矿区环境与土地复垦--第4章矿区土地工程复垦技术.ppt

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1、矿区土地工程复垦技术矿区土地工程复垦技术第一节第一节 概述概述第二节第二节 土地平整技术土地平整技术第三节第三节 疏排法复垦技术疏排法复垦技术第四节第四节 梯田式复垦技术梯田式复垦技术第五节第五节 基塘式复垦模式基塘式复垦模式 第六节第六节 充填复垦技术充填复垦技术 第七节第七节 建筑复垦技术建筑复垦技术第八节第八节 露天矿土地复垦技术简介露天矿土地复垦技术简介第九节第九节 矸石山复垦技术矸石山复垦技术 第十节第十节 土地复垦与采矿工艺相结合的技术措施土地复垦与采矿工艺相结合的技术措施 1第一节第一节 概述概述矿区土地破坏基本分为矿区土地破坏基本分为压占、塌陷压占、塌陷和和挖损挖损三类三类 压

2、占土地压占土地包括地下开采的矸石排放压占、露天矿山排弃包括地下开采的矸石排放压占、露天矿山排弃剥离物压占、选矿尾矿渣压士和坑口电厂粉煤灰压占。剥离物压占、选矿尾矿渣压士和坑口电厂粉煤灰压占。特征：破坏景观、污染矿区环境。特征：破坏景观、污染矿区环境。塌陷塌陷主要是地下开采沉陷引起的。特征：下沉、附加坡主要是地下开采沉陷引起的。特征：下沉、附加坡度和裂缝等。度和裂缝等。高潜水位高潜水位矿区由于下沉还引起土地盐渍化和沼渍化，甚至积水而完矿区由于下沉还引起土地盐渍化和沼渍化，甚至积水而完全丧失耕种能力。全丧失耕种能力。开采急倾斜煤层或在采深很小或采厚很大的情况开采急倾斜煤层或在采深很小或采厚很大的情

3、况下，地表可能出现漏斗状塌陷坑。下，地表可能出现漏斗状塌陷坑。挖损挖损是露天矿采场的挖损，它导致土壤结构完全破坏，是露天矿采场的挖损，它导致土壤结构完全破坏，采空区若不采取回填摧施，则留下几十米至上百米深的采空区若不采取回填摧施，则留下几十米至上百米深的大坑。大坑。一、矿区土地破坏类型与特征一、矿区土地破坏类型与特征一、矿区土地破坏类型与特征一、矿区土地破坏类型与特征 2二、矿山复垦土地的利用方向和利用层次 第一，要符合土地利用总体规划，在城市规划区应符合城市规划；第二，要尽量复垦为耕地或其它农用地，鼓励种粮食；第三，要尽量恢复原来用途。但由于土地破坏程度的不同，所处的位置而异，应本着经济合理

4、，因地制宜的原则确定用途。宜农则农、宜林则林、宜渔则渔、宜建则建，有的还可开辟成游览娱乐场地。从实际情况来说，我国目前主要的复垦方向有农业复垦、林业复垦、牧草地复垦、建筑复垦、复垦为游乐场所等形式 3三、矿区工程复垦技术矿区工程复垦技术分为矿区工程复垦技术分为充填复垦充填复垦和和非充填非充填复垦复垦两类两类非充填复垦非充填复垦主要有主要有土地平整技术土地平整技术、梯田式、梯田式复垦、疏排式复垦等形式。复垦、疏排式复垦等形式。充填复垦充填复垦有矸石充填复垦、粉煤灰充填复有矸石充填复垦、粉煤灰充填复垦、生活垃圾充填复垦等形式。垦、生活垃圾充填复垦等形式。4一、适用条件与基本要求一、适用条件与基本要

5、求一、适用条件与基本要求一、适用条件与基本要求适用条件适用条件 主要消除附加坡度、地表裂缝以及波浪式下沉等影响特征。适用于主要消除附加坡度、地表裂缝以及波浪式下沉等影响特征。适用于中低潜水位塌陷地的非充填复垦中低潜水位塌陷地的非充填复垦、高潜水位塌陷地的充填复垦高潜水位塌陷地的充填复垦等。等。基本要求基本要求 土地平整要土地平整要统一规划统一规划。土地平整既要有土地平整既要有长远目标长远目标，又要，又要立足当前立足当前。土地平整要有土地平整要有适当的单元适当的单元。土地平整度要土地平整度要符合规定要求符合规定要求。第二节第二节 土地平整技术土地平整技术5二、土地平整的方法和步骤二、土地平整的方

