快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝的製作方法
2023-12-10 05:24:46 1
專利名稱：快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種礦產資源露天採掘工藝。
背景技術：
迄今為止，國內外礦床露天開採工藝中的廢石剝離、廢石的運輸與排放、廢石場的復墾與綠化、邊坡的維護等幾個重要環節是相對獨立的，獨立進行設計、施工與管理，指導思想是滿足上下工藝環節之間的產能要求並節約成本。
通常露天礦山開採是從一端向另一端連續推進，形成較大範圍的巖土體擾動與地面環境破壞，開採過程中形成的最終邊坡可能存在幾年甚至幾十年，需要完成大量的邊坡維護工作，耗費大量資金，還可能出現滑坡等工程地質災害，給人民的生命財產帶來損失。對於有廢石內排條件的礦山，一般都會開展廢石的坑內排放，這種排放主要是考慮節約廢石運輸成本，沒有把它與最終邊坡的及時、完全、最終的治理結合起來。如圖1所示，這是當前國內外露天礦山普遍採用的剝離廢石的坑內排放方式，它是在礦坑由一端向另一端開採推進的過程中，把工作面剝離的廢石，運到後方最終邊坡一端去排放，漸次推進，通常不考慮左右兩個最終邊坡的優先排土與護坡。
發明內容
本發明的目的在於提供一種快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝，該工藝具有運輸成本低、邊坡維護成本低、快速恢復生態環境的特點。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝，其特徵在於它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開採剝離出的礦體，形成滿足採剝作業要求最小尺寸a的初始採剝工作面4(如圖5所示)；(2)在採剝推進方向上，把採剝範圍劃分為左幫區1、中區2和右幫區3，把每個區分為2-1000個分段，每推進100-200米為一分段，從初始採剝工作面4開始為第一分段5(如圖8所示)；(3)首先進行左幫區、右幫區第一分段的剝離與採礦，第一分段中區的採剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內部排放，用於露天礦後部邊坡6(包含左幫區、右幫區部分後部邊坡)的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成後部邊坡的永久護坡治理(如圖8所示)；(4)對於完成邊坡治理的分段，立即復墾綠化或混凝土覆蓋，恢復生態；
(5)第二步是進行左幫區、右幫區第二分段的剝離與開採，剝離的廢石用於第一分段邊坡的護坡回填，中區採剝工作面跟進，中區剝離廢石用於其後方採空區就近回填，回填到位的地段立即復墾綠化或混凝土覆蓋，恢復生態；(6)從第二步起，進入正常的生產循環，如此分段推進，直至礦山開採完畢，生態恢復也進行完畢；(7)對於從中部形成初始採剝工作面的礦山，可以形成兩個採剝工作面，採用上述工藝，反向推進。
本發明採用分段開採、排土壓坡快速治理邊坡與恢復生態相結合，具有如下優點就近排土壓坡，縮短廢石運輸距離，降低運輸成本低；最終邊坡臨空時間短，從而可加陡最終邊坡角以減少廢石剝離量；把排土壓坡作為邊坡維護的主要手段，迅速實現邊坡的永久治理，邊坡維護成本低；把露天礦大範圍的巖體開挖對地表環境的破壞，縮小為小分段的局部破壞，有利於環境保護；快速恢復生態環境。
在乾旱特別是沙漠等沒有條件進行綠化的地方，把排土層壓實後，在其上部用薄層混凝土覆蓋，避免揚沙破壞環境，達到固沙的效果，其效果顯然優於地下開採引起的地表破壞與沉陷狀態下的固沙效果。治理方法有如公路對裸露巖石邊坡的治理。該工藝適用於各種地區，特別是乾旱、沙漠、高寒等生態脆弱地區礦床的環保開採。
圖1為現有的露天礦剝離廢石的坑內排放示意圖，圖中箭頭表示推進方向。
圖2為露天礦剝離廢石的排土護坡與復墾生態恢復示意圖，它表示了本發明工藝的總體狀況，該圖表示露天礦由南向北推進，分段開挖、排土護坡與復墾的情況；圖中箭頭表示推進方向。
圖3是圖2沿A-A線剖視圖。
