矸石充填复垦方法与流程

1.本公开涉及复垦技术领域，具体地，涉及一种矸石充填复垦方法。

背景技术：

2.矸石是煤炭开采和洗选加工过程中排出一种固体废弃物，我国煤矸石已累计堆存50亿吨以上，且仍在以每年3.0～3.5亿吨的速度持续增加。煤矸石的大量堆存不仅浪费土地资源，还会发生自燃、雨淋、泥化等情况，对环境产生严重危害，利用矸石充填复垦造田、矸石山复垦造林成为了煤矸石利用的重要任务。

技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种矸石充填复垦方法，以解决矸石占地问题，消除冲沟地形带来的负面影响。

4.为了实现上述目的，本公开提供一种矸石充填复垦方法，包括：

5.依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例；

6.依据所述充填厚度比例，确定所述黄土层对应的第一厚度与所述矸石层对应的第二厚度；

7.在冲沟区域内的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整，形成第一矸石层；

8.在所述第一矸石层表面喷射混凝土砂浆，形成第一混凝土砂浆层，所述混凝土砂浆包括矸石、水泥、中砂；

9.在所述第一混凝土砂浆层上方覆盖厚度为所述第二厚度的黄土并碾压平整，形成第一黄土层；

10.在所述第一黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层。

11.可选地，还包括：

12.在充填时预留多用孔，以便通过所述多用孔进行注浆；

13.所述多用孔按照预设间距设置，所述预设间距是依据注浆液的扩散半径确定的。

14.可选地，所述注浆液扩散半径是通过如下计算式确定的：

[0015][0016]

其中，r表示所述注浆液扩散半径，p表示所述矸石层内矸石的孔隙度，k表示所述矸石层的渗透系数，a表示预设注浆段长度，δp表示注浆压力，r表示所述矸石层内的多用孔的半径，q表示注浆泵的泵量，t表示达到所述注浆压力所用的注浆时间。

[0017]

可选地，所述在所述第一黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层，包括：

[0018]

在所述第一黄土层上方覆盖厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整，形成第二矸石层；

[0019]

在所述第二矸石层表面喷射混凝土砂浆，形成第二混凝土砂浆层；

[0020]

在所述第二混凝土砂浆层上方覆盖厚度为所述第二厚度的黄土并碾压平整，形成第二黄土层；

[0021]

在所述第二黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成所述表土层。

[0022]

可选地，所述依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例，包括：

[0023]

根据矸石与黄土不同充填厚度比例下矸石的传热过程，通过数值模拟软件确定在不同充填厚度比例下是否会向所述矸石层的中心进行热传递，以确定所述充填厚度比例。

[0024]

可选地，所述依据所述充填厚度比例，确定所述矸石层对应的第二厚度，包括：

[0025]

根据所述充填厚度比例以及所述矸石的堆积量，确定所述矸石层的初始厚度；

[0026]

确定所述矸石压实前的第一孔隙度，以及所述矸石压实后的第二孔隙度；

[0027]

依据所述第一孔隙度和所述第二孔隙度，计算所述矸石压实前后的高度差；

[0028]

依据所述初始厚度和所述高度差确定所述矸石层对应的第二厚度。

[0029]

可选地，所述是通过如下计算式确定的：

[0030][0031]

其中，δh表示所述高度差，p1表示所述第一孔隙度，p2表示所述第二孔隙度，h表示所述矸石层的初始厚度。

[0032]

可选地，在所述在冲沟区域的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整前，还包括：

[0033]

在所述冲沟区域内表面喷射混凝土砂浆。

[0034]

可选地，在所述在冲沟区域内的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整前，还包括：

[0035]

根据所述充填厚度比例及所述冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量。

[0036]

可选地，所述根据所述充填厚度比例及所述冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量，包括：

[0037]

测量所述冲沟区域的地面高程散点数据；

[0038]

依据所述地面高程散点数据，编辑所述冲沟区域的地形图，并提取特征线；

[0039]

依据所述地形图、所述特征线，建立数字高程模型；

[0040]

