CN114108566A - 一种露天矿分布式储水施工方法 - Google Patents

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宋子恒
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China University of Mining and Technology CUMT
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China University of Mining and Technology CUMT
China Energy Investment Corp Ltd
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Abstract

本发明公开了一种露天矿分布式储水施工方法,包括如下步骤:S10:获取矿区及周边地形等高线;S20:规划分布式出水设施储水区参数及重塑地貌等高线;S30:露天矿内排作业期间在非工作帮的某水平台阶构筑内排台阶储水区;S40:随着内排帮的推进,继续在上述水平台阶上构筑新的内排台阶储水区,同时将上一个内排台阶储水区构筑为地形地貌重构区储水区;S50:按照上述S40的步骤循环施工直至闭坑。通过新旧内排台阶储水区和地形地貌重构区储水区水资源的调配实现了矿井涌水充分存储和利用。

Description

一种露天矿分布式储水施工方法
技术领域
本发明涉及矿井水保护利用领域,尤其涉及一种露天矿分布式储水施工方法。
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生态用水。矿井涌水存不住和生产生态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。
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储水施工方法,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。
本发明提出一种露天矿分布式储水施工方法,包括如下步骤:
S10:获取矿区及周边地形等高线;
S20:规划分布式出水设施储水区参数及重塑地貌等高线;
S30:露天矿内排作业期间在非工作帮的某水平台阶构筑内排台阶储水区;
S40:随着内排帮的推进,继续在上述水平台阶上构筑新的内排台阶储水区,同时将上一个内排台阶储水区构筑为地形地貌重构区储水区;
S50:按照上述S40的步骤循环施工直至闭坑。
另外,根据本发明的露天矿分布式储水施工方法,还可以具有如下技术特征:
在本发明的一个示例中,所述步骤S20包括:
S210:规划内排作业时各水平台阶和地形地貌重构区储水位置和容积;
S220:规划地形地貌重构区地形等高线,且首采位置到末采位置标高逐渐升高;
S230:结合规划的地形起伏布置储水区,其中,所述储水区位于其灌溉的复垦区最高点。
在本发明的一个示例中,所述步骤S210包括:
S211:采用大井法计算不同开采面积时矿井涌水量,结合矿井涌水量、灌溉需水量和生产用水量计算矿井不同时期需要的储水区的总容积;
S212:结合岩土的自然安息角和单个储水区容积计算得到储水区深度参数。
在本发明的一个示例中,在步骤S30中,内排台阶储水区具有储水斜坡,其储水坡度为岩土自然安息角。
在本发明的一个示例中,内排台阶的水平海拔与规划的储水区抗底海拔近似相等。
在本发明的一个示例中,在新的内排台阶储水区未形成之前,所述内排台阶储水区的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于地表复垦区生态用水。
在本发明的一个示例中,在地形地貌重构区储水区形成后,所述内排台阶储水区的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于供给地形地貌重构区储水区,所述地形地貌重构区储水区用于地表复垦区生态用水。
在本发明的一个示例中,所述地形地貌重构区储水通过自流或者压力输送的方式灌溉至其附属的复垦区植被。
在本发明的一个示例中,在步骤S10中,矿区及周边地形等高线通过遥感技术获得。
在本发明的一个示例中,所述内排台阶储水区和所述地形地貌重构区储水区在构筑时均采用黏土作为隔水层,并具有一定厚度的护坡。
在本发明的一个示例中,所述内排台阶储水区和所述地形地貌重构区储水区在构筑时相互之间具有高度差,使得水资源能够在重力作用下自流至下级储水区和其归属的复垦区。
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为根据本发明的露天矿分布式储水施工方法示意图(含有首个内排台阶储水区);
图2为根据本发明的露天矿分布式储水施工方法示意图(含有首个地形地貌重构区储水区);
图3为根据本发明的露天矿分布式储水施工方法示意图(含有内排台阶储水区和地形地貌重构区储水区);
图4为根据本发明的露天矿分布式储水施工方法示意图(含有内排台阶储水区和至少两个地形地貌重构区储水区)。
附图标记列表:
内排台阶储水区110;
生产用水111;
生态用水112;
排水管路113;
地形地貌重构区储水区120;
矿坑涌水排水***130。
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。
本发明提出一种露天矿分布式储水施工方法,包括如下步骤:
S10:获取矿区及周边地形等高线;具体地,矿区及周边地形等高线通过遥感技术获得。
S20:规划分布式出水设施储水区参数及重塑地貌等高线;
所述步骤S20包括:
S210:规划内排作业时各水平台阶和地形地貌重构区储水位置和容积;
S220:规划地形地貌重构区地形等高线,且首采位置到末采位置标高逐渐升高;
S230:结合规划的地形起伏布置储水区,其中,所述储水区位于其灌溉的复垦区最高点,这样可以减少灌溉作业的电能消耗。
S30:露天矿内排作业期间在非工作帮的某水平台阶构筑内排台阶储水区110;
S40:随着内排帮的推进,继续在上述水平台阶上构筑新的内排台阶储水区110,同时将上一个内排台阶储水区110构筑为地形地貌重构区储水区120;
具体地,首先,如图1所示,通过排水***将露天矿涌水排入该内排台阶储水区110,储水区的水分为两部分使用,一部分供生产用水111,另一部分供地表复垦区生态用水112
