[發明專利]一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法

有效

• 申請號: 201911105736.4
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110820766B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 雷少剛;宮傳剛;李恒;卞正富;陳航;黃赳;程偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E02D17/18
• 分類號: E02D17/18;E03F1/00;G06T17/05
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

1.一種效仿自然地貌的內排土場全生命周期地形重塑方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：獲取礦區及周邊自然地貌精細數字高程模型，即Digital Elevation Model，DEM；

步驟2：提取并學習自然地貌整體水系及邊坡細節特征參數；

整體水系特征參數提取方法為，以步驟1中獲取的DEM的數據為基礎，應用D8算法，經水文分析計算，提取一定面積區間內不同匯流累積面積下的水系分布，統計礦區水系密度隨匯流累積面積的變化規律，應用均值變點法提取非線性擬合結果中的變點，以此作為該礦區水系提取的累積匯流面積閾值；基于該結果提取研究區范圍內溝道的寬深比、長度及曲率，根據水系分類體系，將上述參數分為溝道比降大于4%和溝道比降小于4%兩部分；此外通過遙感影像與實地勘測統計礦區出水口坡度、溝道起點到分水嶺距離以及河灣跨度；

邊坡細節特征參數提取方法為，在GIS軟件中對步驟1中獲取的DEM的數據進行空間分析，提取自然邊坡的坡高、坡度、坡長、凸面曲率、凹面曲率、凸面水平占比、凹面水平占比、凸面豎直占比、凹面豎直占比共9個自然地貌邊坡特征參數，分析參數之間的相關性并得出相關參數之間的擬合公式，對沒有相關性的參數統計其均值作為參考值，分別得出緩坡部分和陡坡部分的邊坡模型，如下式所示：

l = e^3.782+0.103d（1）

l = e^3.829+0.024d（2）

公式1為緩坡部分的邊坡模型公式，公式2為陡坡部分的邊坡模型公式，式中，l表示坡長，d表示坡高；

步驟3：內排土場重塑區進行近自然地貌整體設計；參照原始未擾動地貌的梳狀水網和自然參照區樹狀水網的分布特征，結合擾動后遺址位置及大小，為重塑區規劃一套河網系統，與周邊自然水系平滑銜接；

步驟4：利用自然地貌整體水系特征參數，在剝離土方的堆存過程中進行整體配置規劃；其中，剝離土方堆存配置優化的前提是獲取礦區鉆孔詳查資料及開采計劃，獲取礦區煤層厚度、埋深和開采掘進工序，具體做法如下：

步驟401：重塑區工作區劃分：根據露天開采工藝，將工作區分為：內排土場重塑完成區、土方堆存重塑區、煤炭開采區、土方剝離區、未開采區5個區塊；

步驟402：重塑區坡向上/下坡判定：根據開采計劃，若土方剝離區向土方堆存重塑區回填后，土方堆存重塑區與重塑完成區之間回填高差為?h_2-1：

Δh_2-1=[(H₄-h₄)-H₂]-[(H₃-h₃)-H₁] （3）

式中，Δh_2-1為土方堆存重塑區與內排土場重塑完成區之間的高差，H₄為土方剝離區采深，h₄為土方剝離區厚度，H₂為土方堆存重塑區采深，H₃為煤炭開采區采深，h₃為煤炭開采區厚度，H₁為內排土場重塑完成區采深；

若?h_2-1＞0，則表示土方堆存重塑區高于重塑完成區，重塑完成區位置向土方堆存重塑區的過渡為上坡；

若?h_2-1＜0，則表示土方堆存重塑區低于重塑完成區，重塑完成區位置向土方堆存重塑區的過渡為下坡；

步驟5：利用自然地貌邊坡細節特征參數，在邊坡堆存過程中對坡體進行細節形態塑造，具體步驟如下：

步驟501：對于內排土場內部，在開采過程中形成的土方堆存重塑區與重塑完成區的過渡區，按照公式（1）使用緩坡部分邊坡規律將其修整為反“S”型邊坡；

步驟502：對于排土場與周圍自然地貌銜接區，按照公式（2）使用陡坡部分邊坡規律將其修整為反“S”型邊坡；

步驟5中，在坡體堆存過程中，需考慮堆存土方松散系數與沉降量，具體計算公式如下：

（4）

式中，?m為沉降高度，S₁為土方剝離區面積，H為煤炭開采區采深，h為煤炭開采區煤層厚度，α為土方堆存重塑區松散系數，S₂為土方堆存重塑區面積。