基于所述数字高程模型，确定挖填平衡情况下的初始设计高程；

[0041]

调整所述初始设计高程，使总挖方量与总填方量的比值等于所述黄土层厚度与所述矸石层、所述黄土层总厚度的比值，并将此时的设计高程确定为所述目标设计高程，将此时的总挖方量确定为所述目标总挖方量，将此时的总填方量确定为所述目标总填方量。

[0042]

通过上述技术方案，采用矸石-混凝土砂浆-黄土的三层复合结构对冲沟区域进行填埋，可以防止矸石氧化发热及有害元素析出，在解决矸石占地问题的同时消除了冲沟地形带来的负面影响，提高复垦区域土地利用价值。

[0043]

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

[0044]

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

[0045]

图1是根据一示例性实施例示出的一种矸石充填复垦方法的填埋示意图。

[0046]

图2是根据一示例性实施例示出的一种矸石充填复垦方法的流程图。

[0047]

图3是根据一示例性实施例示出的一种数字高程模型格网法计算流程图。

[0048]

图4是根据一示例性实施例示出的一种多用孔示意图。

[0049]

图5是根据另一示例性实施例示出的一种多用孔示意图。

[0050]

图6是根据一示例性实施例示出的一种充填复垦区域的平均温度监测数据图。

[0051]

附图标记说明

[0052]

1-第一矸石层2-第一混凝土砂浆层

[0053]

3-第一黄土层4-表土层

[0054]

5-多用孔6-第二矸石层

[0055]

7-第二混凝土砂浆层8-第二黄土层

具体实施方式

[0056]

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

[0057]

冲沟是由间断流水在地表冲刷形成的沟槽，是侵蚀沟中规模最大的一种，长度可达数千米或数十千米，深度可达数米或数十米，有时可达百米以上。冲沟作为侵蚀沟中规模最大的一种，是我国西部地区的主要地貌特征，其引起自然灾害的安全隐患不容忽视，同时，冲沟坡体下开采时，由于冲沟区域的地形特殊性使井下工作面矿压明显，对井下生产造成了一系列不利影响。

[0058]

发明人研究发现，目前的矸石充填复垦技术虽取得了一定成果，但依然存在以下不足：并未考虑冲沟等地形因素，没有因地制宜、就地取材，耗费大量人力物力；并未考虑矸石遇水有害元素析出污染周边土壤的问题；并未考虑氧气流通通道未完全隔绝导致矸石发热的问题。

[0059]

有鉴于此，根据处于山西黄土高原西北部的煤矿区黄土资源丰富、植被稀少、冲沟发育，且该地区结合煤矿区内开采强度大，煤层普遍含多层夹矸，采矿活动会产生的大量矸石堆积的特点，本公开提出一种矸石充填复垦方法，以解决矸石占地问题，消除冲沟地形带来的负面影响。

[0060]

图1是根据一示例性实施例示出的一种矸石充填复垦的充填示意图，图2是根据一示例性实施例示出的一种矸石充填复垦方法的流程图。参照图1及图2，该矸石充填复垦方法包括以下步骤：

[0061]

s11，依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例。

[0062]

s12，依据充填厚度比例，确定黄土层对应的第一厚度与矸石层对应的第二厚度。

[0063]

s13，在冲沟区域内的最底层充填厚度为第一厚度的矸石并碾压平整，形成第一矸石层1。

[0064]

s14，在第一矸石层1表面喷射混凝土砂浆，形成第一混凝土砂浆层2，混凝土砂浆

包括矸石、水泥、中砂。

[0065]

s15，在第一混凝土砂浆层2上方覆盖厚度为第二厚度的黄土并碾压平整，形成第一黄土层3。

[0066]

s16，在第一黄土层3上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层4。

[0067]

首先应当理解的是，填埋在冲沟最底层的矸石可以是经过重金属元素测试后符合填埋要求的矸石。首先测定矸石的ph值，然后对比分析该ph值下的农用地土壤污染风险筛选值，再根据农作物食用安全质量标准，确定其重金属元素的含量是否低于风险筛选值，以确定是否满足安全质量标准。

