CN113107061A - 一种近城市废弃露天矿地层重构方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种近城市废弃露天矿地层重构方法，在露天矿坑中，将水平标高低于城市排水***标高的空间划分为储水区，储水区靠近城市一侧的露天矿边坡为工作帮，其余露天矿边坡为非工作帮；将城市排水***与储水区连通；在储水区内充填储水介质，在储水区靠近工作帮一侧预留倒棱台状临时储水池；在临时储水池内靠近工作帮的一侧面铺设储水隔离层，在临时储水池的其他侧面和底面铺设过滤层；在储水区内非储水池的区域铺设柔性隔离层；在柔性隔离层上由下至上依次铺设回填层、阻水层和复垦层；在储水区中心位置布置取水井。本发明利用露天矿坑构建城市储水空间缓解雨期的内涝问题，空间充裕、容量大、成本低；露天矿矿坑部分回填，缓解边坡安全隐患。

Description

一种近城市废弃露天矿地层重构方法
技术领域
本发明涉及一种露天矿地层重构方法，具体涉及一种近城市废弃露天矿地层重构方法。
背景技术
‌我国现存大量临近城市的露天矿，其中很多露天矿已到了开采末期甚至废弃阶段，一方面，废弃露天矿坑给矿区地质安全、生态***和自然环境造成了显著危害；另一方面，临近矿区的城市面积越来越大，原本用于疏水排水的河渠和天然湿地被城市用地占用，可用空间大面积缩水，城市内涝问题日趋严重。因此研发一种废弃露天矿坑利用与城市治理相协调的方式，对于矿业城市的可持续发展具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种近城市废弃露天矿地层重构方法，缓解城市雨期的内涝问题，空间充裕、容量大、成本低，同时提高矿区地质安全性，促进矿区生态修复与废弃土地开发利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种近城市废弃露天矿地层重构方法，
步骤一，在露天矿坑中，将水平标高低于城市排水***标高的空间划分为储水区，储水区靠近城市一侧的露天矿边坡为工作帮，其余露天矿边坡为非工作帮；
步骤二，将城市排水***与储水区连通；
步骤三，在储水区内充填储水介质，在储水区靠近工作帮一侧预留倒棱台状临时储水池；
步骤四，在临时储水池内靠近工作帮的一侧面铺设储水隔离层，在临时储水池的其他侧面和底面铺设过滤层，然后在储水隔离层表面铺设初始过滤层；
步骤五，在储水区内非储水池的区域上部铺设柔性隔离层；
步骤六，在柔性隔离层上由下至上依次铺设回填层、阻水层和复垦层；
步骤七，在储水区中心位置布置取水井。
进一步的，所述步骤一中工作帮和非工作帮表面铺设钢筋网并喷射混凝土进行封闭，然后做防水防渗处理，混凝土厚度不小于5cm。
进一步的，所述步骤二中根据储水区上表面标高与露天矿边坡最上一个台阶标高的关系，确定城市排水***与储水区连通的方式，二者相差不超过5m时，通过明沟方式与城市排水***连通，二者相差超过5m时，在工作帮内开凿隧洞，通过隧洞与城市排水***连通。
进一步的，所述步骤三中储水介质选用大颗粒的砂砾岩类物料，粒径小于1cm的物料体积占比不大于20%。
进一步的，所述步骤三中临时储水池沿工作帮方向布置，临时储水池长度不小于储水区上表面总长的1/3，临时储水池宽度根据预计来水量确定，范围在50-100米之间，临时储水池深度根据露天矿边坡结构确定，一般为1-2个台阶高度，最深不超过20m。
进一步的，所述步骤四中过滤层由下至上分为三层，第一过滤层位于最下层，选用整体性好的透水性物料，厚度0.5-1.0m；第二过滤层铺设在第一过滤层表面，选用中细沙，厚度3-5m，第三过滤层铺设在第二过滤层表面，选用中颗粒砂砾岩类物料，厚度0.5-1.0m。
进一步的，所述步骤四中复垦层上设置集水管路，集水管路延伸至临时储水池。
进一步的，所述步骤四中初始过滤层采用装在网箱内的砂砾岩混合料构建，宽度5-10m。
进一步的，所述步骤六中柔性隔离层采用露天矿剥离物种易胶结的粘土、泥岩类物料构建，厚度不小于3m，铺设后整平、润湿、压实以人为促进其胶结。
与现有技术相比，本发明利用露天矿坑构建城市储水空间缓解雨期的内涝问题，空间充裕、容量大、成本低；露天矿矿坑部分回填，缓解边坡安全隐患，同时为城市开发和农业发展创建土地条件；以露天矿剥离物为主体构建大气降水净化***的过滤层，材料来源广泛、成本低、易更换；利用露天矿坑调剂雨水，可为矿区生态修复和城市环保用水提供廉价水源，降低城市发展对区域水资源的占用；临时储水池和多层过滤设置可以保证储存水质长期处于良好状态。
