宋楊睿王金滿,2（.中國地質大學土地科學技術學院,北京市海淀區(qū),00083; 2.國土資源部土地整治重點實驗室,北京市海淀區(qū),00035）

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基于網絡計劃的采煤塌陷地復墾施工組織優(yōu)化設計?

宋楊睿1王金滿1,2
（1.中國地質大學土地科學技術學院,北京市海淀區(qū),100083; 2.國土資源部土地整治重點實驗室,北京市海淀區(qū),100035）

摘要我國井工礦眾多,且多為多煤層開采,會引起地表多次塌陷,需對采煤塌陷地進行多次復墾。因此,針對多煤層開采引起的采煤塌陷編制高效合理的復墾工程施工組織設計就顯得格外重要。以山西省井工煤礦為例,根據(jù)塌陷土地預測結果進行復墾階段劃分,并采用先進的網絡計劃技術,對多次采煤塌陷土地進行了施工組織優(yōu)化設計。通過研究發(fā)現(xiàn)應用網絡計劃技術進行多煤層開采塌陷土地復墾工程施工組織優(yōu)化設計是可行的。通過繪制網絡計劃圖,可以極大地提高施工組織設計的效率,使多次塌陷土地多次復墾工作主次分明,清晰易懂。同時,網絡圖可以結合采礦時序、工藝和土地復墾實施效果等進行不斷優(yōu)化和改進。

關鍵詞土地復墾 施工組織設計 采煤塌陷 網絡計劃技術

我國是世界上最大的煤炭生產和消費國,煤炭約占我國一次性能源消費量的74%。中國煤炭產量的90%是由井工開采獲得的,造成大面積塌陷損毀土地,塌陷面積每年仍在快速增加,因此塌陷地復墾任務艱巨,且井工采煤多為多煤層開采,必然會引起多次塌陷問題。如何使多次塌陷土地復墾工作順利開展是決定復墾成效的重要因素。因此,針對多煤層開采引起的采煤塌陷編制高效合理的復墾工程施工組織設計就顯得格外重要。

目前施工組織設計在建筑工程方面的應用已經很多,而專門針對土地復墾施工組織設計的研究基本沒有,尤其是多煤層開采形成的塌陷地治理。網絡計劃技術是指用網絡圖表示計劃中各項工作之間的相互制約和依賴關系,在此基礎上,通過各種計算分析,尋求最優(yōu)計劃方案的實用計劃管理技術。網絡計劃技術的最大特點是能夠提供施工管理所需的多種信息,有助于管理人員合理地組織生產。我國的網絡計劃技術存在應用深度淺顯、應用普及率低等問題,編制出的方案無法發(fā)揮很好的作用。

1　研究區(qū)概況

選擇山西省黃土區(qū)井工煤礦開展研究。該礦山地處太行山脈南段西側,沁水盆地南緣,地形為低山—丘陵區(qū)。井田內最高點標高為1146.5 m,最低標高為691.3 m,相對高度差為455.2 m。

井田屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季分明,春季干旱多風,夏季炎熱多雨,秋季涼爽少雨,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。年平均氣溫11.7℃,最低月平均氣溫為－3℃,最高月平均氣溫為24.6℃;霜期為當年10月中旬至次年3月下旬,無霜期約為180 d;凍土期1月－2月份,歷年最大凍土深度為0.43 m;平均降水量620.9 mm/a,最大降水量為852.3 mm,最小降水量為335.2 mm;平均蒸發(fā)量為1930.5 mm/a;年平均相對濕度為60%;年平均風速為2 m/s,最大風速為24 m/s。

礦區(qū)主要土壤類型有褐土和草甸土,其分布隨地形的變化呈一定的規(guī)律,丘陵及山間盆地多為典型的褐土,河流兩岸有零星的草甸土。褐土是礦區(qū)主要土壤成份,約占87.56%以上。礦區(qū)土壤總的狀況是:基質沙性大,肥力不足,缺氮少磷,有機質含量較低,基本上屬于較低肥力土壤,只有個別地段屬于中等肥力土壤。

礦區(qū)屬東亞季風區(qū)半濕潤地區(qū),有利于植物的生長繁衍,鄉(xiāng)土樹種、適生栽培樹種、野生雜草及農作物品種繁多。植被覆蓋率30%～50%,郁閉度達到0.3。