[0068]

示例地，若矸石的ph值经测定为7.56，对比分析该ph值下的农用地土壤污染风险筛选值，根据农作物食用安全质量标准，经测定其重金属元素的含量如表1所示，均低于风险筛选值，满足安全质量标准，因此可以采用该矸石填埋在冲沟区域内的最底层并碾压平整，形成第一矸石层1。

[0069]

表1

[0070][0071]

由于矸石中的化学成分与氧气接触会发生缓慢的氧化反应，氧化过程会产生热量并不断聚积，当热量聚积到一定温度时，引起矸石中的煤和可燃物燃烧起来，从而导致矸石自燃。

[0072]

应当理解的是，混凝土砂浆层作用是将矸石层封闭，使水储存在黄土层中无法进入矸石层，而土具有遇水后不通空气的特性，黄土层可以有效隔绝氧气避免矸石发热自燃。由此，在防止矸石层内的有害元素析出的同时，还能防止矸石氧化发热而影响复垦区域的植物生长。其中，混凝土砂浆层的平均厚度可以为75毫米，当然，还可以根据实际情况调整混凝土砂浆层的厚度，本公开实施例对此不作限定。

[0073]

还应当理解的是，在填埋后的地块上覆盖表层土可以调节土质，提供植物生长所必需的土壤中的养分，为植物的栽培提供良好的生存条件，表土层4的厚度可以为70厘米，当然，还可以根据实际情况调整表土层4的厚度，本公开实施例对此不作限定。

[0074]

另外，可以采用装载机对土壤和矸石进行分层铺设，采用推土机对覆盖层进行推平压实，本公开实施例对此均不作限定。

[0075]

通过上述技术方案，采用矸石-混凝土砂浆-黄土的三层复合结构对冲沟区域进行填埋，可以防止矸石氧化发热及有害元素析出，在解决矸石占地问题的同时消除了冲沟地形带来的负面影响，提高复垦区域土地利用价值。

[0076]

由于冲沟区域原本都为较松散的土层，经间断流水冲刷而形成，因此冲沟区域内部表面土壤稳定性较差，因此，本公开的一种可能的实现方式，在冲沟区域的最底层充填厚度为第一厚度的矸石并碾压平整前，还可以在冲沟区域内表面喷射混凝土砂浆。

[0077]

示例地，可以按照重量份数比例为矸石780-790份，水泥490-510份，中砂880-890份，水160-170份配制混凝土砂浆。也可以按照重量份数比例以及其他材料配制混凝土砂浆，本公开实施例对此不作限定。其中，所用的矸石风化程度较低，硬度高，符合制作砂石骨料的硬度标准，可以先使用颚式破碎机将矸石粉碎成小块矸石，然后采用反击式破碎机将

小块矸石粉碎成块径为5-25毫米的矸石颗粒，再使用该矸石颗粒配制混凝土砂浆。本公开实施例对矸石粉碎的方法、矸石颗粒的块径均不作限定。喷射混凝土砂浆时，可以采用gyp-90液压喷浆机对待复垦冲沟区域沟岸及沟底喷射混凝土砂浆，厚度为50毫米-100毫米，在喷浆施工结束8小时后进行养护，养护时间为7天。本公开实施例对喷射混凝土砂浆的方法、混凝土砂浆层的厚度以及混凝土砂浆层的养护方法均不作限定，可以在应用中根据实际情况进行适应性调整。

[0078]

通过上述方式，在冲沟区域内表面喷射的混凝土砂浆可以对冲沟内部进行加固，减小岩体侧向变形，进而增大复垦后的冲沟区域土壤的承载力，同时防止冲沟土壤层中的水对矸石的淋溶作用造成环境污染。

[0079]

在可能的方式中，在冲沟区域内的最底层充填厚度为第一厚度的矸石并碾压平整前，还可以根据充填厚度比例及冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量。

[0080]

