CN114059506B - 一种露天矿分布式水资源储用***及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种露天矿分布式水资源储用***及其实现方法，包括如下步骤：S10：获得矿区及周边地形等高线图和地层柱状图；S20：规划分布式水资源储用***储水区参数及重塑地貌等高线；S30：露天矿内排作业期间***分储用***，以实现部分矿井涌水及降水的资源化利用；其包括：S40：露天矿闭坑期间完成分布式水资源储用***建设。该方法将缺水地区露天矿生产期间矿井涌水有效存储并及时转化为生产用水和绿化用水；是闭坑后通过分布式储水区之间、储水区与复垦区之间的高差实现雨水的储存与调用；是用储水区的容积抵消采出资源量的体积，使得内排作业重构的区域标高与原始地貌接近，避免滑坡和泥石流等地质灾害产生。

Description

一种露天矿分布式水资源储用***及其实现方法

技术领域

本发明涉及露天矿开采水资源保护利用领域，尤其涉及一种露天矿分布式水资源储用***及其实现方法。

背景技术

露天矿开采过程中会产生大量的矿坑涌水，按照矿坑涌水来源分为两类：一是直接降入采矿场范围内的大气降水；二是来自基岩裂隙的地下水。为了保证矿坑内各作业地点安全生产，必须及时将矿坑涌水排走。露天矿在正常生产过程中也需要消耗大量的生产用水和绿化水。矿井涌水存不住和生产用水极度紧缺的现实极大地激化了缺水地区露天矿井在水资源利用方面的矛盾。

通过内排作业造地已经是目前露天矿开采的常规做法，但是由于矿产资源采出后原有岩土量不足以弥补开采形成的巨大空间导致了露天矿坑内外有较大高差，因此边缘地带成为滑坡、泥石流等地质灾害高发区域。

发明内容

本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种露天矿分布式水资源储用***及其实现方法，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。

本发明的一个目的在于提出一种露天矿分布式水资源储用***实现方法，包括如下步骤：

S10：获得矿区及周边地形等高线图和地层柱状图；

S20：规划分布式水资源储用***储水区参数及重塑地貌等高线；

S30：露天矿内排作业期间***分储用***，以实现部分矿井涌水及降水的资源化利用；其包括：

S301：内排作业恢复地层、地貌时，规划开设一个或多个储水区；

S302：相邻两个储水区通过主渠相连通，且在相邻两个储水区之间还配置有多条支渠，其中，多条支渠在地形的约束下流向该储水区规划的复垦灌溉区；

S40：露天矿闭坑期间完成分布式水资源储用***建设，实现区域降水资源的充分利用。

在本发明的一个示例中，在所述步骤S10中：

矿区及周边地形等高线图通过遥感技术获得；

矿区及周边地层柱状图通过施工勘察钻孔获得，其中，通过地层柱状图能够获得煤炭资源、岩土量。

在本发明的一个示例中，在所述步骤S20中：

根据填满矿坑岩土缺量和地形等高线图规划闭坑后地形等高线和储水区的个数、位置和容积。

在本发明的一个示例中，所述地形等高线和储水区规划满足以下特征：

1)储水区总容积与矿区采出资源量体积接近；

2)规划的储水区标高分散，即能够通过渠道实现相互之间自流；

3)依次建成的储水区标高是渐变的，或者从高到低，或者从低到高；

4)规划的储水区分布均匀，能够为其附近复垦区提供灌溉用水；

5)矿区边界的地貌重塑区地形等高线与原地形等高线贴合一致。

在本发明的一个示例中，在所述主渠、所述支渠与所述储水区的连接处均设置有流量控制装置，通过控制装置实现水量分配和对应储水区储水量的调整。

在本发明的一个示例中，在规划储水区时，还包括：用粘土沿储水区斜坡逐层夯填，其厚度为储水区深度的十分之一，且厚度要超过1米。

在本发明的一个示例中，在规划储水区时，在储水区防渗层外侧构筑一层护坡，护坡的厚度为防渗层一半。

在本发明的一个示例中，随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区时，各个储水区之间通过具有自然梯度的渠道相连通。

在本发明的一个示例中，随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区时，矿井涌水排到已建成的标高最高的储水区，以实现水资源能够通过自流流向标高较低的储水区和各个储水区覆盖的灌溉区域。

本发明的另一个目的在于提出一种露天矿分布式水资源储用***，应用于矿坑的复垦区，包括：

多个储水区，沿着复垦区标高的高度方向依次布置，相邻两个储水区之间通过主渠相连通，且相邻两个储水区还连通有多个支渠，多条支渠在地形的约束下流向该储水区规划的复垦灌溉区；