6、法和步骤二、土地平整的方法和步骤二、土地平整的方法和步骤 1地形测量地形测量一般采用方格网法。方格网的间距取决于图纸比例尺、土方量计算精度要求、地形起伏状况以及土地平整施工方法等。一般采用20m20m、50m50m方格。地形测量得到方格网点高程及主要地物的位置(如道路、沟渠、涵洞等)。6二、土地平整的方法和步骤二、土地平整的方法和步骤二、土地平整的方法和步骤二、土地平整的方法和步骤土地平整高程确定土地平整高程确定 土地平整后，高程要满足作物的生长要求。农田高程土地平整后，高程要满足作物的生长要求。农田高程H应应该满足：该满足：农田应该达到的最低高程；农田应该达到的最低高程；潜水位高程；潜水位高

7、程；地下水临界深度地下水临界深度783土地平整计算土地平整计算包括：土方量最小的平整面参数的计算；方格网点施工高度的计算；计算零位线；计算挖填土方量；绘制施工图。91)土方量最小的平整面参数计算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。10为使土地平整范围内的土方量最小，根据最小二乘法可得到方程组其中，P为格网点高程的权重，取值方法见图一个方格用的点，P取0.25两个方格共用的点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

8、联立方程组可得到Ho，ix，iy三个参数，按式(4-3)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。11(1)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：12(2)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。13(3)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。14(4)若要求平整为平地时，即ix=iy=0，Ho可用下式计算。15 2)方格网点施工高度的计算1617183)计算并绘制零位线

9、零位线为不挖也不填的点连成的线。零位线绘制方法与等高线绘制方法相同，可用内插的方法得到。图4-3中方格网角点右下角为加上h1后的施工高度，经实际计算图4-1算例中=0.01m。19 4)计算挖填土方量 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。用方格网法计算挖填土方量可分为图示五个方格的情况：全部为挖方(或填方)；一侧两角点挖方，一侧两角点为填方；对角两角点为挖方或填方；三个角点为挖方(或填方)，一个角点为填方(或挖方)；对角为零位线穿过，另外一挖一填。20(1)四个角点全为挖方(或填方)(2)一侧两角点挖方，另一侧两角点为填方 21(3)对角点分别为挖方和填方 (4)一

10、填三挖一挖三填时，计算公式将挖方和填方颠倒 22n场地平整的土方量计算常用方法场地平整的土方量计算常用方法 场地平整的土方量计算常用方法有场地平整的土方量计算常用方法有方格网法方格网法、整整体法体法、断面法断面法、三角棱柱体法三角棱柱体法、四方棱柱体法四方棱柱体法等。等。方格网法与整体法适用于地形变化较小的区域；方格网法与整体法适用于地形变化较小的区域；断面法适用于地形坡度变化较大的区域；三角棱断面法适用于地形坡度变化较大的区域；三角棱柱体法和四方棱柱体法地形坡度变化较小的区域。柱体法和四方棱柱体法地形坡度变化较小的区域。231.1.方格网法方格网法 方格网法是把平整场地的设计工作与土方量计算

11、工作结合在一起进行的。方格网法的具体工作程序为：在附有等高线的施工现场地形图上作方格网控制施工场地，依据设计意图，如地面形状、坡向、坡度值等。确定各角点的设计标高、施工标高，划分填挖方区，计算土方量，绘制出土方调配图及场地设计等高线图。24将场地划分为边长10-40m的正方形方格网，通常以20m居多。再将场地设计标高和自然地面标高分别标注在方格角上，场地设计标高与自然地面标高的差值即为各角点的施工高度（挖或填），习惯以“+”号表示填方，“”表示挖方。将施工高度标注于角点上，然后分别计算每一方格地填挖土方量，并算出场地边坡的土方量。将挖方区（或填方区）所有方格计算的土方量和边坡土方量汇总，即得场

12、地挖方量和填方量的总土方量。25为了解整个场地的挖填区域分布状态，计算前应先确定“零线”的位置。零线即挖方区与填方区的分界线，在该线上的施工高度为零。零线的确定方法是：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点的位置，将各相邻的零点连接起来即为零线。零线确定后，便可进行土方量计算。方格中土方时的计算有两种方法，即四角棱柱体和三角棱柱体法。26n三棱柱法三棱柱法三棱柱法计算土方量为的步骤：三棱柱法计算土方量为的步骤：在计算场地平整标高的基础上，沿地形等高线将方在计算场地平整标高的基础上，沿地形等高线将方格分成两个三角形。格分成两个三角形。根据方格网交点实际标高和场地平整的设计标高