应当理解的是，目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量的计算是工程施工的一个重要步骤，工程设计阶段必须对设计高程及目标总挖方量、目标总填方量进行预算，它直接关系到工程的费用概算及方案选优。本公开实施例对计算目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量的方式不作限定。

[0081]

在可能的方式中，根据充填厚度比例及冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量，可以是首先测量冲沟区域的地面高程散点数据，再依据地面高程散点数据，编辑冲沟区域的地形图，并提取特征线，然后依据地形图、特征线，建立数字高程模型，再基于数字高程模型，确定挖填平衡情况下的初始设计高程，最后调整初始设计高程，使总挖方量与总填方量的比值等于黄土层厚度与矸石层、黄土层总厚度的比值，并将此时的设计高程确定为目标设计高程，将此时的总挖方量确定为目标总挖方量，将此时的总填方量确定为目标总填方量。

[0082]

示例地，通过数字高程模型计算目标设计高程以及目标总挖、填方量的流程如图3所示，参照图3，首先依据测量得到的地面高程散点数据，编辑冲沟区域的地形图，并提取特征线，然后依据地形图、特征线，建立数字高程模型，再基于数字高程模型，确定挖填平衡情况下的初始设计高程，然后调整初始设计高程，并依据调整后的设计高程计算总挖方量与总填方量，判断总挖方量与总填方量的比值是否等于黄土层厚度与矸石层、黄土层总厚度的比值，当总挖方量与总填方量的比值等于黄土层厚度与矸石层、黄土层总厚度的比值时，确定此时的设计高程以及总挖、填方量为目标设计高程以及目标总挖、填方量。

[0083]

示例地，冲沟区域的地面高程散点数据可以包括地形点间距、东西向最大距离、南北向最大距离、最小高程以及最大高程等。然后可以利用eps、cass等土方计算软件，提取影响计算精度的各地形地貌要素，编辑生成简易地形图，提取坡顶线、坡底线、坎上线、坎下线、山脚线、山脊线、山谷线、高程变化均匀或平坦地形的边界线等特征线。再将简易地形图和特征线导入土方计算软件，生成规则格网数字高程模型(dem模型)，其中，格网尺寸可以设置为1米。值得说明的是，构建的dem模型中任一条边均不能与特征线相交。

[0084]

示例地，可以通过以下计算式计算挖填平衡情况下的初始设计高程：

[0085]

hd＝(∑hco+2∑hed+3∑htu+4∑hce)

[0086]

其中，hd表示挖填平衡情况下的初始设计高程，n表示格网点总数，hco表示角点的高程值、hed表示边点的高程值、htu表示拐点的高程值、hce表示中点的高程值。

[0087]

示例地，可以通过以下计算式计算每个网格点与初始设计高程的高程差：

[0088]

dh(i,j)＝h(i,j)-hd[0089]

其中，h(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j得格网点的高程值，dh(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的格网点与初始设计高程的高程差。

[0090]

示例地，可以通过以下计算式计算每个格网点的土方量：

[0091][0092][0093][0094][0095]

其中，l表示格网点的间距，v

co

(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的角点的土方量，v

ed

(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的边点的土方量，v

tu

(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的拐点的土方量，v

ce

(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的中点的土方量。

[0096]

示例地，可以通过以下计算式计算挖填平衡情况下的总挖方量、总填方量：

[0097][0098]

其中，v(i,j)表示横坐标为i，纵坐标为j的格网点的土方量，v

挖

表示挖填平衡情况下的总挖方量，v

填

表示挖填平衡情况下的总填方量。

[0099]

在可能的方式中，依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例，可以是根据矸石与黄土不同充填厚度比例下矸石的传热过程，通过数值模拟软件确定在不同充填厚度比例下是否会向矸石层的中心进行热传递，以确定充填厚度比例。

[0100]

