CN113622364B - 一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法 - Google Patents

一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，包括如下步骤：S1：划定即将建设的储水区，在储水区一侧延伸出一条运输坡道，且坡道下方保留一段水平面，作地下水库使用；S2：在储水区的下表面及运输坡道表面铺设粘土层并机械压实，作为地下水库底部隔水层和挡水坝；S3：在非储水区排土工作线上，将其划分为排弃区和收集区；S4：建设地下水库过滤层；S5：从上部台阶向下排弃储水物料；S6：开设监测井和注水井，在监测井和抽水井内安装检测设备；S7：建设一道隔水挡墙；S8：开设抽水井、监测井和注水井。本发明方法缓解贫水区经济发展与水资源量的矛盾，有利于矿区扰动生态系统的恢复，施工难度小。

Description

一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设 方法
技术领域
本发明具体涉及一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，属于煤矿开采领域。
背景技术
大型露天矿开发过程中，破碎、扰动、运移地层物料过程中会破坏地下含水层的完整性和连续性，产生矿坑涌水，不仅影响露天矿正常生产，而且会加剧区域水资源短缺，影响矿区生态和工农业生产用水。我国的内蒙古、山西、新疆、甘肃等地区本就水资源匮乏，大型露天矿的开发释放了地下水资源，若不加以储存和利用必将进一步加剧区域水资源供应与经济发展的矛盾。因此，针对贫水地区矿产资源开发和国民经济发展的需求，亟需开发一种利用露天矿采场空间和采剥物料储存矿坑水的方法。
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适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，以解决
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，包括如下步骤：
S1：将露天矿内排土场靠近端帮一侧的原始含水层周围区域，划定即将建设的储水区，所述储水区的长度为整个排土工作线长度的1/5～1/4，储水区的下表面与原始含水层下表面平齐，储水区下表面以下的台阶，用来排弃5-10m厚度的易胶结的泥岩类物料作为人工隔水层，所述人工隔水层连接端帮两侧的原始隔水层，人工隔水层以下则排弃露天矿一般排弃物；在储水区一侧，由其下表面开始，呈倾斜状自下而上延伸出一条用于卡车行驶的运输坡道，坡度为8％～10％，且坡道下方保留一段水平面，作地下水库使用，坡道和底部平面均使用设备压实；
S2：在储水区的下表面及运输坡道表面铺设3～5m的粘土层并机械压实，作为地下水库底部隔水层和挡水坝；
S3：在非储水区排土工作线上，将其划分为排弃区和收集区，每段长度200～300m，卡车分段交替排弃砂砾岩类水稳定性好的物料，利用物料在坡面自然滚落形成的分级，收集台阶坡角处大块物料运往储水区排弃，作为储水物料；
S4：在地下水库靠近端帮边坡的一侧建设一个宽度为原始含水层高度2-3倍的细颗粒砂砾岩或砂条带，作为地下水库过滤层；
S5：在储水区内，从上部台阶向下排弃储水物料，利用物料由高台阶排弃的自身重力，实现物料自然分选并且物料之间可留有空隙，用于储水；
S6：储水物料排弃至超出原始含水层后，从储水区地表向下开设监测井和注水井，在露天矿端帮外开设抽水井，在监测井和抽水井内安装检测设备，了解库内水位，并通过注水量和抽水量控制库内水位；
S7：当水库建设长度超过水库高度的20～30倍时，利用粘土或人工加强胶结处理的泥岩类物料在地下水库内建设一道隔水挡墙，连接露天矿端帮和采场内由运输坡道构建的挡水坝；
S8：抽水井设置在端帮边坡外20～30m处，在露天矿端帮揭露前开挖，兼做疏干井、边坡监测井等使用；监测井布置于露天矿采场内、过滤层外侧，当地下水库分段外的监测井出现水位上升时停止注水；当地下水库分段内监测井水位超过警戒水位时强制启动抽水井；不作业的注水井兼做监测孔，观测注抽过程中库内水位变化；注水井布置于地下水库剖面中线处，每个分段布置2～3个，从远离露天矿采场的孔开始注水。
优选的，步骤S6中的储水物料排弃高度为高出原始含水层高度3-5m。
优选的，当露天矿开采过程中矿坑水较为丰富时，步骤S1中在露天矿两侧端帮各建设一个地下水库。