附图说明
图1为本发明整体结构剖面示意图；
图2为本发明储水区结构剖面示意图；
图3为本发明结构俯视示意图；
图中：1、储水区；2、工作帮；3、非工作帮；4、原始含水层；5、隧洞；6、储水介质；7、临时储水池；8、储水隔离层；9、第一过滤层；10、第二过滤层；11、第三过滤层；12、初始过滤层；13、柔性隔离层；14、回填层；15、阻水层；16、复垦层；17、集水管路；18、取水井；19、城市排水***；20、露天矿边坡。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图3所示，本发明提供一种技术方案：包括以下步骤，
步骤一，按照水平标高，在露天矿坑中，将水平标高低于城市排水***19标高的空间划分为储水区1，储水区1靠近城市一侧的露天矿边坡20划分为工作帮2，其余露天矿边坡20划分为非工作帮3。
工作帮2和非工作帮3表面铺设钢筋网并喷射混凝土进行封闭，然后做防水防渗处理，混凝土厚度不小于5cm，并现场检验其防渗性能，既可以防止收集的雨水经露天矿边坡直接渗入地下污染地下水，又可以防止边坡岩体在水的作用下风化崩解；如果储水区1仅用于储存城市中的达到排放标准的大气降水，则可以在工作帮2和非工作帮3对应原始含水层4暴露位置不进行防水防渗，保持储水区1与原始含水层4的相互补给，从而增大储水区1的有效库容。
步骤二，根据储水区1上表面标高与露天矿边坡20最上一个台阶标高的关系，确定城市排水***19与储水区1连通的方式，二者相差不超过5m时，通过明沟方式与城市排水***19连通，即直接在工作帮2最上部台阶挖掘明沟，明沟一端连通城市排水***19，另一端延伸至储水区1，二者相差超过5m时，在工作帮2内开凿隧洞5，在隧洞5内布置输水管路，输水管路一端与城市排水***19连通，另一端延伸至临时储水池7。
步骤三，在储水区1内充填用于储水的砂砾岩类物料作为储水介质6，砂砾岩类物料以大颗粒为主，粒径小于1cm的物料体积占比不大于20%，利用储水介质6之间的孔隙储水。在储水区1靠近工作帮2一侧预留倒棱台状临时储水池7，临时储水池7沿工作帮2方向布置，临时储水池7长度不小于储水区1上表面总长的1/3，临时储水池7宽度根据预计来水量确定，为50-100m，预计来水量大时取大值；临时储水池7深度根据露天矿边坡20结构确定，一般为1-2个台阶高度，最深不超过20m。
步骤四，在临时储水池7内靠近工作帮2的一侧面排弃易胶结的粘土类物料构成储水隔离层8，厚度为3-5m；在临时储水池7的其他侧面和底面铺设过滤层，如图2所示，过滤层由下至上分为三层，第一过滤层9位于最下层，铺设整体性好的透水性物料，如透水砖类或透水水泥块等物料，第一过滤层9布置在储水介质6的表面，厚度为0.5-1.0m；第二过滤层10铺设在第一过滤层9表面，选用中细沙，厚度为3-5m，拦截水中泥沙，降低浊度，可根据需要定期清理更换；第三过滤层11铺设在第二过滤层10表面，选用中颗粒砂砾岩类物料，以粒径为2mm-5mm物料为主，厚度为0.5-1.0m，主要拦截来水中的逐渐沉淀下来的固体颗粒，可根据使用过程中的堵塞情况用设备挖出更换；过滤层铺设好之后在临时储水池7侧面的储水隔离层8侧面设置初始过滤层12，厚度为7-10m，采用装于网箱内中颗粒砂砾岩类物料堆叠而成，主要是拦截植物残骸、城市垃圾等来水中的杂物和减缓水的流速，可整体更换。
步骤五，在储水区1内非储水池的区域上部铺设柔性隔离层13，柔性隔离层13由露天矿剥离物中易胶结的粘土、泥岩类物料构成，厚度不小于3m，并在铺设后整平、润湿、压实以人为促进其胶结，可以避免***使用过程中上部回填层14正常排弃的物料向下混入储水区1内造成孔隙堵塞和有效储水效果下降。
步骤四中的储水隔离层8以及步骤五中的柔性隔离层13也可以采用级配较好的物料构建，并人为添入水泥等胶结物料。
步骤六，在柔性隔离层13上排弃露天矿剥离物料作为回填层14，回填层14高度按照露天矿实际需要排弃的剥离物总量确定，最高与露天矿所在地地表平齐；回填层14构建完成后，在其表面铺设易胶结的粘土、泥岩类物料构成阻水层15，阻水层15厚度为1-2m，以防止大气降水渗入回填层14；在阻水层15表面铺设土壤作为复垦层16，复垦层16厚度根据土壤供给条件和拟复垦植被类型确定，最小为30cm，用于栽种植被；在复垦层16上设置集水管路17，集水管路17延伸至临时储水池7，将多余的大气降水汇集并引入临时储水池7内，避免自然汇流造成的土壤侵蚀。
