CN109057799A - 一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法 - Google Patents
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Abstract
一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，包括如下步骤：(1)7月以后，在内排土场并列布置两块矩形储水区；底部铺设人工隔水层；各个储水区的人工隔水层相互连接；(2)人工隔水层上方铺放含水层；在每个储水区边缘布置阻水挡墙，中部布置垂直取水井；(3)随着内排土场推进，连续并列布置两个储水区；(4)当年秋末最低气温下降后，将矿坑排水输送至储水区，至表层出现积水时停注；(5)冬季冰冻时期，继续向储水区注水；(6)次年春季使用水泵从取水井中将储水抽取输送到矿区需水地点。本发明的有益效果为：储水区靠近水源及用水地点，水资源存储及调配距离短，且储水系统构建与露天矿剥离物排弃一体化，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿水资源存储调配方法，具体是一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，属于煤矿开采领域。
背景技术
露天煤矿内排土场是指将剥离物运输排弃至采空区而形成的一种排土场。通常情况下，在露天煤矿采矿与剥离工程保持动态平衡时，内排土场的高度与地表高度相同或者十分接近。
我国北方地区冬季寒冷，春季多风，气候干燥，降水稀少。该地区露天煤矿在春季、夏季内排土场复垦时需水量较大，地表水与地下水供应量有限，尤其是春季植物生长需水较大时，矿山自身的供水量很难满足矿山土地复垦用水，需进行水资源的调配工作。这样一方面会使得矿山生产成本大幅增加，另一方面，冬季寒冷，内排土场复垦工作停止，同时，为避免对冻土层的穿孔爆破过程，剥离工作同时停止，矿山生产和生活用水需求减少，地表径流与地下水涌出量不变的情况下，矿区富裕水量增加。为保证矿山生产的安全性，一般将富裕水排弃至矿区地界以外，造成了水资源的极大浪费，同时矿坑水还可能影响周围环境。因此急需通过技术改造对矿区水资源进行综合调配，满足不同季节的用水需求，降低矿山生产成本。
另外，粘土作为具有较强黏性的一种土壤，有着较好的可塑性，尤其是经压实后隔水效果良好；沙土也具有土质疏松，空隙大，透水透气性好等多种优点。但是，我国北方露天煤矿剥离物中含有大量的粘土以及沙土，目前均采用直接排弃的方式，很少会对黏土及沙土回收再利用，这也造成了浪费。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，以提高露天煤矿水资源的存储和调配，利用内排土场，减少对煤矿土地面积的浪费，降低水资源调配的成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，包括如下几个步骤：
(1)在北纬40.5°以北地区范围内的露天煤矿，当年7月以后，在露天煤矿内排土场排弃至距离地表高度8米-10米高度时，在内排土场并列布置两块矩形储水区；在其底部铺设厚度为3米-5米的压实粘土层，为人工隔水层，所述人工隔水层下表面与上表面分别布置水分传感器；每块储水区内的人工隔水层设置水利坡度，储水区中心的人工隔水层水平高度最低，储水区边缘的人工隔水层水平高度最高；各个储水区的人工隔水层之间相互连接，且人工隔水层在位于露天矿端帮底部位置与原始地层中的隔水层相连接，各个储水区周围均留出施工道路；
(2)人工隔水层上方继续铺放排弃的沙质土或者沙土作为含水层，所述含水层经排弃至距离露天矿内排土场地表高度0.5-1米位置时停止；在储水区地表边缘使用露天矿泥状剥离物堆砌高度20-30厘米、底宽1米的阻水挡墙；同时在每个储水区中心位置布置垂直取水井，所述取水井井筒底部安装过滤网，所述过滤网底部与人工隔水层上表面相平，井筒采用直径为1米的预制混凝土管，取水井最上部混凝土管上表面高出所述含水层表面0.5-1米；
(3)随着内排土场在露天矿推进方向不断延伸，再连续并列布置两块储水区，且露天矿推进方向由所述内排土场指向采场；
(4)当年秋季末期，露天矿剥离工作停止，待空气最低温度下降至零下5度到零下10度后，将地表径流或者坑底涌水通过管路输送至储水区，直至储水区表层出现5-10厘米积水且取水井中的水面与含水层上表面相平时停止注水；
(5)冬季冰冻时期，储水区表层冰层消失或取水井中的水面高度低于含水层上表面时，继续向储水区注水，确保储水区表层出现5厘米-10厘米冰层厚度或取水井中的水面与含水层上表面相平时再停止注水；