优选的，步骤S3中的坡角处的大块物料粒径大于5cm。
本发明的有益效果为：
(1)利用露天矿采场空间和剥离物构建地下水库，实现矿坑水的保存与利用，缓解贫水区经济发展与水资源量的矛盾。
(2)利用剥离物的运输、排土过程优选和加工建库物料，成本低、与生产协调性好。
(3)地下水库与近地表含水层连通，利用注入的符合要求的矿坑水提升周边近地表含水层水位，有利于矿区扰动生态系统的恢复。
(4)在露天矿坑周边布置取水井，施工难度小，并可利用超前布置的取水井监测露天开采造成的地下水变化。
附图说明
图1是地下水库建设后露天矿的主视图；
图2是地下水库建设后露天矿的俯视图；
图3是监测井和注水井安装的俯视图；
图4是监测井、注水井和抽水井安装位置的剖视图。
图中，1-端帮，2-原始含水层，3-储水区，4-人工隔水层，5-原始隔水层，6-运输坡道，7-底部隔水层，8-挡水坝，9-排弃区，10-收集区，11-地下水库过滤层，12-监测井，13-注水井，14-抽水井，15-隔水挡墙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，其特征在于，包括如下步骤：
如图1、2所示，S1：将露天矿内排土场靠近端帮1一侧的原始含水层2周围区域，划定即将建设的储水区3，所述储水区3的长度为整个排土工作线长度的1/5～1/4，储水区3的下表面与原始含水层2下表面平齐，储水区3下表面以下的台阶，用来排弃5-10m厚度的易胶结的泥岩类物料作为人工隔水层4，所述人工隔水层4连接端帮1两侧的原始隔水层5，人工隔水层4以下则排弃露天矿一般排弃物；在储水区3一侧，由其下表面开始，呈倾斜状自下而上延伸出一条用于卡车行驶的运输坡道6，坡度为8％～10％，且坡道下方保留一段水平面，作地下水库使用，坡道和底部平面均使用设备压实；压实后提高排弃物料的表面密实性和阻水性能。当露天矿开采过程中矿坑水资源较为丰富时，在露天矿两侧端帮1各建设一个地下水库，左右两侧同时开工可以起到双倍的储水能力，且节约了施工面积。
S2：在储水区3的下表面及运输坡道6表面铺设3～5m的粘土层并机械压实，作为地下水库底部隔水层7和挡水坝8；
S3：在非储水区排土工作线上，将其划分为排弃区9和收集区10，每段长度200～300m，卡车分段交替排弃砂砾岩类水稳定性好的物料，利用物料在坡面自然滚落形成的分级，收集台阶坡角处大块物料运往储水区3排弃，作为储水物料。优选的，大块物料粒径大于5cm，粒径过小的物料储水效率不高，会过度混合减少储水量，但粒度过大的物料则会造成施工难度加大。
S4：在地下水库靠近端帮1边坡的一侧建设一个宽度为原始含水层2高度2-3倍的细颗粒砂砾岩或砂条带，作为地下水库过滤层11；
S5：在储水区3内，从上部台阶向下排弃储水物料，利用物料由高台阶排弃的自身重力，实现物料自然分选并且物料之间可留有空隙，用于储水；
S6：储水物料排弃至超出原始含水层2后，从储水区3地表向下开设监测井12和注水井13，在露天矿端帮1外开设抽水井14，在监测井12和抽水井14内安装检测设备，了解库内水位，并通过注水量和抽水量控制库内水位；为了达到最好的储水效率，减少施工作业量，将储水物料排弃高度为高出原始含水层2高度3-5m，此高度可在施工安全的基础上最大效率的增大储水的效率，为最优选方案。
S7：当水库建设长度超过水库高度的20～30倍时，利用粘土或人工加强胶结处理的泥岩类物料在地下水库内建设一道隔水挡墙15，连接露天矿端帮1和采场内由运输坡道6构建的挡水坝8；
S8：抽水井14设置在端帮1边坡外20～30m处，在露天矿端帮1揭露前开挖，兼做疏干井、边坡监测井12等使用；监测井12布置于露天矿采场内、过滤层外侧，当地下水库分段外的监测井12出现水位上升时停止注水；当地下水库分段内监测井12水位超过警戒水位时强制启动抽水井14；不作业的注水井13兼做监测孔，观测注抽过程中库内水位变化；注水井13布置于地下水库剖面中线处，每个分段布置2～3个，从远离露天矿采场的孔开始注水，如图3、4所示。
本发明中建设地下水库的工作原理为：
沿露天矿端帮1超前布置抽水井14，可监测露天矿生产和排土修复过程中的地下水位变化，并随着地下水库建设和含水层水位提高启用为抽水井14，将净化后的矿坑水通过注水井13灌注到地下水库中。在保证地下水库内的水不回流至矿坑的前提下，向地下水库内持续注水，并通过监测孔和不使用的监测孔确保排土场内水位不超过设计的地下水库高度，当抽水井14监测到端帮1外含水层水位显著提高后，根据露天矿用水需求启动抽水泵，并通过监测井12和注水井13观察地下水库的水位变化。

