CN116050952A - 一种露天矿山生态修复管理评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天矿山生态修复管理评价方法，属于露天矿山修复管理领域，包括：建立露天矿山的生态修复模型，在生态修复模型上将每个勘测出的地质裂缝的断裂方向进行首位相连，形成地质裂缝网，并计算地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面积
；利用投影面积
评估露天矿山的稳定性，制定管理或修复的方法。本发明通过建立能有效模拟露天矿山的生态修复模型来对露天矿山的地质情况进行综合勘测和评价，并利用生态修复模型计算出露天矿山内地质裂缝的影响范围，针对地质裂缝出现的面积来评价露天矿山的稳定性；评价出露天矿山是否处于稳定状态，制定合理的管理方法及修复方法。
Description
技术领域
本发明涉及露天矿山修复技术领域，具体涉及一种露天矿山生态修复管理评价方法。
背景技术
露天矿山是采用露天开采方式开采矿产资源的生产经营单位，开采所形成的采坑、台阶和露天沟道的总称叫露天矿场。采矿形成的露天矿场后，由于破坏了矿山原本的植被体系，导致露天矿山在很长时间内都很难生长植物，导致该地区的植被体系遭到长久的破坏，甚至会波及未开采区域，导致水土流失、泥石流等灾害。
虽然近年来随着对环境保护的重视，对很多露天矿山的生态环境进行了人为干预，使裸露的矿山重新披上了绿色。但是，现有的对矿山进行生态修复的方法过于简单，没有考虑到矿山不同位置的地质情况，植物种植上去之后对水土修复效果不好，依然容易出现水土流失、泥石流等灾害，同时植物的生长状态差。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种能有效应对不同地质条件的露天矿山生态修复管理评价方法。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种露天矿山生态修复管理评价方法，其包括以下步骤：
S1：在露天矿山的每级采矿台阶面上随机选取若干数据采集点，以露天矿山的底部平盘中心为参考原点，采集每个数据采集点相对于参考原点的三维坐标；
S2：以同一级采矿台阶面上获得的所有三维坐标作为数据组，利用数据组计算每级采矿台阶面的参数，每级采矿台阶面的参数包括采矿台阶面的高度和半径；
S3：根据高度和半径绘制每级采矿台阶面所在的外环线
，并以参考原点建立该露天矿山的生态修复模型；
S4：在每级采矿台阶面所在的外环线上选择若干数据采集点作为地质勘察点，使每个地质勘察点均位于外环线上，标记出每个地质勘察点所在的坐标；
S5：根据地质勘察点所在的坐标获取地质勘察点在露天矿山的位置，并在地质勘察点上进行下钻形成探测井，探测井的下钻深度等于相邻两个采矿台阶面之间的高度；
S6：通过探测井勘测出地质裂缝的断裂方向；
S7：在生态修复模型上将每个勘测出的地质裂缝的断裂方向进行首位相连，形成地质裂缝网，并计算地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面积；
S8：将投影面积与露天矿山进入不稳定状态时地质裂缝覆盖的最小面积进行比较：
若，则判定该露天矿山的地质结构已经出现不稳定状态，易出现山体垮塌，管理部门在该露天矿山周围设立围栏，不允许人员进入；
若，则判定该露天矿山的地质结构目前处于稳定状态，执行步骤S9；
S9：将面积作为该露天矿山需要进行水土保持修复的最小面积，在该地质裂缝网上随机均匀生成若干植物种植点，并提取植物种植点坐标；
S10：工作人员根据植物种植点的坐标在露天矿山现场寻找到对应的种植点，并在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株，将植株挖至种植点种下。
进一步地，步骤S9包括：
