基于网络计划的采煤塌陷地复垦施工组织优化设计∗

宋杨睿王金满,2（.中国地质大学土地科学技术学院,北京市海淀区,00083; 2.国土资源部土地整治重点实验室,北京市海淀区,00035）



基于网络计划的采煤塌陷地复垦施工组织优化设计∗

宋杨睿1王金满1,2
（1.中国地质大学土地科学技术学院,北京市海淀区,100083; 2.国土资源部土地整治重点实验室,北京市海淀区,100035）

摘要我国井工矿众多,且多为多煤层开采,会引起地表多次塌陷,需对采煤塌陷地进行多次复垦。因此,针对多煤层开采引起的采煤塌陷编制高效合理的复垦工程施工组织设计就显得格外重要。以山西省井工煤矿为例,根据塌陷土地预测结果进行复垦阶段划分,并采用先进的网络计划技术,对多次采煤塌陷土地进行了施工组织优化设计。通过研究发现应用网络计划技术进行多煤层开采塌陷土地复垦工程施工组织优化设计是可行的。通过绘制网络计划图,可以极大地提高施工组织设计的效率,使多次塌陷土地多次复垦工作主次分明,清晰易懂。同时,网络图可以结合采矿时序、工艺和土地复垦实施效果等进行不断优化和改进。

关键词土地复垦 施工组织设计 采煤塌陷 网络计划技术

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国,煤炭约占我国一次性能源消费量的74%。中国煤炭产量的90%是由井工开采获得的,造成大面积塌陷损毁土地,塌陷面积每年仍在快速增加,因此塌陷地复垦任务艰巨,且井工采煤多为多煤层开采,必然会引起多次塌陷问题。如何使多次塌陷土地复垦工作顺利开展是决定复垦成效的重要因素。因此,针对多煤层开采引起的采煤塌陷编制高效合理的复垦工程施工组织设计就显得格外重要。

目前施工组织设计在建筑工程方面的应用已经很多,而专门针对土地复垦施工组织设计的研究基本没有,尤其是多煤层开采形成的塌陷地治理。网络计划技术是指用网络图表示计划中各项工作之间的相互制约和依赖关系,在此基础上,通过各种计算分析,寻求最优计划方案的实用计划管理技术。网络计划技术的最大特点是能够提供施工管理所需的多种信息,有助于管理人员合理地组织生产。我国的网络计划技术存在应用深度浅显、应用普及率低等问题,编制出的方案无法发挥很好的作用。

1　研究区概况

选择山西省黄土区井工煤矿开展研究。该矿山地处太行山脉南段西侧,沁水盆地南缘,地形为低山—丘陵区。井田内最高点标高为1146.5 m,最低标高为691.3 m,相对高度差为455.2 m。

井田属暖温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,春季干旱多风,夏季炎热多雨,秋季凉爽少雨,冬季寒冷少雪。降水集中在7月－9月份,占全年降水量的60%以上。年平均气温11.7℃,最低月平均气温为－3℃,最高月平均气温为24.6℃;霜期为当年10月中旬至次年3月下旬,无霜期约为180 d;冻土期1月－2月份,历年最大冻土深度为0.43 m;平均降水量620.9 mm/a,最大降水量为852.3 mm,最小降水量为335.2 mm;平均蒸发量为1930.5 mm/a;年平均相对湿度为60%;年平均风速为2 m/s,最大风速为24 m/s。

矿区主要土壤类型有褐土和草甸土,其分布随地形的变化呈一定的规律,丘陵及山间盆地多为典型的褐土,河流两岸有零星的草甸土。褐土是矿区主要土壤成份,约占87.56%以上。矿区土壤总的状况是:基质沙性大,肥力不足,缺氮少磷,有机质含量较低,基本上属于较低肥力土壤,只有个别地段属于中等肥力土壤。

矿区属东亚季风区半湿润地区,有利于植物的生长繁衍,乡土树种、适生栽培树种、野生杂草及农作物品种繁多。植被覆盖率30%～50%,郁闭度达到0.3。

2　多煤层开采塌陷土地复垦工程施工组织优化设计方法

2.1复垦阶段划分

（1）划分目的。矿山分三个煤层立体开采,其中上组煤3＃煤层设一个开采水平,水平标高为＋640 m,开采3＃煤层。下组煤9＃、15＃煤层采用联合延深开拓方式,设＋520 m开采水平,9＃、15＃煤层盘区大巷与现有3＃煤层盘区大巷重叠布置。因此地表损毁的情况比较复杂,存在着二次损毁乃至三次损毁,需要开展多次复垦工作。为了更好地发挥土地效益,确保复垦工作有序开展,需结合矿山开采时序划分复垦阶段,进行分阶段复垦。