然后,如图2所示,随着内排工作帮继续推进,以该内排台阶储水区110为坑底建立地形地貌重构区储水区120。同时在新的内排台阶储水区110尚未形成之前将露天矿涌水排入该地形地貌重构区储水区120内,该储水区的水分为两部分使用,一部分供生产用水111,另一部分供地表复垦区生态用水112。
最后,如图3所示,当新的内排台阶储水区110建成之后,其与地形地貌重构区储水区120通过排水管路113相连通,而且通过矿坑涌水排水***130将露天矿涌水排入该新的内排台阶储水区110。储水区的水分为两部分使用,一部分供生产用水111,另一部分供给地形地貌重构区储水区120,地形地貌重构区储水区120通过自流或者压力输送的方式灌溉其附属的复垦区植被。当地形地貌重构区储水区120为多个时,此时,相邻两个地形地貌重构区储水区120之间以及地形地貌重构区储水区120与内排台阶储水区110之间均通过排水管路113相连通,地形地貌重构区储水区120内的水提供生态用水112;而内排台阶储水区110提供生产用水111。
也就是说,在新的内排台阶储水区110未形成之前,所述内排台阶储水区110的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于地表复垦区生态用水112;在地形地貌重构区储水区120形成后,所述内排台阶储水区110的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于供给地形地貌重构区储水区120,所述地形地貌重构区储水区120用于地表复垦区生态用水112。
S50:如图4所示,按照上述S40的步骤循环施工直至闭坑。
该分布式水资源储水设施结合露天矿内排作业进行,通过在内排帮某水平台阶上构筑内排台阶储水区110和地形地貌重构区储水区120,实现矿坑涌水的储存与使用。储水区分为内排台阶储水区和地形地貌重构区域储水区。内排台阶储水区是内排作业期间在内排台阶上构筑的储水区。地形地貌重构区储水区是随着内排作业持续推进,将内排台阶储水区扩建而成的储水区。
在本发明的一个示例中,所述步骤S210包括:
S211:采用大井法计算不同开采面积时矿井涌水量,结合矿井涌水量、灌溉需水量和生产用水111量计算矿井不同时期需要的储水区的总容积;
S212:结合岩土的自然安息角和单个储水区容积计算得到储水区深度参数。
在本发明的一个示例中,在步骤S30中,内排台阶储水区110具有储水斜坡,其储水坡度为岩土自然安息角,这种结构设计可以避免滑坡。
作为优选地,内排台阶的水平海拔与规划的储水区抗底海拔近似相等,从而简化施工工艺。露采内排作业时,首先在内排台阶(该台阶的水平海拔与规划的储水区坑底海拔接近)上构筑第一个内排台阶储水区,储水区坡度为岩土自然安息角,用粘土沿储水区斜坡逐层夯填。
在本发明的一个示例中,所述内排台阶储水区110和所述地形地貌重构区储水区120在构筑时均采用黏土作为隔水层,并具有一定厚度的护坡;从而避免水资源的流失。
在本发明的一个示例中,所述内排台阶储水区110和所述地形地貌重构区储水区120在构筑时相互之间具有高度差,使得水资源能够在重力作用下自流至下级储水区和其归属的复垦区,这样可以减少电能的消耗。
下面以内蒙古某露天矿为例进行说明,在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,同时为了复垦区生态用水112和生产用水111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,由于水处理厂储水和处理能力有限,经常出现生产水和复垦绿化水短缺的情况。为了解决矿井涌水不能充分复用的问题通过采用本发明的分布式建设储水设施实现了水资源的充分利用,缓解了排水难和用水紧张的问题。
该矿井生产前期通过分析矿区内外侧地形等高线,按照本方法的方案规划了5处储水区。规划地形为西低东高,复垦灌溉区内地表水可以沿东侧向西侧自然流动。
首先在距离地表最近的台阶上构筑了一个内排台阶储水区110,用于存储矿坑涌水,存储的水资源分别供生产用水111和生态用水112。
随着内排作业帮继续推进,原内排台阶储水区110被构筑成为了地形地貌重构区储水区120,但是距离地表最近的台阶上尚未形成内排台阶储水区110,此时将露天矿涌水排入第一个地形地貌重构区储水区120内,该储水区的水分为两部分使用,一部分供生产用水111,另一部分供地表复垦区生态用水112。
随着内排作业帮继续推进,新的内排台阶储水区110建成之后,通过排水***将露天矿涌水排入该新的内排台阶储水区110。储水区的水分为两部分使用,一部分供生产用水111,另一部分供给地形地貌重构区储水区120。地形地貌重构区储水区120通过压力输送的方式灌溉其附属的复垦区植被。
重复上述流程,最终完成露采作业,实现了矿井水的重复利用,避免了矿井水的外排。
根据本发明的一种露天矿分布式储水施工方法,相较于现有技术,本发明的有益效果如下:
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,造成水资源浪费的同时也与政策相违背;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。本方法通过建设分布式水资源储用设施,实现了生产期间将矿坑涌水有效储存起来,并转换为生产用水111与生态用水112的目的。
②本方法通过在露天矿开采前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。
③目前有些露天矿在地表也有修筑小型储水区用于生态用水112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。本方法在构筑储水区时采用黏土作为隔水层、并施工一定厚度的护坡,确保了储水区结构的稳定,提高了其使用寿命。
④本发明的所有储水区在规划和建设时相互之间都具有一定高差,使得水资源能够在重力作用下自流至下级储水区和其归属的复垦区,减少电能消耗。
⑤通过新旧内排台阶储水区110和地形地貌重构区储水区120水资源的调配实现了矿井涌水充分存储和利用。
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储水施工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 (10)

