基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的采煤塌陷地復(fù)墾施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)?

宋楊睿王金滿,2（.中國地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京市海淀區(qū),00083; 2.國土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京市海淀區(qū),00035）

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基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的采煤塌陷地復(fù)墾施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)?

宋楊睿1王金滿1,2
（1.中國地質(zhì)大學(xué)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083; 2.國土資源部土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(huì)引起地表多次塌陷,需對(duì)采煤塌陷地進(jìn)行多次復(fù)墾。因此,針對(duì)多煤層開采引起的采煤塌陷編制高效合理的復(fù)墾工程施工組織設(shè)計(jì)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(yù)測結(jié)果進(jìn)行復(fù)墾階段劃分,并采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù),對(duì)多次采煤塌陷土地進(jìn)行了施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)進(jìn)行多煤層開采塌陷土地復(fù)墾工程施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。通過繪制網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖,可以極大地提高施工組織設(shè)計(jì)的效率,使多次塌陷土地多次復(fù)墾工作主次分明,清晰易懂。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)圖可以結(jié)合采礦時(shí)序、工藝和土地復(fù)墾實(shí)施效果等進(jìn)行不斷優(yōu)化和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞土地復(fù)墾 施工組織設(shè)計(jì) 采煤塌陷 網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國,煤炭約占我國一次性能源消費(fèi)量的74%。中國煤炭產(chǎn)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(fù)墾任務(wù)艱巨,且井工采煤多為多煤層開采,必然會(huì)引起多次塌陷問題。如何使多次塌陷土地復(fù)墾工作順利開展是決定復(fù)墾成效的重要因素。因此,針對(duì)多煤層開采引起的采煤塌陷編制高效合理的復(fù)墾工程施工組織設(shè)計(jì)就顯得格外重要。

目前施工組織設(shè)計(jì)在建筑工程方面的應(yīng)用已經(jīng)很多,而專門針對(duì)土地復(fù)墾施工組織設(shè)計(jì)的研究基本沒有,尤其是多煤層開采形成的塌陷地治理。網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)是指用網(wǎng)絡(luò)圖表示計(jì)劃中各項(xiàng)工作之間的相互制約和依賴關(guān)系,在此基礎(chǔ)上,通過各種計(jì)算分析,尋求最優(yōu)計(jì)劃方案的實(shí)用計(jì)劃管理技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)的最大特點(diǎn)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(chǎn)。我國的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)存在應(yīng)用深度淺顯、應(yīng)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(cè),沁水盆地南緣,地形為低山—丘陵區(qū)。井田內(nèi)最高點(diǎn)標(biāo)高為1146.5 m,最低標(biāo)高為691.3 m,相對(duì)高度差為455.2 m。

井田屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,春季干旱多風(fēng),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(dāng)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(duì)濕度為60%;年平均風(fēng)速為2 m/s,最大風(fēng)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(zhì)沙性大,肥力不足,缺氮少磷,有機(jī)質(zhì)含量較低,基本上屬于較低肥力土壤,只有個(gè)別地段屬于中等肥力土壤。

礦區(qū)屬東亞季風(fēng)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(nóng)作物品種繁多。植被覆蓋率30%～50%,郁閉度達(dá)到0.3。

2　多煤層開采塌陷土地復(fù)墾工程施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.1復(fù)墾階段劃分

（1）劃分目的。礦山分三個(gè)煤層立體開采,其中上組煤3＃煤層設(shè)一個(gè)開采水平,水平標(biāo)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(shè)＋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(fù)雜,存在著二次損毀乃至三次損毀,需要開展多次復(fù)墾工作。為了更好地發(fā)揮土地效益,確保復(fù)墾工作有序開展,需結(jié)合礦山開采時(shí)序劃分復(fù)墾階段,進(jìn)行分階段復(fù)墾。

（2）劃分依據(jù)。因地表塌陷情況復(fù)雜,復(fù)墾工作安排中不宜用盤區(qū)來界定復(fù)墾位置,設(shè)計(jì)依據(jù)礦山采區(qū)劃分和塌陷預(yù)測結(jié)果劃分復(fù)墾階段。

（3）劃分方法。根據(jù)概率積分法預(yù)測的地標(biāo)沉陷預(yù)測結(jié)果,再結(jié)合礦區(qū)開采時(shí)序、盤區(qū)劃分以及其他實(shí)際條件劃分復(fù)墾階段。