（2）划分依据。因地表塌陷情况复杂,复垦工作安排中不宜用盘区来界定复垦位置,设计依据矿山采区划分和塌陷预测结果划分复垦阶段。

（3）划分方法。根据概率积分法预测的地标沉陷预测结果,再结合矿区开采时序、盘区划分以及其他实际条件划分复垦阶段。

2.2复垦施工网络计划构建方法

土地复垦施工工程网络计划是指用网络图表示出来的并注有相应时间参数的土地复垦工程施工计划。构建网络计划首先需要绘制网络图。网络图是指用箭线、节点表示工作流程的有向、有序的网状图形,可划分为双代号网络图和单代号网络图。因双代号网络图清晰明了、应用广泛,设计绘制双代号网络图。

多煤层开采塌陷土地复垦施工网络计划双代号网络图构建步骤如下:

（1）复垦工程设计。明确划分土地复垦工程项目的各项任务工作。采煤塌陷地复垦工程主要包括:充填工程,平整工程,坡面工程以及配套工程,各项工程又细分成几项具体复垦工作。针对项目区特点,选择对应的复垦工艺进行复垦工程设计。

（2）复垦工程量测算。需要根据不同复垦阶段的区域范围以及复垦工程设计,对复垦工程量进行测算。

（3）确定各项工作持续时间。确定持续时间的方法有单一时间估计法、专家估计法和类比估算法。设计采用类比估算法,依靠同类复垦工程项目的档案资料,根据复垦工程量测算,通过调用相关数据,用类比的方法确定相应复垦工作活动的持续时间。

（4）整理各项复垦工作逻辑关系。按复垦工程工艺方案和工程实施组织方案的具体要求,明确各项工作活动之间的先后顺序与逻辑关系,并将其归纳整理到依次标记各项工作及其紧前或紧后工作的工作逻辑关系表中。

（5）投资测算。根据复垦工作量以及土地复垦项目定额标准对各阶段复垦工程的投资做出测算。

（6）根据工作逻辑关系表绘制双代号网络图。

（7）依照网络图绘制的基本原则、绘制规则及图形的简化原则,检查经上述步骤绘制的网络图是否正确,并对其做出必要的修改和调整。

2.3复垦施工网络计划优化方法

2.3.1网络计划优化类型

网络计划的预期优化目标一般可根据完成一项工程任务的实际需要确定,通常可区分为工期、费用和资源3类目标,由此而形成的网络计划优化问题的类型可相应区分为以下3种,即工期优化、费用优化和资源优化。工期优化更适用于该设计,所以设计采用工期优化方法。就网络计划技术提供的方法原理而言,所谓工期优化,是指当网络计划的计算（计划）工期不满足限定工期要求时（即Tc＞Tr）,在不改变工作之间逻辑关系的前提下,按代价增加由小到大排序,依次选择并压缩初始网络计划及后来出现的新关键线路上各项关键工作的持续时间（按经济合理的原则,当经过压缩步骤导致新关键线路出现时,关键工作持续时间的压缩幅度应比照新关键线路长度进行即时调整）,直到使计算工期最终能够满足限定工期的要求（即Tc≤Tr）。

2.3.2网络图优化步骤

（1）确定在不考虑压缩工作持续时间,即各项工作均按正常持续时间进行的前提条件下计算工期Tc并与要求工期Tr比较,若Tc＞Tr则界定压缩目标,即按公式（1）确定应予缩短的工期ΔT:

式中:ΔT——应予缩短的工期,d;

Tr——要求工期,d;

Tc——计算工期,d。

（2）将应予优先考虑的关键工作持续时间压缩至再无压缩余地的最短时间即极限持续时间,此时,若出现新关键线路使原关键工作成为非关键工作,则比照新关键线路长度,减少压缩幅度使之仍保持为关键工作。在该步骤中,优先考虑压缩那些缩短其持续时间对工程质量、施工安全影响不大,具有充足备用资源,或缩短其持续时间造成费用增加最少的工作。

（3）在完成前一步骤后,若计算工期仍大于要求工期,则重复前一步骤继续压缩某些关键工作的持续时间,此时对多条关键线路上的不同关键工作,应设定相同的压缩幅度,从而使多条关键线路同步缩短,以此有效缩短工期;

（4）经过前一步骤,当通过逐步压缩关键工作的持续时间,已使工期缩短幅度达到或超出ΔT,则意味着Tc≤Tr关系已经成立,至此工期优化过程结束,网络计划的计算工期以达到要求工期的规定。