应当理解的是，由于矸石具有良好的储热条件，当矸石层的热量无法及时释放到外界时，温度聚集就会导致矸石层内持续升高，反馈到地表的温度也相应较高，不利于植物的存活及生长。因此，本公开实施例提出基于矸石和黄土不同的热物性参数，根据在黄土与矸石在不同厚度比例下的传热过程，确定矸石层内温度是否会持续升高，高温区域是否会向中心区域扩散，从而确定黄土层与矸石层充填厚度比例。其中，黄土与矸石的热物性参数如表2所示。

[0101]

表2

[0102][0103]

示例地，可以采用abaqus数值模拟软件，建立四棱台模型，在模型外表面添加热

源，四棱台模型内部材料为不同厚度比例的黄土和矸石，在保证模拟准确度和精确度的前提下，只考虑矸石传热的问题，将四棱台模型划分为11000个热传导单元，然后将黄土、矸石以及外部环境的初始温度场设定为25℃，并在模型的两侧分别施加372℃自燃温度场，在不同矸石与黄土不同充填厚度比例下，结合表1所示的黄土、矸石的热物性参数，得出模型内部温度传递达到稳态时的温度模拟结果。

[0104]

比如，可以设置黄土与矸石的不同厚度比例为1:4、1:6、1:8、1:10、1:12。在黄土与矸石比例为1:8、1:10、1:12的情况下，模型内部高温区域向中心区域扩散，内部温度普遍较高，在黄土与矸石比例为1:4、1:6的情况下，模型内部高温区域并未向中心区域扩散，呈差异性分布。也即是说，当确定黄土与矸石的厚度比例大于等于1:6时，模型内部高温区域不会向中心区域扩散。因此，可以确定黄土与矸石的厚度比例为1:6，当然，还可以确定黄土与矸石的厚度比例为1:5或1:4，具体可以根据矸石的实际堆积量以及经济效应进行调整，本公开实施例对此不作限定。

[0105]

在可能的方式中，依据充填厚度比例，确定矸石层对应的第二厚度，可以根据充填厚度比例以及矸石的堆积量，确定矸石层的初始厚度，再确定矸石压实前的第一孔隙度，以及矸石压实后的第二孔隙度，然后依据第一孔隙度和第二孔隙度，计算矸石压实前后的高度差，最后依据初始厚度和高度差确定矸石层对应的第二厚度。

[0106]

应当理解的是，由于矸石间存在孔隙空间体积，因此在用矸石进行填充并碾压平整后，矸石层会存在高度差。可以根据矸石压实前后的孔隙度计算得到矸石压实前后的高度差，再根据初始高度及高度差确定矸石层对应的第二厚度。

[0107]

示例地，可以通过以下计算式计算矸石层对应的第二厚度：

[0108]

h2＝h+δh

[0109]

其中，h2表示矸石层对应的第二厚度，h表示矸石层的初始厚度，δh表示矸石压实前后的高度差。

[0110]

在一种可能的方式中，矸石压实前后的高度差是通过如下计算式确定的：

[0111][0112]

其中，δh表示高度差，p1表示第一孔隙度，p2表示第二孔隙度，h表示矸石层的初始厚度。

[0113]

示例地，若确定黄土与矸石的厚度比例为1:6，根据矸石的实际堆积量以及经济效应可以确定黄土层与矸石层的厚度分别为50厘米、300厘米，即矸石层的初始厚度h为300厘米。然后通过上述计算式计算得出δh为0.3658h，则矸石层对应的第二厚度为：h2＝h+δh＝300+0.3658

×

300＝409.74厘米。当然，还可以根据黄土压实前后的高度差，以及根据黄土与矸石的厚度比例确定的黄土层的初始厚度，确定黄土层对应的第一厚度，本公开实施例对此不作限定。

[0114]

在可能的方式中，还可以在充填时预留多用孔5，以便通过多用孔5进行注浆，多用孔5可以按照预设间距设置，预设间距可以是依据注浆液的扩散半径确定的。

[0115]

应当理解的是，由于冲沟区域内部是通过矸石、黄土及混凝土砂浆充填进行复垦的，与非复垦区域相比内部土质结构较复杂，且由于矸石的结构及其化学性质，与非复垦区域相比，使用矸石填充的复垦区域的稳定性较低。因此，可以在充填时预留多用孔。如图4所