其中，标高最高的储水区通过矿坑排水***与矿坑相连通。

下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的建设中的露天矿分布式水资源储用***的主视图；

图2为根据本发明实施例的建设中的露天矿分布式水资源储用***的俯视图；

图3为根据本发明实施例的闭坑后的露天矿分布式水资源储用***的结构示意图。

附图标记列表：

水资源储用***100；

储水区110；

储水区A111；

储水区B112；

储水区C113；

主渠120；

支渠130；

矿坑排水***140；

调水管路150；

泄水通道160；

复垦区200；

工作帮300。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

需要说明的是，本申请中的专业术语“工作帮300”为：由正在进行开采和将要进行开采的台阶组成的边帮叫工作帮300。

根据本发明第一方面的一种露天矿分布式水资源储用***100实现方法，如图1至图3所示，包括如下步骤：

S10：获得矿区及周边地形等高线图和地层柱状图；

在所述步骤S10中：

矿区及周边地形等高线图通过遥感技术获得；

矿区及周边地层柱状图通过施工勘察钻孔获得，其中，通过地层柱状图能够获得煤炭资源、岩土量。

S20：规划分布式水资源储用***100储水区参数及重塑地貌等高线；

也就是说，根据填满矿坑岩土缺量和地形等高线图规划闭坑后地形等高线和储水区110的个数、位置和容积。

具体地，根据矿区及周边地层柱状图计算的填满矿坑岩土缺量和矿区及周边地形等高线图合理规划闭坑后地形等高线和储水区110的个数、位置、容积等参数。

所述地形等高线和储水区110规划满足以下特征：

1)储水区110总容积与矿区采出资源量体积接近；

2)规划的储水区110标高分散，即能够通过渠道实现相互之间自流；

3)依次建成的储水区110标高是渐变的，或者从高到低，或者从低到高，以此保证水流的连续性；

4)规划的储水区110分布均匀，能够为其附近复垦区200提供灌溉用水；

5)矿区边界的地貌重塑区地形等高线与原地形等高线贴合一致，避免较大落差。

S30：露天矿内排作业期间***分储用***，以实现部分矿井涌水及降水的资源化利用；其包括：

S301：内排作业恢复地层、地貌时，规划开设一个或多个储水区110；

S302：相邻两个储水区110通过主渠120相连通，且在相邻两个储水区110之间还配置有多条支渠130，其中，多条支渠130在地形的约束下流向该储水区110规划的复垦灌溉区；

S40：露天矿闭坑期间完成分布式水资源储用***100建设，实现区域降水资源的充分利用；其包括：

S401：在标高最低储水区110和标高最高储水区110之间连接排水管路和泵站；其中，泵站配置在标高最低的储水区110；

S402：在标高最低的储水区110与当地应急排水区之间修建应急泄水通道160。

根据本发明的一种露天矿分布式水资源储用***100的实现方法：该方法首先将缺水地区露天矿生产期间矿井涌水有效存储并及时转化为生产用水和绿化用水；其次是闭坑后通过分布式储水区110之间、储水区110与复垦区200之间的高差实现雨水的储存与调用；最后是用储水区110的容积抵消采出资源量的体积，使得内排作业重构的区域标高与原始地貌接近，避免滑坡和泥石流等地质灾害产生。

在本发明的一个示例中，在所述主渠120、所述支渠130与所述储水区110的连接处均设置有流量控制装置，通过控制装置实现水量分配和对应储水区110储水量的调整。

作为优选地，在规划储水区110时，还包括：用粘土沿储水区110斜坡逐层夯填，其厚度为储水区110深度的十分之一，且厚度要超过1米。

作为优选地，在规划储水区110时，在储水区110防渗层外侧构筑一层护坡，护坡的厚度为防渗层一半。

在本发明的一个示例中，储水区110通过渠道(明渠或管道)对其归属的复垦区200进行灌溉养护作业，同时在储水区110设置一个取水点供生产用水。

在本发明的一个示例中，生产期间储水区110的水源来自矿坑排出的矿井涌水，储水区110接受的矿井涌水量按照储水区110容积、灌溉用水量、生产用水量等计算。

在本发明的一个示例中，随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区110时，各个储水区110之间通过具有自然梯度的渠道相连通。

在本发明的一个示例中，随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区110时，矿井涌水排到已建成的标高最高的储水区110，以实现水资源能够通过自流流向标高较低的储水区110和各个储水区110覆盖的灌溉区域。

在本发明的一个示例中，每个储水区110配置有潜水泵，当储水区水位低于支渠130高度时，在所述潜水泵作用下实现抽水灌溉作业。

在本发明的一个示例中，储水区110有一条主渠120(明渠、管道或者综合方式)与下一级储水区110连通；有多条支渠130(明渠、管道或者综合方式)从储水区110流出，在地形的约束下流向该储水区110规划的复垦灌溉区，最终支渠130汇入下级储水区110。