(6)次年春季储水区内冰层融化，使用水泵从取水井中将储水抽取输送到矿区需水地点，取水先从靠近采场的储水区开始；储水抽取后，将取水井掩埋，所述阻水挡墙拆除，将矿区地表腐殖土或腐殖土的替代材料排弃至含水层上部作为复垦层；所述复垦层铺设完成后，内排土场完成全部排土计划，实际排土高度达到最终高度，在复垦层上部种植草木，进行露天煤矿内排土场的复垦工作。
优选的，步骤1中的所述水利坡度设置为3‰—5‰的倾斜角度。
更进一步的，其中任何一块储水区人工隔水层上下表面的所述水分传感器数值相差小于80％时，停止向储水区注水，且次年抽水时，首先从该储水区抽取。
更进一步的，每一年秋季最后设置的储水区边缘与内排土场靠近采场一侧的边坡坡顶线之间设置安全距离，长度为50-80米。
更进一步的，相邻年份构筑的人工隔水层的连接处50米范围内以及靠近端帮附近的人工隔水层与该地区原始地层中的隔水层连接处50米范围内的人工隔水层厚度增加2-3米，保证各类隔水层之间接续充分，防止各类隔水层不均匀沉降造成断层。
本发明的有益效果为：人工隔水层采用露天煤矿剥离物中的粘土为底料，剥离物再利用，节约成本；隔水层连续布置，避免现有隔水层中的断层，全面阻断内排土场水分下渗渠道，减少水分下渗；沙质土或者沙土或块状岩石作为储水的主要介质，充分利用物料空隙，不占据矿区正常内排空间；冬季储水区表层为冰冻层，减少水分蒸发，同时起到防风固沙降尘的目的；春季取水结束后，储水层中的残余水为复垦层植物生长提供必要的水分；在不影响正常生产情况下，对露天煤矿内排土场进行了合理利用，避免了在地表单独设立储水仓，占用地表面积；本发明方法对内排土场稳定性影响较少；储水区靠近水源及用水地点，水资源存储及调配距离短，成本低。
附图说明
图1为内排土场储水区布置示意图，
图2为图1所示储水区A-A向剖面示意图，
图3为图1所示储水区的B-B向剖面示意图，
图4为取水井布置示意图；
图中：1.储水区，2.取水井，3.储水区与内排土场边坡之间安全距离，4.内排土场，5.端帮，6.采场，7.上一期人工隔水层，8.人工隔水层，9.含水层，10.复垦层，11.阻水挡墙，12.水分探测器，13.原始地层中的隔水层，14.取水井过滤网。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2、3所示，1.一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)在北纬40.5°以北地区范围内的露天煤矿，当年7月以后，在露天煤矿内排土场4排弃至距离地表高度8米-10米高度时，在内排土场4并列布置两块矩形储水区1-a和1-b；在其底部铺设厚度为3米-5米的压实粘土层，为人工隔水层8，所述人工隔水层8下表面与上表面分别布置水分传感器12，其中任何一块人工隔水层8上下表面的所述水分传感器12数值相差小于80％时，停止向储水区1-a、1-b注水，且次年抽水时，首先从该储水区1-a、1-b抽取；每块储水区1-a、1-b内的人工隔水层8设置水利坡度，最优选择为3‰—5‰的倾斜角度。储水区1-a、1-b中心的人工隔水层8水平高度最低，储水区1-a、1-b边缘的人工隔水层8水平高度最高；储水区1-a、1-b的人工隔水层8之间相互连接，且人工隔水层8在位于露天矿端帮5底部位置与原始地层中的隔水层13相连接，各个储水区周围均留出20米的施工道路。相邻年份构筑的人工隔水层8的连接处50米范围内以及靠近端帮5附近的人工隔水层8与该地区原始地层中的隔水层13连接处50米范围内的人工隔水层8厚度增加2-3米，保证各类隔水层之间接续充分，防止各类隔水层不均匀沉降造成断层。
(2)人工隔水层8上方继续铺放排弃的沙质土或者沙土作为含水层9，所述含水层9经排弃至距离露天矿内排土场4地表高度0.5-1米位置时停止；在储水区1-a、1-b地表边缘使用露天矿泥状剥离物堆砌高度20-30厘米、底宽1米的阻水挡墙11；同时在每个储水区1-a、1-b中心位置布置垂直取水井2，所述取水井2井筒底部安装过滤网14，所述过滤网14底部与人工隔水层8上表面相平，如图4所示。井筒采用直径为1米的预制混凝土管，取水井最上部混凝土管上表面高出所述含水层9表面0.5-1米。
(3)随着内排土场4在露天矿推进方向不断延伸，再与两块已有储水区1-a、1-b连续并列布置两块除水区1-c、1-d，且露天矿推进方向由所述内排土场4指向采场6。
(4)当年秋季末期，露天矿剥离工作停止，待空气最低温度下降至零下5度到零下10度后，将地表径流或者坑底涌水通过管路输送至储水区1，直至储水区1表层出现5-10厘米积水且取水井中2的水面与含水层9上表面相平时停止注水；为保证露天煤矿内排土场4的边坡稳定性，每一年秋季最后设置的储水区1边缘与内排土场4靠近采场6一侧的边坡坡顶线之间设置安全距离3的长度为50-80米。