2.2復(fù)墾施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃構(gòu)建方法

土地復(fù)墾施工工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃是指用網(wǎng)絡(luò)圖表示出來的并注有相應(yīng)時(shí)間參數(shù)的土地復(fù)墾工程施工計(jì)劃。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃首先需要繪制網(wǎng)絡(luò)圖。網(wǎng)絡(luò)圖是指用箭線、節(jié)點(diǎn)表示工作流程的有向、有序的網(wǎng)狀圖形,可劃分為雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖和單代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖。因雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖清晰明了、應(yīng)用廣泛,設(shè)計(jì)繪制雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖。

多煤層開采塌陷土地復(fù)墾施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)建步驟如下:

（1）復(fù)墾工程設(shè)計(jì)。明確劃分土地復(fù)墾工程項(xiàng)目的各項(xiàng)任務(wù)工作。采煤塌陷地復(fù)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(xiàng)工程又細(xì)分成幾項(xiàng)具體復(fù)墾工作。針對(duì)項(xiàng)目區(qū)特點(diǎn),選擇對(duì)應(yīng)的復(fù)墾工藝進(jìn)行復(fù)墾工程設(shè)計(jì)。

（2）復(fù)墾工程量測算。需要根據(jù)不同復(fù)墾階段的區(qū)域范圍以及復(fù)墾工程設(shè)計(jì),對(duì)復(fù)墾工程量進(jìn)行測算。

（3）確定各項(xiàng)工作持續(xù)時(shí)間。確定持續(xù)時(shí)間的方法有單一時(shí)間估計(jì)法、專家估計(jì)法和類比估算法。設(shè)計(jì)采用類比估算法,依靠同類復(fù)墾工程項(xiàng)目的檔案資料,根據(jù)復(fù)墾工程量測算,通過調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù),用類比的方法確定相應(yīng)復(fù)墾工作活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

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

（5）投資測算。根據(jù)復(fù)墾工作量以及土地復(fù)墾項(xiàng)目定額標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各階段復(fù)墾工程的投資做出測算。

（6）根據(jù)工作邏輯關(guān)系表繪制雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖。

（7）依照網(wǎng)絡(luò)圖繪制的基本原則、繪制規(guī)則及圖形的簡化原則,檢查經(jīng)上述步驟繪制的網(wǎng)絡(luò)圖是否正確,并對(duì)其做出必要的修改和調(diào)整。

2.3復(fù)墾施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃優(yōu)化方法

2.3.1網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃優(yōu)化類型

網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)一般可根據(jù)完成一項(xiàng)工程任務(wù)的實(shí)際需要確定,通常可區(qū)分為工期、費(fèi)用和資源3類目標(biāo),由此而形成的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃優(yōu)化問題的類型可相應(yīng)區(qū)分為以下3種,即工期優(yōu)化、費(fèi)用優(yōu)化和資源優(yōu)化。工期優(yōu)化更適用于該設(shè)計(jì),所以設(shè)計(jì)采用工期優(yōu)化方法。就網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)提供的方法原理而言,所謂工期優(yōu)化,是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的計(jì)算（計(jì)劃）工期不滿足限定工期要求時(shí)（即Tc＞Tr）,在不改變工作之間邏輯關(guān)系的前提下,按代價(jià)增加由小到大排序,依次選擇并壓縮初始網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃及后來出現(xiàn)的新關(guān)鍵線路上各項(xiàng)關(guān)鍵工作的持續(xù)時(shí)間（按經(jīng)濟(jì)合理的原則,當(dāng)經(jīng)過壓縮步驟導(dǎo)致新關(guān)鍵線路出現(xiàn)時(shí),關(guān)鍵工作持續(xù)時(shí)間的壓縮幅度應(yīng)比照新關(guān)鍵線路長度進(jìn)行即時(shí)調(diào)整）,直到使計(jì)算工期最終能夠滿足限定工期的要求（即Tc≤Tr）。

2.3.2網(wǎng)絡(luò)圖優(yōu)化步驟

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

式中:ΔT——應(yīng)予縮短的工期,d;

Tr——要求工期,d;

