采煤塌陷区复垦地灌排工程优化布局与设计

作     者：胡斯佳 

作者单位：中国地质大学（北京） 

学位级别：硕士

导师姓名：王金满

授予年度：2013年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：采煤塌陷 土地复垦 农田水循环 灌溉 排水沟 

摘      要：煤炭地下开采造成土地塌陷，形成采煤塌陷积水区。尤其是在黄淮海平原区，由于土壤富水条件好，地下水位高，多煤层开采形成了深度大、范围广、库容量较大的塌陷积水分布区。采煤塌陷造成土地损毁、地表积水、水环境破坏等问题如不及时治理，将引发严重的社会问题。 本文以徐州贾汪潘安采煤塌陷区为研究对象，通过对国内外采煤塌陷区的复垦理论和方法进行总结，从采煤塌陷对水资源的影响入手，理论联系实际，提出高潜水位采煤塌陷区的农田水循环修复方法、灌溉管道的优化布局和农田排水沟的布局与设计研究。 （1）针对采煤塌陷对研究区地表水、土壤水和浅层地下水的不同破坏类型，运用复垦区水资源总量平衡理论，在对塌陷土地复垦功能分区的基础上通过修建封闭圩堤，建立沟深网密的排水系统，土体重构等工程措施，修复塌陷区的农田水循环;（2）在研究区采用低压输水管道进行灌溉，在树状管网布设时，根据管道长度最短，管网造价最低的原则，运用最小生成树法进行布局规划设计。同时以管径为决策变量，以单位长度的管道整理投资费用和年能耗费用最小为目标，建立优化模型，计算出最优的经济管径，节约了土地整理投资费用，提高了工程设计的效率;（3）在高潜水位采煤塌陷区建立沟沟相通的排水系统，在垂直等高线上按照排水沟、生态湖和屯头河进行梯级调控，形成立体的拦、蓄、灌、排农田水资源调控体系。采用正交试验法，并通过混凝土渗透系数、抗压强度和排水沟室内模拟试验，研制出透水型煤矸石粉煤灰混凝土的最优配合比：煤矸石代替30%的碎石，粉煤灰代替15%的水泥。 本文在采煤塌陷区复垦工程中的水系修复和灌排工程优化布局与设计，突出了修复水系循环和提高水资源利用率的思想，为我国采煤塌陷区的水系修复研究提供参考，为更好的煤矿区复垦规划和建设塌陷积水区提供技术支持。