(5)冬季冰冻时期，储水区1表层冰层消失或取水井2中的水面高度低于含水层9上表面时，继续向储水区1注水，确保储水区1表层出现5厘米-10厘米冰层厚度或取水井2中的水面与含水层9上表面相平时再停止注水。
(6)次年春季储水区1内冰层融化，使用水泵从取水井2中将储水抽取输送到矿区需水地点，取水先从靠近采场6的储水区1开始；储水抽取后，将取水井2掩埋，所述阻水挡墙11拆除，将矿区地表腐殖土或腐殖土的替代材料排弃至含水层上部作为复垦层10；所述复垦层10铺设完成后，内排土场4完成全部排土计划，实际排土高度达到最终高度，在复垦层10上部种植草木，进行露天煤矿内排土场4的复垦工作。
Claims (5)
1.一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)在北纬40.5°以北地区范围内的露天煤矿，当年7月以后，在露天煤矿内排土场(4)排弃至距离地表高度8米-10米高度时，在内排土场(4)并列布置两块矩形储水区(1-a)和(1-b)；在其底部铺设厚度为3米-5米的压实粘土层，为人工隔水层(8)，所述人工隔水层(8)下表面与上表面分别布置水分传感器(12)；每块储水区(1-a、1-b)内的人工隔水层(8)设置水利坡度，储水区(1-a、1-b)中心的人工隔水层(8)水平高度最低，储水区(1)边缘的人工隔水层(8)水平高度最高；各个储水区(1-a、1-b)的人工隔水层(8)之间相互连接，且人工隔水层(8)在位于露天矿端帮(5)底部位置与原始地层中的隔水层(13)相连接，各个储水区周围均留出施工道路；
(2)人工隔水层(8)上方继续铺放排弃的沙质土或者沙土作为含水层(9)，所述含水层(9)经排弃至距离露天矿内排土场(4)地表高度0.5-1米位置时停止；在储水区(1-a、1-b)地表边缘使用露天矿泥状剥离物堆砌高度20-30厘米、底宽1米的阻水挡墙(11)；同时在每个储水区(1-a、1-b)中心位置布置垂直取水井(2)，所述取水井(2)井筒底部安装过滤网(14)，所述过滤网(14)底部与人工隔水层(8)上表面相平，井筒采用直径为1米的预制混凝土管，取水井最上部混凝土管上表面高出所述含水层(9)表面0.5-1米；
(3)随着内排土场(4)在露天矿推进方向不断延伸，再与两块已有储水区(1-a、1-b)连续并列布置两块除水区(1-c、1-d)，且露天矿推进方向由所述内排土场(4)指向采场(6)；
(4)当年秋季末期，露天矿剥离工作停止，待空气最低温度下降至零下5度到零下10度后，将地表径流或者坑底涌水通过管路输送至储水区(1)，直至储水区(1)表层出现5-10厘米积水且取水井中(2)的水面与含水层(9)上表面相平时停止注水；
(5)冬季冰冻时期，储水区(1)表层冰层消失或取水井(2)中的水面高度低于含水层(9)上表面时，继续向储水区(1)注水，确保储水区(1)表层出现5厘米-10厘米冰层厚度或取水井(2)中的水面与含水层(9)上表面相平时再停止注水；
(6)次年春季储水区(1)内冰层融化，使用水泵从取水井(2)中将储水抽取输送到矿区需水地点，取水先从靠近采场(6)的储水区(1)开始；储水抽取后，将取水井(2)掩埋，所述阻水挡墙(11)拆除，将矿区地表腐殖土或腐殖土的替代材料排弃至含水层上部作为复垦层(10)；所述复垦层(10)铺设完成后，内排土场(4)完成全部排土计划，实际排土高度达到最终高度，在复垦层(10)上部种植草木，进行露天煤矿内排土场(4)的复垦工作。
2.根据权利要求1所述的一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，步骤1中的所述水利坡度设置为3‰—5‰的倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，其中任何一块储水区人工隔水层(8)上下表面的所述水分传感器(12)数值相差小于80％时，停止向储水区(1)注水，且次年抽水时，首先从该储水区(1)抽取。
4.根据权利要求1所述的一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，每一年秋季最后设置的储水区边缘与内排土场(4)靠近采场一侧的边坡坡顶线之间设置安全距离(3)，长度为50-80米。
5.根据权利要求1所述的一种北方露天煤矿水资源存储及调配方法，其特征在于，相邻年份构筑的人工隔水层(8)的连接处50米范围内以及靠近端帮(5)附近的人工隔水层(8)与该地区原始地层中的隔水层(13)连接处50米范围内的人工隔水层(8)厚度增加2-3米，保证各类隔水层之间接续充分，防止各类隔水层不均匀沉降造成断层。
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