1.一种露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S10:获取矿区及周边地形等高线;
S20:规划分布式出水设施储水区参数及重塑地貌等高线;
S30:露天矿内排作业期间在非工作帮的某水平台阶构筑内排台阶储水区;
S40:随着内排帮的推进,继续在上述水平台阶上构筑新的内排台阶储水区,同时将上一个内排台阶储水区构筑为地形地貌重构区储水区;
S50:按照上述S40的步骤循环施工直至闭坑。
2.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
所述步骤S20包括:
S210:规划内排作业时各水平台阶和地形地貌重构区储水位置和容积;
S220:规划地形地貌重构区地形等高线,且首采位置到末采位置标高逐渐升高;
S230:结合规划的地形起伏布置储水区,其中,所述储水区位于其灌溉的复垦区最高点。
3.根据权利要求2所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
所述步骤S210包括:
S211:采用大井法计算不同开采面积时矿井涌水量,结合矿井涌水量、灌溉需水量和生产用水量计算矿井不同时期需要的储水区的总容积;
S212:结合岩土的自然安息角和单个储水区容积计算得到储水区深度参数。
4.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
在步骤S30中,内排台阶储水区具有储水斜坡,其储水坡度为岩土自然安息角。
5.根据权利要求4所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
内排台阶的水平海拔与规划的储水区坑底海拔近似相等。
6.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
在新的内排台阶储水区未形成之前,所述内排台阶储水区的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于地表复垦区生态用水。
7.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
在地形地貌重构区储水区形成后,所述内排台阶储水区的水分其中一部分用于生成用水,其中另一部分用于供给地形地貌重构区储水区,所述地形地貌重构区储水区用于地表复垦区生态用水。
8.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
在步骤S10中,矿区及周边地形等高线通过遥感技术获得。
9.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
所述内排台阶储水区和所述地形地貌重构区储水区在构筑时均采用黏土作为隔水层,并具有一定厚度的护坡。
10.根据权利要求1所述的露天矿分布式储水施工方法,其特征在于,
所述内排台阶储水区和所述地形地貌重构区储水区在构筑时相互之间具有高度差,使得水资源能够在重力作用下自流至下级储水区和其归属的复垦区。
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