示，可以在矸石层内的多用孔5内设置温度传感器，当监测到冲沟内部温度异常时，多用孔5可作为注浆孔使用，通过该多用孔5对矸石层进行控温注浆，以调节矸石层内部温度。也可以通过该多用孔5对矸石层进行加固注浆，提高矸石层的承载力，还可以对混凝土砂浆层进行堵水加固注浆，进一步防止冲沟土壤层中的水等流向矸石层，本公开实施例对多用孔5的具体用途及注浆时所用的注浆材料均不作限定。

[0116]

在可能的方式中，注浆液扩散半径是通过如下计算式确定的：

[0117][0118]

其中，r表示注浆液扩散半径，p表示矸石层内矸石的孔隙度，k表示矸石层的渗透系数，a表示预设注浆段长度，δp表示注浆压力，r表示矸石层内的多用孔5的半径，q表示注浆泵的泵量，t表示达到注浆压力所用的注浆时间。

[0119]

示例地，图3是根据另一示例性实施例示出的一种多用孔5结构示意图。如图3所示，预设注浆段长度a可以根据矸石层对应的第二厚度确定。若矸石层对应的第二厚度为300厘米，则可以确定预设注浆段长度a为300厘米，将矸石层内的多用孔5设置在矸石层中间，以使得注浆液可以更充分的扩散到矸石层中。若矸石层的厚度较大，也可以如图5所示，在矸石层中设置多个多用孔5，本公开实施例对此不作限定。若通过上述计算式计算得出浆液扩散半径r为318厘米，则可以确定多用孔5的预设间距为600厘米(预设间距可以小于等于2r)，也可以设置多用孔5的预设间距为500厘米，使得注浆也更快的扩散到矸石层中，本公开实施例对此也不作限定。

[0120]

在可能的方式中，在第一黄土层3上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层4，可以是在第一黄土层3上方覆盖厚度为第一厚度的矸石并碾压平整，形成第二矸石层6，再在第二矸石层6表面喷射混凝土砂浆，形成第二混凝土砂浆层7，然后在第二混凝土砂浆层7上方覆盖厚度为第二厚度的黄土并碾压平整，形成第二黄土层8，最后在第二黄土层8上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层4。

[0121]

应当理解的是，如图4所示，可以将矸石层、混凝土砂浆层以及黄土层确定为一个复合层，然后根据冲沟的深度及地形特征，采用多个复合层对冲沟区域进行充填，最后在最上面的黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层4。本公开实施例对复合层的层数不作限定，可以根据具体充填的冲沟的地形特征进行调整。

[0122]

通过上述技术方案，采用矸石-混凝土砂浆-黄土的三层复合结构对冲沟区域进行交替式填埋，可以防止矸石氧化发热及有害元素析出，在解决矸石占地问题的同时消除了冲沟地形带来的负面影响，提高复垦区域土地利用价值。同时在充填时预留多用孔，通过该多用孔对矸石层进行控温注浆，以实时对矸石层内部温度进行调节有利于复垦区域的植物的存活。

[0123]

图6是根据一示例性实施例示出的一种充填复垦区域的平均温度监测数据图。矸石层最高监测温度为22.4℃，最低监测温度为20.5℃，表土层最高监测温度为20.7℃，最低监测温度为20.0℃。因此，采用上述矸石填充复垦方法可以有效抑制矸石低温氧化，为植被的生长提供适宜的温度。

[0124]

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简

单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

[0125]

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

[0126]