S91：在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株种类，并对植株进行标记；
S92：在生长有标记植株的未开发地带圈出一个拍摄区域，并利用无人机拍摄该区域的区域图像；
S93：根据区域图像的尺寸大小计算拍摄区域的实际面积：
其中，为拍摄区域的长，为拍摄区域的宽，为无人机拍摄时定位模块输出的海拔高度，为拍摄区域所在的平均海拔，为无人机拍摄的镜头与成像位置的距离；
S94：在区域图像上筛选出标记植株的数量，计算拍摄区域内标记植株的种植密度：；种植密度作为露天矿山所在区域内保持水土地质稳定时的最低种植密度标准；
S95：利用面积计算露天矿山修复时需要种植的数量：；
S96：在地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面上随机均匀生成个植物种植点，并提取植物种植点的坐标。
进一步地，步骤S2中高度和半径的计算方法为：
数据组包括：；
比较数据组中坐标和坐标的大小，筛选出坐标和坐标中的最大值和最小值，计算采矿台阶面相对于底部平盘的高度和半径：
其中，为数据组中坐标的最大值，为数据组中坐标的最小值。
进一步地，步骤S6包括；
S61：向探测井内注入清水到设定高度后停止，采集探测井内清水全部消失所需的时长和注入水量，计算该地质勘察点的土壤入渗率：；
S62：将土壤入渗率与露天矿山所在地区未开采区域的土壤入渗率标准作差，得到入渗率误差值；将入渗率误差值与入渗率误差值的阈值进行比较，若，则该地质勘察点所在区域出现地质裂缝，执行步骤S63；否则，该地质勘察点所在区域地质稳定；
S63：向出现地质裂缝的探测井内再注满清水，之后再向探测井内注入配置好的浓盐水，且浓盐水从探测井的水面中心缓慢注入；利用氯离子浓度传感器检测位于探测井底部的氯离子高浓度点；
S64：在生态修复模型上标记出每个探测井底部的氯离子高浓度点和浓盐水注入点，并连接氯离子高浓度点和浓盐水注入点，氯离子高浓度点和浓盐水注入点的延伸方向即为地质裂缝的断裂方向。
进一步地，还包括：
S11：步骤S5中，在下钻形成探测井时，通过钻出的岩芯测量探测井位置的土壤厚度、岩石厚度以及土壤的含水率；
S12：若步骤S62中地质勘察点所在区域的地质稳定时，则将土壤厚度与土壤厚度阈值进行比较，若土壤厚度＜土壤厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤薄，可种植土壤需求少的低矮植物；否则，该地质勘察点周围土壤厚，执行步骤S13；
S13：将土壤的含水率与含水率阈值进行比较，若含水率＞含水率阈值，则该地质勘察点周围土壤水土保持好，可种植高大植物；否则，该地质勘察点周围土壤水土保持差，执行步骤S14；
S14：将钻出的岩芯的岩石厚度与岩石厚度阈值进行比较，若岩石厚度＞岩石厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤不利于植物根茎生长，可种植根系发达植物；否则，该地质勘察点周围土壤利于植物根茎生长，适合种植任何植物。
本发明的有益效果为：本方案通过建立能有效模拟露天矿山的生态修复模型来对露天矿山的地质情况进行综合勘测和评价，并利用生态修复模型计算出露天矿山内地质裂缝的影响范围，针对地质裂缝出现的面积来评估露天矿山的稳定性；评价出露天矿山是否处于稳定状态，若露天矿山处于不稳定状态，则极易出现泥石流、山体垮塌等地质灾害，相关的管理部门应该对不稳定状态下的露天矿山进行管理，避免山体出现垮塌对工作人员或无关人员造成伤害；若露天矿山还处于稳定状态时，则可通过种植利于保持水土的植物来避免地质裂缝的扩大，减低出现泥石流、山体垮塌等地质灾害的风险，并且还可通过评估当地植物生长情况，来对植物种植的密度进行规划，就地取材，因地制宜，能最大保证植物种植的成功率以及植物对水土保持的效果。有效的保证了矿山的生态环境的修复效果，为促进资源合理开发利用提供了一个良好的保障。针对不同类型的露天矿山具有针对性的生态修复效果，生态修复精确度高，水土保持效果显著。