2　多煤層開采塌陷土地復墾工程施工組織優(yōu)化設計方法

2.1復墾階段劃分

（1）劃分目的。礦山分三個煤層立體開采,其中上組煤3＃煤層設一個開采水平,水平標高為＋640 m,開采3＃煤層。下組煤9＃、15＃煤層采用聯(lián)合延深開拓方式,設＋520 m開采水平,9＃、15＃煤層盤區(qū)大巷與現(xiàn)有3＃煤層盤區(qū)大巷重疊布置。因此地表損毀的情況比較復雜,存在著二次損毀乃至三次損毀,需要開展多次復墾工作。為了更好地發(fā)揮土地效益,確保復墾工作有序開展,需結合礦山開采時序劃分復墾階段,進行分階段復墾。

（2）劃分依據(jù)。因地表塌陷情況復雜,復墾工作安排中不宜用盤區(qū)來界定復墾位置,設計依據(jù)礦山采區(qū)劃分和塌陷預測結果劃分復墾階段。

（3）劃分方法。根據(jù)概率積分法預測的地標沉陷預測結果,再結合礦區(qū)開采時序、盤區(qū)劃分以及其他實際條件劃分復墾階段。

2.2復墾施工網絡計劃構建方法

土地復墾施工工程網絡計劃是指用網絡圖表示出來的并注有相應時間參數(shù)的土地復墾工程施工計劃。構建網絡計劃首先需要繪制網絡圖。網絡圖是指用箭線、節(jié)點表示工作流程的有向、有序的網狀圖形,可劃分為雙代號網絡圖和單代號網絡圖。因雙代號網絡圖清晰明了、應用廣泛,設計繪制雙代號網絡圖。

多煤層開采塌陷土地復墾施工網絡計劃雙代號網絡圖構建步驟如下:

（1）復墾工程設計。明確劃分土地復墾工程項目的各項任務工作。采煤塌陷地復墾工程主要包括:充填工程,平整工程,坡面工程以及配套工程,各項工程又細分成幾項具體復墾工作。針對項目區(qū)特點,選擇對應的復墾工藝進行復墾工程設計。

（2）復墾工程量測算。需要根據(jù)不同復墾階段的區(qū)域范圍以及復墾工程設計,對復墾工程量進行測算。

（3）確定各項工作持續(xù)時間。確定持續(xù)時間的方法有單一時間估計法、專家估計法和類比估算法。設計采用類比估算法,依靠同類復墾工程項目的檔案資料,根據(jù)復墾工程量測算,通過調用相關數(shù)據(jù),用類比的方法確定相應復墾工作活動的持續(xù)時間。

（4）整理各項復墾工作邏輯關系。按復墾工程工藝方案和工程實施組織方案的具體要求,明確各項工作活動之間的先后順序與邏輯關系,并將其歸納整理到依次標記各項工作及其緊前或緊后工作的工作邏輯關系表中。

（5）投資測算。根據(jù)復墾工作量以及土地復墾項目定額標準對各階段復墾工程的投資做出測算。

（6）根據(jù)工作邏輯關系表繪制雙代號網絡圖。

（7）依照網絡圖繪制的基本原則、繪制規(guī)則及圖形的簡化原則,檢查經上述步驟繪制的網絡圖是否正確,并對其做出必要的修改和調整。

2.3復墾施工網絡計劃優(yōu)化方法

2.3.1網絡計劃優(yōu)化類型

網絡計劃的預期優(yōu)化目標一般可根據(jù)完成一項工程任務的實際需要確定,通?？蓞^(qū)分為工期、費用和資源3類目標,由此而形成的網絡計劃優(yōu)化問題的類型可相應區(qū)分為以下3種,即工期優(yōu)化、費用優(yōu)化和資源優(yōu)化。工期優(yōu)化更適用于該設計,所以設計采用工期優(yōu)化方法。就網絡計劃技術提供的方法原理而言,所謂工期優(yōu)化,是指當網絡計劃的計算（計劃）工期不滿足限定工期要求時（即Tc＞Tr）,在不改變工作之間邏輯關系的前提下,按代價增加由小到大排序,依次選擇并壓縮初始網絡計劃及后來出現(xiàn)的新關鍵線路上各項關鍵工作的持續(xù)時間（按經濟合理的原則,當經過壓縮步驟導致新關鍵線路出現(xiàn)時,關鍵工作持續(xù)時間的壓縮幅度應比照新關鍵線路長度進行即時調整）,直到使計算工期最終能夠滿足限定工期的要求（即Tc≤Tr）。

2.3.2網絡圖優(yōu)化步驟

（1）確定在不考慮壓縮工作持續(xù)時間,即各項工作均按正常持續(xù)時間進行的前提條件下計算工期Tc并與要求工期Tr比較,若Tc＞Tr則界定壓縮目標,即按公式（1）確定應予縮短的工期ΔT:

式中:ΔT——應予縮短的工期,d;

Tr——要求工期,d;

Tc——計算工期,d。

（2）將應予優(yōu)先考慮的關鍵工作持續(xù)時間壓縮至再無壓縮余地的最短時間即極限持續(xù)時間,此時,若出現(xiàn)新關鍵線路使原關鍵工作成為非關鍵工作,則比照新關鍵線路長度,減少壓縮幅度使之仍保持為關鍵工作。在該步驟中,優(yōu)先考慮壓縮那些縮短其持續(xù)時間對工程質量、施工安全影響不大,具有充足備用資源,或縮短其持續(xù)時間造成費用增加最少的工作。

（3）在完成前一步驟后,若計算工期仍大于要求工期,則重復前一步驟繼續(xù)壓縮某些關鍵工作的持續(xù)時間,此時對多條關鍵線路上的不同關鍵工作,應設定相同的壓縮幅度,從而使多條關鍵線路同步縮短,以此有效縮短工期;

（4）經過前一步驟,當通過逐步壓縮關鍵工作的持續(xù)時間,已使工期縮短幅度達到或超出ΔT,則意味著Tc≤Tr關系已經成立,至此工期優(yōu)化過程結束,網絡計劃的計算工期以達到要求工期的規(guī)定。

3　多煤層開采塌陷土地復墾工程施工組織優(yōu)化設計方案

3.1復墾階段劃分方案

根據(jù)上述劃分方法,將礦山土地復墾工程劃分為6個階段,每個階段復墾若干工作面。具體的復墾位置對照見表1,各階段復墾區(qū)域如圖1所示。

表1　各階段復墾位置對照表

圖1　土地復墾階段劃分圖

由于存在多次塌陷的情況,每個階段根據(jù)損毀情況復墾三次,第一次和第二次復墾在礦區(qū)土地還未穩(wěn)沉之前,只對產生的裂縫進行充填,第三次復墾是對穩(wěn)沉區(qū)完成所有的復墾工作。根據(jù)成莊煤礦各采區(qū)的開采深度,確定各采區(qū)地表移動延續(xù)時間為2 a,地表開始移動變形時間為礦山開采當年,穩(wěn)定時間2 a,故從開采第3 a安排采區(qū)第三次土地復墾工作。復墾區(qū)土地復墾工程結束后安排3a人工管護,各采區(qū)地表移動延續(xù)時間根據(jù)經驗公式（2）確定。

式中:T——地表移動延續(xù)時間,d;

H——開采深度,m。

3.2復墾施工網絡計劃構建方案

根據(jù)塌陷地復墾施工工藝以及實際情況,按雙代號網絡圖構建方法繪制網絡計劃圖如圖2所示。

圖2　各階段三次復墾網絡圖

3.3復墾施工網絡計劃優(yōu)化方案

按工作正常持續(xù)時間,可知計算工期Tc＝235 d,要求工期Tr＝229 d,所以ΔT＝Tc－Tr＝235－229＝6 d。根據(jù)上述工期優(yōu)化步驟優(yōu)化后得到的網絡圖如圖3所示。

圖3　優(yōu)化后的網絡計劃圖

4　結論

利用網絡計劃技術對多煤層開采塌陷土地復墾工程進行施工組織優(yōu)化設計,通過研究得出以下結論:

（1）由于多煤層采煤會造成多次塌陷,而且各時間段塌陷位置也不同,所以需要根據(jù)土地損毀情況劃分復墾階段,每階段再設計不同時段的復墾,以使復墾工作更加有序、高效。

（2）通過研究發(fā)現(xiàn)應用網絡計劃技術進行多煤層開采塌陷土地復墾工程施工組織優(yōu)化設計是可行的,通過繪制網絡計劃圖,可以極大地提高施工組織設計的效率,使多次塌陷土地多次復墾工作主次分明、清晰易懂。

（3）網絡計劃圖是動態(tài)變化的,所以需要根據(jù)礦山土地復墾計劃的變化,對網絡計劃圖進行不斷優(yōu)化,從而使施工組織設計更加合理、可行,使復墾施工工作建立在科學、合理的基礎之上。

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（責任編輯孫英浩）

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

中圖分類號TD214 TD88

文獻標識碼A

基金項目:?國土資源部公益性科研專項（201411007）

作者簡介:宋楊睿（1993－）,女,漢族,新疆沙灣人,碩士研究生,主要從事礦山土地復墾與生態(tài)恢復研究。