3　多煤层开采塌陷土地复垦工程施工组织优化设计方案

3.1复垦阶段划分方案

根据上述划分方法,将矿山土地复垦工程划分为6个阶段,每个阶段复垦若干工作面。具体的复垦位置对照见表1,各阶段复垦区域如图1所示。

表1　各阶段复垦位置对照表

图1　土地复垦阶段划分图

由于存在多次塌陷的情况,每个阶段根据损毁情况复垦三次,第一次和第二次复垦在矿区土地还未稳沉之前,只对产生的裂缝进行充填,第三次复垦是对稳沉区完成所有的复垦工作。根据成庄煤矿各采区的开采深度,确定各采区地表移动延续时间为2 a,地表开始移动变形时间为矿山开采当年,稳定时间2 a,故从开采第3 a安排采区第三次土地复垦工作。复垦区土地复垦工程结束后安排3a人工管护,各采区地表移动延续时间根据经验公式（2）确定。

式中:T——地表移动延续时间,d;

H——开采深度,m。

3.2复垦施工网络计划构建方案

根据塌陷地复垦施工工艺以及实际情况,按双代号网络图构建方法绘制网络计划图如图2所示。

图2　各阶段三次复垦网络图

3.3复垦施工网络计划优化方案

按工作正常持续时间,可知计算工期Tc＝235 d,要求工期Tr＝229 d,所以ΔT＝Tc－Tr＝235－229＝6 d。根据上述工期优化步骤优化后得到的网络图如图3所示。

图3　优化后的网络计划图

4　结论

利用网络计划技术对多煤层开采塌陷土地复垦工程进行施工组织优化设计,通过研究得出以下结论:

（1）由于多煤层采煤会造成多次塌陷,而且各时间段塌陷位置也不同,所以需要根据土地损毁情况划分复垦阶段,每阶段再设计不同时段的复垦,以使复垦工作更加有序、高效。

（2）通过研究发现应用网络计划技术进行多煤层开采塌陷土地复垦工程施工组织优化设计是可行的,通过绘制网络计划图,可以极大地提高施工组织设计的效率,使多次塌陷土地多次复垦工作主次分明、清晰易懂。

（3）网络计划图是动态变化的,所以需要根据矿山土地复垦计划的变化,对网络计划图进行不断优化,从而使施工组织设计更加合理、可行,使复垦施工工作建立在科学、合理的基础之上。

参考文献:

［1］吴嘉林,辛德林,张建平.井工开采技术的创新与发展［J］.煤炭工程,2014（1）

［2］牛威.山区采煤塌陷区土地复垦方案及工艺流程［J］.中国地质灾害与防治学报,2007（2）

［3］胡振琪,肖武,王培俊等.试论井工煤矿边开采边复垦技术［J］.煤炭学报,2013（2）

［4］胡振琪,肖武.矿山土地复垦的新理念与新技术—边采边复［J］.煤炭科学技术,2013（9）

［5］籍成静.霍州矿区地表塌陷工程复垦工艺及技术措施［J］.中国煤炭,2003（7）

［6］李常茂,陈维英.进度控制中网络计划技术的应用［J］.江苏建筑职业技术学院学报,2012（4）

（责任编辑孙英浩）

Optimal plan of construction organization for land reclamation project with multi-seam mining subsidence basing upon network planning technology

Song Yangrui1,Wang Jinman1,2
（1．College of Land Science and Technology,China University of Geosciences,Haidian,Beijing 100083,China; 2．Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation,Ministry of Land and Resources,Haidian,Beijing 100035,China）

AbstractChina has large amounts of underground coal mines and most of them have multiseam mining subsidence that could cause the surface subsidence repeatedly and need many times of land reclamation．Therefore,it was very important to design a high effective and reasonable construction organization plan for coal mining subsidence which caused by multi-seam mining．The authors took Shanxi coal mine as an example,conducted reclamation stage division basing upon land subsidence forecast results and used an advanced network planning technology to design an optimal plan of construction organization for land reclamation project with multi-seam mining subsidence．The results showed that it was feasible to use the network planning technology to design the optimal plan of construction organization for land reclamation project with multiseam mining subsidence．By drawing the network planning,it could greatly improve the efficiency of the construction organization design,so that land reclamation project with multi-seam mining subsidence is clear and easy to understand,at the meanwhile,the network planning could be continuous optimized and improved combining with the mining sequence,technologies and effects of land reclamation．

Key wordsland reclamation,construction organization plan,coal mining land subsidence, network planning technology

中图分类号TD214 TD88

文献标识码A

基金项目:∗国土资源部公益性科研专项（201411007）

作者简介:宋杨睿（1993－）,女,汉族,新疆沙湾人,硕士研究生,主要从事矿山土地复垦与生态恢复研究。