附图说明
图1为露天矿山生态修复管理评价方法的流程图。
图2为生态修复模型的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本方案的露天矿山生态修复管理评价方法包括以下步骤：
S1：在露天矿山的每级采矿台阶面上随机选取若干数据采集点，以露天矿山的底部平盘中心为参考原点，采集每个数据采集点相对于参考原点的三维坐标，三维坐标可通过大地经纬仪，通过露天矿山的底部平盘中心为参考原点进行测量；
S2：采矿形成的矿坑均是形成逐级减小的采矿台阶面，方便运输和开采，以同一级采矿台阶面上获得的所有三维坐标作为数据组，利用数据组计算每级采矿台阶面的参数，每级采矿台阶面的参数包括采矿台阶面的高度和半径；
数据组包括：；
比较数据组中坐标和坐标的大小，筛选出坐标和坐标中的最大值和最小值，计算采矿台阶面相对于底部平盘的高度和半径：
其中，为数据组中坐标的最大值，为数据组中坐标的最小值；
S3：在MATLAB软件中，根据高度和半径绘制每级采矿台阶面所在的外环线
，并以参考原点建立该露天矿山的生态修复模型，修复模型与露天矿山的比例为1:1，如图2所示；
S4：在每级采矿台阶面所在的外环线上选择若干数据采集点作为地质勘察点，使每个地质勘察点均位于外环线上，标记出每个地质勘察点所在的坐标；
S5：根据地质勘察点所在的坐标获取地质勘察点在露天矿山的位置，并在地质勘察点上进行下钻形成探测井，探测井的下钻深度等于相邻两个采矿台阶面之间的高度；
S6：通过探测井勘测出地质裂缝的断裂方向，具体包括以下步骤：
S61：向探测井内注入清水到设定高度后停止，采集探测井内清水全部消失所需的时长和注入水量，计算该地质勘察点的土壤入渗率：；
S62：将土壤入渗率与露天矿山所在地区未开采区域的土壤入渗率标准作差，得到入渗率误差值；将入渗率误差值与入渗率误差值的阈值进行比较，若，则该地质勘察点所在区域出现地质裂缝，执行步骤S63；否则，该地质勘察点所在区域地质稳定；本实施了中入渗率误差值的阈值取20毫米/小时。
S63：向出现地质裂缝的探测井内再注满清水，之后再向探测井内注入配置好的浓盐水，且浓盐水从探测井的水面中心缓慢注入；利用氯离子浓度传感器检测位于探测井底部的氯离子高浓度点；
S64：在生态修复模型上标记出每个探测井底部的氯离子高浓度点和浓盐水注入点，并连接氯离子高浓度点和浓盐水注入点，氯离子高浓度点和浓盐水注入点的延伸方向即为地质裂缝的断裂方向；
S7：在生态修复模型上将每个勘测出的地质裂缝的断裂方向进行首位相连，形成地质裂缝网，如图1所示，并计算地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面积，此处采用MATLAB软件中的投影面积计算功能；
S8：将投影面积与露天矿山进入不稳定状态时地质裂缝覆盖的最小面积进行比较：
若，则判定该露天矿山的地质结构已经出现不稳定状态，易出现山体垮塌，管理部门在该露天矿山周围设立围栏，不允许人员进入；
若，则判定该露天矿山的地质结构目前处于稳定状态，执行步骤S9；
S9：将面积作为该露天矿山需要进行水土保持修复的最小面积，在该地质裂缝网上随机均匀生成若干植物种植点，并提取植物种植点坐标；步骤S9包括：
S91：在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株种类，并对植株进行标记；
S92：在生长有标记植株的未开发地带圈出一个拍摄区域，并利用无人机拍摄该区域的区域图像；
S93：根据区域图像的尺寸大小计算拍摄区域的实际面积：
其中，为拍摄区域的长，为拍摄区域的宽，为无人机拍摄时定位模块输出的海拔高度，为拍摄区域所在的平均海拔，为无人机拍摄的镜头与成像位置的距离；
S94：在区域图像上筛选出标记植株的数量，计算拍摄区域内标记植株的种植密度：；种植密度作为露天矿山所在区域内保持水土地质稳定时的最低种植密度标准；