下面以内蒙古某露天矿为例进行说明：

内蒙古某露天矿开采时矿坑排出大量矿坑涌水，由于没有合适的储水地点，导致大量水资源被浪费，同时为了复垦区200养护和生产用水矿井建立了专门的小型水处理厂，将矿坑涌水简单处理后实现复用，由于水处理厂处理能力有限，经常出现生产水和复垦绿化水短缺的情况。为了缓解生产期间用水问题和闭坑后复垦区200养护问题采用了本发明的露天矿分布式水资源储用***100，实现了水资源的充分利用，缓解了用水紧张问题。

如图3所示，该矿井生产前期通过地质钻孔和地形等高线图分析得出采用完全内排工艺会有将近1000万方的岩土缺口。结合矿区外侧地形按照该专利规划了3处储水区110，分别位于矿区西部、中间和东部。闭坑后的地形为东高西低，降水可以沿东侧向西侧自然流动。

如图1、图2所示，在已经建立两个储水区110时该矿每天生产用水和灌溉用水为600方左右，矿井将矿坑涌水进行了分质利用，将其中水质符合要求的清水通过排水***排入储水区B。

通过控制连接储水区A111和储水区B112的主渠120流量控制装置将水资源分配到两个储水区中，并通过支渠130灌溉其附属的复垦区200植被。在储水区B112修建了一个取水点，用于满足生产用水需求。

闭坑后所有储水区完成建设工作，如图3所示，并且修筑了连通储水区A111(标高最低)和C(标高最高)的调水管路150，修筑了储水区A111的泄水通道160。

降雨期间所有复垦区200的地表水沿着支渠130流向各个储水区，由于储水区C113位置最高，地表水多流入了储水区A111和储水区B112，此时开启调水***将多余的水量排入储水区C113存储。当三个储水区水量都达到最大时开启储水区A111的泄水通道160，将多余的水排入当地河流中。

日常灌溉期(无降雨)开启各个储水区支渠130控制流量装置，将储水区蓄积的雨水分配到各个支渠130中以进行植被养护。

当储水区水位低于支渠130高度水无法自流时，通过开启潜水泵将储水排入各个支渠130中以进行植被养护。

根据本发明的一种露天矿分布式水资源储用***100实现方法，相比于现有技术具有如下有益效果：

①传统露天开采过程中由于没有有效的储水途径，为保证安全生产，矿坑涌水只能排走；露天开采过程中也需要大量的生产和灌溉用水，这种情况激化了缺水地区露天矿井在水资源利用方面的矛盾；本发明通过建设一种分布式水资源储用***100，实现了生产期间将矿坑涌水和降水有效储存起来，并转换为生产用水与生态用水的目的；同时在露采结束闭坑后该分布式水资源储用***100能够最大程度的蓄积该区域的降水，以用于日常复垦区200植被养护需要。

②露天开采将煤炭取走后，其剥离的岩土不足以填平其形成的矿坑，通常情况下露采都会留下一个巨大的凹陷坑，矿坑的边缘成为了滑坡、泥石流等地质灾害的高发地带，成为社会隐患；本发明的工艺通过统筹规划内排区域地形起伏与储水区110建设，用储水区110域体积抵消了煤炭资源采出所造成的回填岩土量缺口，使得内排区域地貌得以最大程度的恢复到原始标高。

③露采开采前矿区地层柱状图和地形等高线图的获得有助于内排作业时合理规划各个储水区110及其灌溉范围，以便指导后期内排作业，进行科学的地层重构与地貌重塑。

④目前有些露天矿在地表也有修筑小型储水区110用于生态用水的，但是基本都是简易水坑，在闭坑后该区域不能继续作为蓄水区使用；本发明在构筑储水区110时采用黏土作为隔水层、并施工一定厚度的护坡，确保了储水区110结构的稳定，提高了其使用寿命。

⑤所有储水区110在规划和建设时相互之间都具有一定高差，使得储水能够在重力作用下自流至下级储水区110和其归属的复垦区200。

⑥各个储水区110之间通过主渠120连接，主渠120主要用于各个储水区110之间水量的调度；当灌溉作业时中间标高某个储水区110缺水时可以通过主渠120实现水资源的调度；储水区110有多个支渠130分出，在地形的约束下，支渠130可以将水分运送到所属复垦灌溉区；所有储水区110都安设有潜水泵，当储水区110水位低于支渠130高度时可以在潜水泵的协助下给各个支渠130供水。

⑦所有灌溉用支渠130最终都汇入下级储水区110，这样使得在降水天气时，所有灌溉区域转变成为下级储水区110的汇水范围。

⑧露天矿闭坑后通过排水***连通最低位储水区110与最高位储水区110。降雨天气时由于各个储水区110的汇水范围和容积不同，在主渠120和排水***的联合作用下可以实现各个储水区110最大能力储水。