13、计根据方格网交点实际标高和场地平整的设计标高计算每个方格网交点的施工高度。算每个方格网交点的施工高度。在图上绘出零线位置，即不挖不填的施工界线。在图上绘出零线位置，即不挖不填的施工界线。按下面两种情况分别计算土方量：按下面两种情况分别计算土方量：全部挖或填的三角形全部挖或填的三角形 部分挖或填的三角形部分挖或填的三角形 27全部挖或填的三角形全部挖或填的三角形 部分挖或填的三角形部分挖或填的三角形 返回28n四棱柱法四棱柱法（1）方格四个角点全部为挖或填方时如图，其挖方或填方体积为：式中：h1、h2、h3、h4、方格四个角点挖或填的施工高度，以绝对值带入（m）；a方格边长(m)。角点全填或全挖

14、29（2）方格四个角点中，部分是挖方，部分是填方时如图，其挖方或填方体积分别为：角点二填或二挖 30方格三个角点为挖方，另一个角点为填方时，其填方体积为：其挖方体积为：角点一填三挖 312.2.断面法断面法断面法：是以一组等距（或不等距）的相互平行的截面将拟计算的地块、地形单体（如山、溪涧、池、岛等）和土方工程（如堤、沟渠、路堑、路槽等）分截成段，分别计算这些段的体积，再将各段体积累加，以求得该计算对象的总土方量。32 沿场地取若干个相互平行的断面（当精度要求不高时，可利用地形图确定断面，若精度要求较高时应实地测量确定），将所取的每个断面（包括边坡断面）划分为若干个三角形和梯形，各断面面积分别

15、为F1、F2、Fn 相邻两断面间的距离依次为：L1、L2、L3Ln，则所求土方体积为：用断面法计算土方量时，边坡土方量已包括在内。33n绘制施工图绘制施工图 根据上述计算结果，绘制土地平整施工图，在图上勾绘出填挖范围，运土方向和搬运的土方量等。344.4.土地平整工程施工土地平整工程施工施工方法正确与否，直接影响复垦质量。对地面高差不大的田块，可结合耕种，有计划地移高垫低，逐年达到平整。对于需要深挖高填的地块，可采用人工或机械的方法平整。无论是人工法还是机械法施工，都应注意保留熟土。人工施工常采用倒槽施工工艺机械法施工时常用的机械有推土机、铲土机、平地机等35三、土地平整法复垦的配套措施三、土

16、地平整法复垦的配套措施三、土地平整法复垦的配套措施三、土地平整法复垦的配套措施1 1建立并完善复垦区排灌系统建立并完善复垦区排灌系统2 2深耕细整，耙磨碾压深耕细整，耙磨碾压3 3与疏排法、挖深垫浅，充填法复垦相结合与疏排法、挖深垫浅，充填法复垦相结合4 4土地利用分区土地利用分区5 5培肥措施培肥措施36 第三节第三节 梯田式复垦技术梯田式复垦技术一、适用条件一、适用条件一、适用条件一、适用条件梯田式复垦适用于地处丘陵山区的塌陷盆地，或中低潜水梯田式复垦适用于地处丘陵山区的塌陷盆地，或中低潜水位矿区开采沉陷后地表坡度较大的情况下。位矿区开采沉陷后地表坡度较大的情况下。我国山西大部分矿区，河南

17、、山东等地的一些矿区，不少我国山西大部分矿区，河南、山东等地的一些矿区，不少塌陷地可采用此法复垦。塌陷地可采用此法复垦。37地形划分标准地形划分标准地表坡度小于2为平原，大于6为山地，26为丘陵，25以上为高山 塌陷后利用方向：地表坡度在2以内时通过土地平整或不平整就能耕种，地表坡度在26之间时，可沿地形等高线修整成梯田，并略向内倾以拦水保墒，土地利用时可布局成农林(果)相间，耕作时采用等高耕作，以利水土保护。38二、梯田设计二、梯田设计二、梯田设计二、梯田设计1.梯田断面三要素：梯田断面三要素：田面宽田面宽、田坎高田坎高和和田块侧坡田块侧坡梯田设计就是要根据塌陷梯田设计就是要根据塌陷后地形及

18、土质条件与耕作后地形及土质条件与耕作要求等确定断面要素。要求等确定断面要素。断面要素设计合理，既可断面要素设计合理，既可保证边坡稳定、耕作灌溉保证边坡稳定、耕作灌溉方便，同时又节省用地、方便，同时又节省用地、用工，提高土地的利用率。用工，提高土地的利用率。39田面宽田面宽(B)(B)、田坎高、田坎高(H)(H)和田坎侧坡和田坎侧坡()()之间的关系：之间的关系：田坎占地宽田坎占地宽b b：梯田的土方量约为梯田的土方量约为 断面要素计算及土方估算 40三、梯田施工三、梯田施工三、梯田施工三、梯田施工测量定线的内容包括：确定各台梯田的埂坎线以及在每台梯田上定出挖填分界线测量定线的依据是梯田施工设计