步骤七，在储水区1中心位置布置取水井18，为提高抽水效率，在面积较大的废弃露天矿应布置多口取水井18，对于终孔位置在边坡上的抽水井，应有不小于15m的超深。
当降雨量达到中雨（含）以下时，城市排水***19将雨水引至储水区1，城市排水***19排放口位于储水区1内的初始过滤层12表面，雨水经初始过滤层12过滤后渗入临时储水池7内，后经过第一过滤层9、第二过滤层10、第三过滤层11后，渗入储水介质6中，进而储存起来。经过多次储水后，对初始过滤层12进行更换和维修，防止堵塞。
当降雨量达到大雨及以上时，城市排水***19将雨水引至储水区1，部分雨水经排放口直接进入临时储水池7内，不再经过初始过滤层12，提高来水的接纳速度以保证满足城市防洪排涝需要；临时储水池7内水经过第一过滤层9、第二过滤层10、第三过滤层11后，渗入储水介质6中，进而储存起来。经过多次储水后，对第一过滤层9进行更换和维修，防止堵塞影响透水和过滤效果。
复垦层16多余降雨也通过集水管路17汇集至临时储水池7内，经过第一过滤层9、第二过滤层10、第三过滤层11后，渗入储水介质6中，进而储存起来。
需要用水时，通过取水井18，抽取储水区1内储存的雨水用于复垦区灌溉、城市环保绿化以及其他用途。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤一，在露天矿坑中，将水平标高低于城市排水***（19）标高的空间划分为储水区（1），储水区（1）靠近城市一侧的露天矿边坡（20）为工作帮（2），其余露天矿边坡（20）为非工作帮（3）；
步骤二，将城市排水***（19）与储水区（1）连通；
步骤三，在储水区（1）内充填储水介质（6），在储水区（1）靠近工作帮（2）一侧预留倒棱台状临时储水池（7）；
步骤四，在临时储水池（7）内靠近工作帮（2）的一侧面铺设储水隔离层（8），在临时储水池（7）的其他侧面和底面铺设过滤层，然后在储水隔离层（8）表面铺设初始过滤层（12）；
步骤五，在储水区（1）内非储水池的区域上部铺设柔性隔离层（13）；
步骤六，在柔性隔离层（13）上由下至上依次铺设回填层（14）、阻水层（15）和复垦层（16）；
步骤七，在储水区（1）中心位置布置取水井（18）。
2.根据权利要求1所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤一中工作帮（2）和非工作帮（3）表面铺设钢筋网并喷射混凝土进行封闭，然后做防水防渗处理。
3.根据权利要求1所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤二中根据储水区（1）上表面标高与露天矿边坡（20）最上一个台阶标高的关系，确定城市排水***（19）与储水区（1）连通的方式，二者相差不超过5m时，通过明沟方式与城市排水***（19）连通，二者相差超过5m时，在工作帮（2）内开凿隧洞（5），通过隧洞（5）与城市排水***（19）连通。
4.根据权利要求1所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤三中储水介质（6）选用大颗粒的砂砾岩类物料，粒径小于1cm的物料体积占比不大于20%。
5.根据权利要求3所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤三中临时储水池（7）沿工作帮（2）方向布置，临时储水池（7）长度不小于储水区（1）上表面总长的1/3，临时储水池（7）宽度为50-100m，临时储水池（7）深度不超过20m。
6.根据权利要求1所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤四中过滤层由下至上分为三层，第一过滤层（9）位于最下层，选用透水性物料，厚度0.5-1.0m；第二过滤层（10）铺设在第一过滤层（9）表面，选用中细沙，厚度3-5m，第三过滤层（11）铺设在第二过滤层（10）表面，选用中颗粒砂砾岩类物料，厚度为0.5-1.0m。
7.根据权利要求1所述的一种近城市废弃露天矿地层重构方法，其特征在于：所述步骤四中复垦层（16）上设置集水管路（17），集水管路（17）延伸至临时储水池（7）。
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