⑨最低位储水区110设置有应急泄水通道160，当遇到极端天气时，通过应急泄水通道160将储水释放至安全水位，确保分布式水资源储用***100安全运行。

根据本发明第二方面的一种露天矿分布式水资源储用***100，应用于矿坑的复垦区200，包括：

多个储水区110，沿着复垦区200标高的高度方向依次布置，相邻两个储水区110之间通过主渠120相连通，且相邻两个储水区110还连通有多个支渠130，多条支渠130在地形的约束下流向该储水区110规划的复垦灌溉区；

其中，标高最高的储水区110通过矿坑排水***140与矿坑相连通。

作为优选地，标高最低的储水区110通过泄水通道160与当地应急排水区相连通。当遇到极端天气时，通过应急泄水通道160将储水释放至安全水位，确保分布式水资源储用***100安全运行。

作为优选地，标高最低的储水区110与标高最高的储水区110通过调水管路150相连通。降雨天气时由于各个储水区110的汇水范围和容积不同，在主渠120和排水***的联合作用下可以实现各个储水区110最大能力储水。

该***首先将缺水地区露天矿生产期间矿井涌水有效存储并及时转化为生产用水和绿化用水；其次是闭坑后通过分布式储水区110之间、储水区110与复垦区200之间的高差实现雨水的储存与调用；最后是用储水区110的容积抵消采出资源量的体积，使得内排作业重构的区域标高与原始地貌接近，避免滑坡和泥石流等地质灾害产生。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明所提出的露天矿分布式水资源储用***100及其实现方法的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (7)

1.一种露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10：获得矿区及周边地形等高线图和地层柱状图；

S20：规划分布式水资源储用***储水区参数及重塑地貌等高线；

S30：露天矿内排作业期间***分储用***，以实现部分矿井涌水及降水的资源化利用；其包括：

S301：内排作业恢复地层、地貌时，规划开设一个或多个储水区（110）；

S302：相邻两个储水区（110）通过主渠（120）相连通，且在相邻两个储水区（110）之间还配置有多条支渠（130），其中，多条支渠（130）在地形的约束下流向该储水区（110）规划的复垦灌溉区；

S40：露天矿闭坑期间完成分布式水资源储用***（100）建设，实现区域降水资源的充分利用；

其中，在所述步骤S10中：

矿区及周边地形等高线图通过遥感技术获得；

矿区及周边地层柱状图通过施工勘察钻孔获得，其中，通过地层柱状图能够获得煤炭资源、岩土量；

其中，在所述步骤S20中：

根据填满矿坑岩土缺量和地形等高线图规划闭坑后地形等高线和储水区（110）的个数、位置和容积；

其中，所述地形等高线和储水区（110）规划满足以下特征：

1）储水区（110）总容积与矿区采出资源量体积接近；

2）规划的储水区（110）标高分散，即能够通过渠道实现相互之间自流；

3）依次建成的储水区（110）标高是渐变的，或者从高到低，或者从低到高；

4）规划的储水区（110）分布均匀，能够为其附近复垦区（200）提供灌溉用水；

5）矿区边界的地貌重塑区地形等高线与原地形等高线贴合一致。

2.根据权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，

在所述主渠（120）、所述支渠（130）与所述储水区（110）的连接处均设置有流量控制装置，通过控制装置实现水量分配和对应储水区（110）储水量的调整。

3.根据权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，

在规划储水区（110）时，还包括：用粘土沿储水区（110）斜坡逐层夯填，其厚度为储水区（110）深度的十分之一，且厚度超过1米。

4.根据权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，

在规划储水区（110）时，在储水区（110）防渗层外侧构筑一层护坡，护坡的厚度为防渗层一半。

5.根据权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，

随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区（110）时，各个储水区（110）之间通过具有自然梯度的渠道相连通。

6.根据权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法，其特征在于，

随着内排工作开展，当修筑多于一个储水区（110）时，矿井涌水排到已建成的标高最高的储水区（110），以实现水资源能够通过自流流向标高较低的储水区（110）和各个储水区（110）覆盖的灌溉区域。

7.一种如权利要求1所述的露天矿分布式水资源储用***实现方法的露天矿分布式水资源储用***，其特征在于，应用于矿坑的复垦区（200），包括：

多个储水区（110），沿着复垦区（200）标高的高度方向依次布置，相邻两个储水区（110）之间通过主渠（120）相连通，且相邻两个储水区（110）还连通有多个支渠（130），多条支渠（130）在地形的约束下流向该储水区（110）规划的复垦灌溉区；

其中，标高最高的储水区（110）通过矿坑排水***（140）与矿坑相连通。

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