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。技术特征：

1.一种矸石充填复垦方法，其特征在于，包括：依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例；依据所述充填厚度比例，确定所述黄土层对应的第一厚度与所述矸石层对应的第二厚度；在冲沟区域内的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整，形成第一矸石层；在所述第一矸石层表面喷射混凝土砂浆，形成第一混凝土砂浆层，所述混凝土砂浆包括矸石、水泥、中砂；在所述第一混凝土砂浆层上方覆盖厚度为所述第二厚度的黄土并碾压平整，形成第一黄土层；在所述第一黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在充填时预留多用孔，以便通过所述多用孔进行注浆；所述多用孔按照预设间距设置，所述预设间距是依据注浆液的扩散半径确定的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注浆液扩散半径是通过如下计算式确定的：其中，r表示所述注浆液扩散半径，p表示所述矸石层内矸石的孔隙度，k表示所述矸石层的渗透系数，a表示预设注浆段长度，δp表示注浆压力，r表示所述矸石层内的多用孔的半径，q表示注浆泵的泵量，t表示达到所述注浆压力所用的注浆时间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述第一黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层，包括：在所述第一黄土层上方覆盖厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整，形成第二矸石层；在所述第二矸石层表面喷射混凝土砂浆，形成第二混凝土砂浆层；在所述第二混凝土砂浆层上方覆盖厚度为所述第二厚度的黄土并碾压平整，形成第二黄土层；在所述第二黄土层上方覆盖上表土并碾压平整，形成所述表土层。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例，包括：根据矸石与黄土不同充填厚度比例下矸石的传热过程，通过数值模拟软件确定在不同充填厚度比例下是否会向所述矸石层的中心进行热传递，以确定所述充填厚度比例。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述充填厚度比例，确定所述矸石层对应的第二厚度，包括：根据所述充填厚度比例以及所述矸石的堆积量，确定所述矸石层的初始厚度；确定所述矸石压实前的第一孔隙度，以及所述矸石压实后的第二孔隙度；依据所述第一孔隙度和所述第二孔隙度，计算所述矸石压实前后的高度差；

依据所述初始厚度和所述高度差确定所述矸石层对应的第二厚度。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述是通过如下计算式确定的：其中，δh表示所述高度差，p1表示所述第一孔隙度，p2表示所述第二孔隙度，h表示所述矸石层的初始厚度。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在冲沟区域的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整前，还包括：在所述冲沟区域内表面喷射混凝土砂浆。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在冲沟区域内的最底层充填厚度为所述第一厚度的矸石并碾压平整前，还包括：根据所述充填厚度比例及所述冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述充填厚度比例及所述冲沟区域地形特点，确定目标设计高程及目标总挖方量、目标总填方量，包括：测量所述冲沟区域的地面高程散点数据；依据所述地面高程散点数据，编辑所述冲沟区域的地形图，并提取特征线；依据所述地形图、所述特征线，建立数字高程模型；基于所述数字高程模型，确定挖填平衡情况下的初始设计高程；调整所述初始设计高程，使总挖方量与总填方量的比值等于所述黄土层厚度与所述矸石层、所述黄土层总厚度的比值，并将此时的设计高程确定为所述目标设计高程，将此时的总挖方量确定为所述目标总挖方量，将此时的总填方量确定为所述目标总填方量。

技术总结

本公开涉及一种矸石充填复垦方法，采用矸石-混凝土砂浆-黄土的复合结构对冲沟区域进行填埋，可以防止矸石氧化发热及有害元素析出，在解决矸石占地问题的同时消除了冲沟地形带来的负面影响。该方法包括：依据矸石与黄土的热物性参数，确定黄土层与矸石层充填厚度比例；依据充填厚度比例，确定黄土层对应的第一厚度与矸石层对应的第二厚度；在冲沟区域内的最底层充填厚度为第一厚度的矸石并碾压平整，形成第一矸石层1；在第一矸石层1表面喷射混凝土砂浆，形成第一混凝土砂浆层2，混凝土砂浆包括矸石、水泥、中砂；在第一混凝土砂浆层2上方覆盖厚度为第二厚度的黄土并碾压平整，形成第一黄土层3；在第一黄土层3上方覆盖上表土并碾压平整，形成表土层4。形成表土层4。形成表土层4。

技术研发人员：张云峰 郝相应 石花军 王旭峰 高俊乾 韩锦城 白海军 武晋雄

受保护的技术使用者：山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司

技术研发日：2022.05.17

技术公布日：2022/8/30