S95：利用面积计算露天矿山修复时需要种植的数量：；
S96：在地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面上随机均匀生成个植物种植点，并提取植物种植点的坐标。
S10：工作人员根据植物种植点的坐标在露天矿山现场寻找到对应的种植点，并在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株，将植株挖至种植点种下。
还包括：
S11：步骤S5中，在下钻形成探测井时，通过钻出的岩芯测量探测井位置的土壤厚度、岩石厚度以及土壤的含水率；
S12：若步骤S62中地质勘察点所在区域的地质稳定时，则将土壤厚度与土壤厚度阈值进行比较，若土壤厚度＜土壤厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤薄，土壤厚度阈值取3cm，可种植土壤需求少的低矮植物；否则，该地质勘察点周围土壤厚，执行步骤S13；
S13：将土壤的含水率与含水率阈值进行比较，若含水率＞含水率阈值，含水率阈值取15%，则该地质勘察点周围土壤水土保持好，可种植高大植物；否则，该地质勘察点周围土壤水土保持差，执行步骤S14；
S14：将钻出的岩芯的岩石厚度与岩石厚度阈值进行比较，若岩石厚度＞岩石厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤不利于植物根茎生长，可种植根系发达植物；否则，该地质勘察点周围土壤利于植物根茎生长，适合种植任何植物。
本方案通过建立能有效模拟露天矿山的生态修复模型来对露天矿山的地质情况进行综合勘测和评价，并利用生态修复模型计算出露天矿山内地质裂缝的影响范围，针对地质裂缝出现的面积来评估露天矿山的稳定性。
评价出露天矿山是否处于稳定状态，若露天矿山处于不稳定状态，则极易出现泥石流、山体垮塌等地质灾害，相关的管理部门应该对不稳定状态下的露天矿山进行管理，避免山体出现垮塌对工作人员或无关人员造成伤害；若露天矿山还处于稳定状态时，则可通过种植利于保持水土的植物来避免地质裂缝的扩大，减低出现泥石流、山体垮塌等地质灾害的风险。
并且还可通过评估当地植物生长情况，来对植物种植的密度进行规划，就地取材，因地制宜，能最大保证植物种植的成功率以及植物对水土保持的效果。有效的保证了矿山的生态环境的修复效果，为促进资源合理开发利用提供了一个良好的保障。针对不同类型的露天矿山具有针对性的生态修复效果，生态修复精确度高，水土保持效果显著。
Claims (5)
1.一种露天矿山生态修复管理评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在露天矿山的每级采矿台阶面上随机选取若干数据采集点，以露天矿山的底部平盘中心为参考原点，采集每个数据采集点相对于参考原点的三维坐标；
S2：以同一级采矿台阶面上获得的所有三维坐标作为数据组，利用数据组计算每级采矿台阶面的参数，每级采矿台阶面的参数包括采矿台阶面的高度和半径；
S3：根据高度和半径绘制每级采矿台阶面所在的外环线，并以参考原点建立该露天矿山的生态修复模型；
S4：在每级采矿台阶面所在的外环线上选择若干数据采集点作为地质勘察点，使每个地质勘察点均位于外环线上，标记出每个地质勘察点所在的坐标；
S5：根据地质勘察点所在的坐标获取地质勘察点在露天矿山的位置，并在地质勘察点上进行下钻形成探测井，探测井的下钻深度等于相邻两个采矿台阶面之间的高度；
S6：通过探测井勘测出地质裂缝的断裂方向；
S7：在生态修复模型上将每个勘测出的地质裂缝的断裂方向进行首位相连，形成地质裂缝网，并计算地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面积；
S8：将投影面积与露天矿山进入不稳定状态时地质裂缝覆盖的最小面积进行比较：