Claims (4)

1.一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将露天矿内排土场靠近端帮(1)一侧的原始含水层(2)周围区域，划定即将建设的储水区(3)，所述储水区(3)的长度为整个排土工作线长度的1/5～1/4，储水区(3)的下表面与原始含水层(2)下表面平齐，储水区(3)下表面以下的台阶位置，用来排弃5-10m厚度的易胶结的泥岩类物料作为人工隔水层(4)，所述人工隔水层(4)连接端帮(1)两侧的原始隔水层(5)，人工隔水层(4)以下则排弃露天矿一般排弃物；在储水区(3)一侧，由其下表面开始，呈倾斜状自下而上延伸出一条用于卡车行驶的运输坡道(6)，坡度为8％～10％，且坡道下方保留一段水平面，作地下水库使用，坡道和底部平面均使用设备压实；
S2：在储水区(3)的下表面及运输坡道(6)表面铺设3～5m的粘土层并机械压实，作为地下水库底部隔水层(7)和挡水坝(8)；
S3：在非储水区的排土工作线上，将其划分为排弃区(9)和收集区(10)，每段长度200～300m，卡车分段交替排弃砂砾岩类水稳定性好的物料，利用物料在坡面自然滚落形成的分级，收集台阶坡角处的大块物料运往储水区(3)排弃，作为储水物料；
S4：在地下水库靠近端帮(1)边坡的一侧建设一个宽度为原始含水层(2)高度2-3倍的细颗粒砂砾岩或砂条带，作为地下水库过滤层(11)；
S5：在储水区(3)内，从上部台阶向下排弃储水物料，利用物料由高台阶排弃的自身重力，实现物料自然分选并且物料之间可留有空隙，用于储水；
S6：储水物料排弃至超出原始含水层(2)后，从储水区(3)地表向下开设监测井(12)和注水井(13)，在露天矿端帮(1)外开设抽水井(14)，在监测井(12)和抽水井(14)内安装检测设备，了解库内水位，并通过注水量和抽水量控制库内水位；
S7：当水库建设长度超过水库高度的20～30倍时，利用粘土或人工加强胶结处理的泥岩类物料在地下水库内建设一道隔水挡墙(15)，连接露天矿端帮(1)和采场内由运输坡道(6)构建的挡水坝(8)；
S8：抽水井(14)设置在端帮(1)边坡外20～30m处，在露天矿端帮(1)揭露前开挖，兼做疏干井、边坡监测井(12)等使用；监测井(12)布置于露天矿采场内、过滤层外侧，当地下水库分段外的监测井(12)出现水位上升时停止注水；当地下水库分段内监测井(12)水位超过警戒水位时强制启动抽水井(14)；不作业的注水井(13)兼做监测孔，观测注抽过程中库内水位变化；注水井(13)布置于地下水库剖面中线处，每个分段布置2～3个，从远离露天矿采场的注水井(13)开始注水。
2.根据权利要求1所述的一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，其特征在于，步骤S6中的储水物料排弃高度为高出原始含水层(2)高度3-5m。
3.根据权利要求2所述的一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，其特征在于，当露天矿开采过程中矿坑水较为丰富时，步骤S1中在露天矿两侧端帮(1)各建设一个地下水库。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于深度大于100m的贫水区露天矿地下水库的建设方法，其特征在于，步骤S3中的坡角处的大块物料粒径大于5cm。
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