势在必行。

鉴于此，近年来公开了一种利用黄河泥沙动态充填采煤塌陷区的方法(公告号：CN109372511B)和一种高潜水位煤矿区动态预复垦新方法(公告号：CN107989612B)等，这些方法针对中国中东部高潜水位矿区塌陷区治理提供了挖深垫浅、边采边复的思路和方法，但是对于中国西部干旱、半干旱矿区水资源匮乏、地下潜水位低、煤炭产量大、煤基固废丰富的情况，需要考虑煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构时的吸纳量、充填工艺、重金属污染防治等，保证煤基固废的减量化、无害化、资源化利用，促进采煤塌陷区生态化治理和煤炭安全绿色开采。

发明内容

本发明基于挖深垫浅、边采边复的采煤塌陷区治理技术，针对上述技术中存在的问题，提出一种煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构的方法，通过采煤塌陷区来消纳大量的煤基固废，将煤基固废进行分层回填设计，加入土壤改良剂和堆肥等辅料，构建“近自然土壤”结构，使之保水保肥，提供真实土壤的功效，同时降低煤基固废处理费，减弱重金属对土壤和水系的污染，促进采煤塌陷区生态化治理和煤炭安全绿色开采。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤基固废用于采煤塌陷区土壤重构的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)进行各阶段下沉值预测：

基于地表沉陷的一般规律，根据Logistic时间序列函数式(1)，对开采时的地表沉陷值采用式(2)进行动态预测，得到的模型预测参数能够灵活体现地表沉陷的时空分布特征；

W_t＝[1-1/(1+(t/x₀)^P)]W_m   (2)

式中：为时间函数，W_t为该点t时刻预测下沉值，x₀为地表下沉速度阻尼系数，一般取x₀＝160，p为下沉速度增长因子，一般取p＝3.1，W_m为实测地表某点的最大下沉值；

(2)构建基于坐标变换的地表沉陷预测模型：

对于煤层采出空间近似设定为矩形，根据式(3)和(4)可沿工作面走向或倾斜主断面分别构建基于坐标变换的沉陷预测模型，其中坐标原点位于采空区边界的正上方；

式中：

W⁰(x)、W⁰(y)分别为走向和倾向主断面地表下沉量；