若，则判定该露天矿山的地质结构已经出现不稳定状态，易出现山体垮塌，管理部门在该露天矿山周围设立围栏，不允许人员进入；
若，则判定该露天矿山的地质结构目前处于稳定状态，执行步骤S9；
S9：将面积作为该露天矿山需要进行水土保持修复的最小面积，在该地质裂缝网上随机均匀生成若干植物种植点，并提取植物种植点坐标；
S10：工作人员根据植物种植点的坐标在露天矿山现场寻找到对应的种植点，并在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株，将植株挖至种植点种下。
2.根据权利要求1所述的露天矿山生态修复管理评价方法，其特征在于，所述步骤S9包括：
S91：在露天矿山周围未开发地带寻找生长茂盛且利于保持水土的植株种类，并对植株进行标记；
S92：在生长有标记植株的未开发地带圈出一个拍摄区域，并利用无人机拍摄该区域的区域图像；
S93：根据区域图像的尺寸大小计算拍摄区域的实际面积：
其中，为拍摄区域的长，为拍摄区域的宽，为无人机拍摄时定位模块输出的海拔高度，为拍摄区域所在的平均海拔，为无人机拍摄的镜头与成像位置的距离；
S94：在区域图像上筛选出标记植株的数量，计算拍摄区域内标记植株的种植密度：；种植密度作为露天矿山所在区域内保持水土地质稳定时的最低种植密度标准；
S95：利用面积计算露天矿山修复时需要种植的数量：；
S96：在地质裂缝网覆盖在生态修复模型上的投影面上随机均匀生成个植物种植点，并提取植物种植点的坐标。
3.根据权利要求1所述的露天矿山生态修复管理评价方法，其特征在于，所述步骤S2中高度和半径的计算方法为：
数据组包括：；
比较数据组中坐标和坐标的大小，筛选出坐标和坐标中的最大值和最小值，计算采矿台阶面相对于底部平盘的高度和半径：
其中，为数据组中坐标的最大值，为数据组中坐标的最小值。
4.根据权利要求1所述的露天矿山生态修复管理评价方法，其特征在于，所述步骤S6包括；
S61：向探测井内注入清水到设定高度后停止，采集探测井内清水全部消失所需的时长和注入水量，计算该地质勘察点的土壤入渗率：；
S62：将土壤入渗率与露天矿山所在地区未开采区域的土壤入渗率标准作差，得到入渗率误差值；将入渗率误差值与入渗率误差值的阈值进行比较，若，则该地质勘察点所在区域出现地质裂缝，执行步骤S63；否则，该地质勘察点所在区域地质稳定；
S63：向出现地质裂缝的探测井内再注满清水，之后再向探测井内注入配置好的浓盐水，且浓盐水从探测井的水面中心缓慢注入；利用氯离子浓度传感器检测位于探测井底部的氯离子高浓度点；
S64：在生态修复模型上标记出每个探测井底部的氯离子高浓度点和浓盐水注入点，并连接氯离子高浓度点和浓盐水注入点，氯离子高浓度点和浓盐水注入点的延伸方向即为地质裂缝的断裂方向。
5.根据权利要求4所述的露天矿山生态修复管理评价方法，其特征在于，还包括：
S11：步骤S5中，在下钻形成探测井时，通过钻出的岩芯测量探测井位置的土壤厚度、岩石厚度以及土壤的含水率；
S12：若步骤S62中地质勘察点所在区域的地质稳定时，则将土壤厚度与土壤厚度阈值进行比较，若土壤厚度＜土壤厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤薄，可种植土壤需求少的低矮植物；否则，该地质勘察点周围土壤厚，执行步骤S13；
S13：将土壤的含水率与含水率阈值进行比较，若含水率＞含水率阈值，则该地质勘察点周围土壤水土保持好，可种植高大植物；否则，该地质勘察点周围土壤水土保持差，执行步骤S14；
S14：将钻出的岩芯的岩石厚度与岩石厚度阈值进行比较，若岩石厚度＞岩石厚度阈值，则该地质勘察点周围土壤不利于植物根茎生长，可种植根系发达植物；否则，该地质勘察点周围土壤利于植物根茎生长，适合种植任何植物。
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