19、图。梯田施工主要包括表土处理、平整底土和田坎修筑等施工顺序是：清除地面障碍物表土处理平整底土田坎修筑表土回铺。41表土处理和底土平整常用的方法有：中间堆土法、逐级下翻法表土处理和底土平整常用的方法有：中间堆土法、逐级下翻法和条带法。和条带法。42四、梯田式复垦的配套措施四、梯田式复垦的配套措施四、梯田式复垦的配套措施四、梯田式复垦的配套措施1灌溉措施2生物措施3培肥和耕作措施43第四节第四节 疏排法复垦技术疏排法复垦技术疏排法复垦属于非充填复垦，是解决高潜水位矿疏排法复垦属于非充填复垦，是解决高潜水位矿区塌陷地大面积积水问题的有效办法。区塌陷地大面积积水问题的有效办法。疏排法复垦的关键是疏排法

20、复垦的关键是设计合理的排水系统设计合理的排水系统排水系统设计的关键是排水系统设计的关键是选择适当的承泄区和设计选择适当的承泄区和设计标准标准，标准过高造成浪费，标准太低达不到治理，标准过高造成浪费，标准太低达不到治理目的，而没有适当的承泄区就谈不上用疏排法复目的，而没有适当的承泄区就谈不上用疏排法复垦。垦。44一、适用条件一、适用条件一、适用条件一、适用条件Hs一Hp1)、减产的(q24。时为0.74m)。145(2)螺旋状阶地对于放缓的、降低的废石场进行绿化时，需要把各种重物运到高处，此时宜用螺旋状阶地，阶地平台纵向倾角大于6，横向倾角为46，用推土机或挖掘机进行螺旋状阶地的施工。在修建阶地

21、时，测量人员要将设计标设于实地，并对几何参数进行俭核。为了计算土方量，在阶地的长度方向上，每隔1020m绘制大比例尺横断面图，通常用垂直断面法计算土方量。146边坡角边坡角 螺旋线台阶宽螺旋线台阶宽 间距间距 螺旋线台阶面坡度螺旋线台阶面坡度 螺旋线台阶面螺旋线台阶面兼作上山人行道和运料道兼作上山人行道和运料道 注意：注意：当台阶面坡度一定时，螺旋线间隔为当台阶面坡度一定时，螺旋线间隔为一变数，山脚方向间隔较大，山顶方向间隔一变数，山脚方向间隔较大，山顶方向间隔较小。若要求螺旋线间隔一定，则螺旋台阶较小。若要求螺旋线间隔一定，则螺旋台阶面坡度就是一个变数。面坡度就是一个变数。设计时应根据矸石山

22、设计时应根据矸石山等高线图，使螺旋线间隔不要太大而使台阶等高线图，使螺旋线间隔不要太大而使台阶面坡度超过允许值面坡度超过允许值 147边坡角边坡角 台阶落差台阶落差 台阶宽度台阶宽度 落差通常取落差通常取23m台阶宽取台阶宽取0.30.5m用人力或简单机械挖掘宽为0.20.3m的小阶地，高度间隔为23m。（3）微台阶式阶地148某矿矸石山绿化未处理好而自燃149150第十节第十节 土地复垦与采矿工艺土地复垦与采矿工艺 相结合的技术措施相结合的技术措施国土资源部文件国土资源部文件国土资发2006225号关于加强生产建设项目土地复垦管理工作的通知关于加强生产建设项目土地复垦管理工作的通知一、认清形

23、势，提高认识，切实增强搞好土地复垦的紧迫感一、认清形势，提高认识，切实增强搞好土地复垦的紧迫感二、明确责任、强化措施，确保土地复垦任务落到实处二、明确责任、强化措施，确保土地复垦任务落到实处三、履行职责、加强监督，认真把好土地复垦审核关三、履行职责、加强监督，认真把好土地复垦审核关四、因地制宜、综合利用，加强复垦土地利用管理四、因地制宜、综合利用，加强复垦土地利用管理五、加强协作，齐抓共管，积极推进土地复垦工作五、加强协作，齐抓共管，积极推进土地复垦工作国土资源部国土资源部 发展改革委发展改革委 财政部财政部 铁道部铁道部 交通部交通部 水利部水利部 环保总局环保总局二二六年九月三十日六年九月三十日151