Tc——計(jì)算工期,d。

（2）將應(yīng)予優(yōu)先考慮的關(guān)鍵工作持續(xù)時(shí)間壓縮至再無壓縮余地的最短時(shí)間即極限持續(xù)時(shí)間,此時(shí),若出現(xiàn)新關(guān)鍵線路使原關(guān)鍵工作成為非關(guān)鍵工作,則比照新關(guān)鍵線路長度,減少壓縮幅度使之仍保持為關(guān)鍵工作。在該步驟中,優(yōu)先考慮壓縮那些縮短其持續(xù)時(shí)間對(duì)工程質(zhì)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(shí)間造成費(fèi)用增加最少的工作。

（3）在完成前一步驟后,若計(jì)算工期仍大于要求工期,則重復(fù)前一步驟繼續(xù)壓縮某些關(guān)鍵工作的持續(xù)時(shí)間,此時(shí)對(duì)多條關(guān)鍵線路上的不同關(guān)鍵工作,應(yīng)設(shè)定相同的壓縮幅度,從而使多條關(guān)鍵線路同步縮短,以此有效縮短工期;

（4）經(jīng)過前一步驟,當(dāng)通過逐步壓縮關(guān)鍵工作的持續(xù)時(shí)間,已使工期縮短幅度達(dá)到或超出ΔT,則意味著Tc≤Tr關(guān)系已經(jīng)成立,至此工期優(yōu)化過程結(jié)束,網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的計(jì)算工期以達(dá)到要求工期的規(guī)定。

3　多煤層開采塌陷土地復(fù)墾工程施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1復(fù)墾階段劃分方案

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

表1　各階段復(fù)墾位置對(duì)照表

圖1　土地復(fù)墾階段劃分圖

由于存在多次塌陷的情況,每個(gè)階段根據(jù)損毀情況復(fù)墾三次,第一次和第二次復(fù)墾在礦區(qū)土地還未穩(wěn)沉之前,只對(duì)產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行充填,第三次復(fù)墾是對(duì)穩(wěn)沉區(qū)完成所有的復(fù)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(dòng)延續(xù)時(shí)間為2 a,地表開始移動(dòng)變形時(shí)間為礦山開采當(dāng)年,穩(wěn)定時(shí)間2 a,故從開采第3 a安排采區(qū)第三次土地復(fù)墾工作。復(fù)墾區(qū)土地復(fù)墾工程結(jié)束后安排3a人工管護(hù),各采區(qū)地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（2）確定。

式中:T——地表移動(dòng)延續(xù)時(shí)間,d;

H——開采深度,m。

3.2復(fù)墾施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃構(gòu)建方案

根據(jù)塌陷地復(fù)墾施工工藝以及實(shí)際情況,按雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)建方法繪制網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖如圖2所示。

圖2　各階段三次復(fù)墾網(wǎng)絡(luò)圖

3.3復(fù)墾施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃優(yōu)化方案

按工作正常持續(xù)時(shí)間,可知計(jì)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(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示。

圖3　優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖

4　結(jié)論

利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)對(duì)多煤層開采塌陷土地復(fù)墾工程進(jìn)行施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì),通過研究得出以下結(jié)論:

（1）由于多煤層采煤會(huì)造成多次塌陷,而且各時(shí)間段塌陷位置也不同,所以需要根據(jù)土地?fù)p毀情況劃分復(fù)墾階段,每階段再設(shè)計(jì)不同時(shí)段的復(fù)墾,以使復(fù)墾工作更加有序、高效。

（2）通過研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)進(jìn)行多煤層開采塌陷土地復(fù)墾工程施工組織優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的,通過繪制網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖,可以極大地提高施工組織設(shè)計(jì)的效率,使多次塌陷土地多次復(fù)墾工作主次分明、清晰易懂。

（3）網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖是動(dòng)態(tài)變化的,所以需要根據(jù)礦山土地復(fù)墾計(jì)劃的變化,對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖進(jìn)行不斷優(yōu)化,從而使施工組織設(shè)計(jì)更加合理、可行,使復(fù)墾施工工作建立在科學(xué)、合理的基礎(chǔ)之上。

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（責(zé)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(hào)TD214 TD88

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

基金項(xiàng)目:?國土資源部公益性科研專項(xiàng)（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(fù)墾與生態(tài)恢復(fù)研究。