圖4是圖2沿B-B線剖視圖。
圖5為露天礦初始採剝工作面示意圖，通過剝離廢石的外排與採礦，形成初始採剝工作面。
圖6是圖5沿C-C線剖視圖。
圖7是圖5沿D-D線剖視圖。
圖8為左幫區、右幫區第一分段的剝離與採礦示意圖，該分段剝離的廢石在礦坑內部排放，用於露天礦後部邊坡及左幫區、右幫區部分邊坡的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成後部邊坡的永久護坡治理與復墾綠化。
第二分段以後的採剝、邊坡治理與復墾綠化進入正規循環，見圖2。
圖9是圖8沿E-E線剖視圖。
圖10是圖8沿F-F線剖視圖。
圖中1-左幫區，2-中區，3-右幫區，4-初始採剝工作面，5-第一分段，6-露天礦後部邊坡，7-綠化物(如樹或草)，a-採剝作業要求最小尺寸。
具體實施例方式
如圖2、圖3、圖4所示，快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝，它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開採剝離出的礦體，形成滿足採剝作業要求最小尺寸a(一般為50-100米)的初始採剝工作面4(如圖5、圖6、圖7所示)；(2)在採剝推進方向上，把採剝範圍劃分為左幫區1、中區2和右幫區3(如圖8所示)，在滿足採剝作業要求最小尺寸的條件下，把每個區分為2-1000個分段，如圖8所示，每推進100-200米為一分段，從初始採剝工作面4開始為第一分段5；(3)首先進行左幫區、右幫區第一分段的剝離與採礦，第一分段中區的採剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內部排放，用於露天礦後部邊坡6(如圖8所示，包含左幫區、右幫區部分後部邊坡)的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成後部邊坡的永久護坡治理；(4)對於完成邊坡治理的分段，立即復墾綠化(如圖9、圖10所示，種上綠化物7)或混凝土覆蓋，恢復生態；(5)第二步是進行左幫區、右幫區第二分段的剝離與開採，剝離的廢石用於第一分段邊坡的護坡回填，中區採剝工作面跟進，中區剝離廢石用於其後方採空區就近回填，回填到位的地段立即復墾綠化或混凝土覆蓋，恢復生態；(6)從第二步起，進入正常的生產循環，如此分段推進，直至礦山開採完畢，生態恢復也進行完畢；(7)對於從中部形成初始採剝工作面的礦山，可以形成兩個採剝工作面，採用上述工藝，反向推進。
本發明的主要理論依據(1)巖石力學邊坡治理壓腳理論的發展在巖石力學與工程上，人們常把病害邊坡的主要治理方法歸結為「削頂、加固、壓腳」，這是指在穩定性不能滿足安全要求的邊坡的上部進行巖土開挖，把開挖的巖土運走，從而削減邊坡上部的負荷，稱為削頂；在邊坡的中部採用合適的手段如錨杆、錨索或抗滑樁進行加固；在邊坡的下部排放巖土壓住坡腳，增加抗滑力。它們是當前綜合治理邊坡、避免滑塌的最有效的措施與方法。
本項發明是把巖石力學關於治理邊坡三大主要技術措施之一的「壓腳」往上發展，即不但壓腳，還逐漸「壓腰」、「壓胸」，甚至「壓臉」，用剝離或井下掘進產出的廢石與表土，全面壓住高陡的最終邊坡，使之形成穩定的緩坡，消除最終邊坡滑塌的安全隱患。
(2)儘快恢復生態環境最終邊坡分段快速開挖、快速回填、快速植草造林，可以有計劃地儘快恢復生態環境，避免傳統開採方法使開挖後的土巖長期裸露、失去植被覆蓋破壞環境，把礦山開採對環境的影響降到最小。採用復墾技術，對回填的土巖進行土壤改良，儘快種植適於該地的優良草木，恢復原有的生態環境，甚至使恢復的環境優於原有的環境。
在乾旱特別是沙漠等沒有條件進行綠化的地方，把排土層壓實後，在其上部用薄層混凝土覆蓋，避免揚沙破壞環境，達到固沙的效果，其效果顯然優於地下開採引起的地表破壞與沉陷狀態下的固沙效果。治理方法有如公路對裸露巖石邊坡的治理。
(3)節約運輸費用與減少坑外排土場地的佔用露天開採剝離的廢石量通常比採出礦石量大幾倍甚至十幾倍，在生產成本中佔有重要比重。在適宜的條件下進行廢石的坑內排放，可以減少廢石運距，節約坑外排土場的佔用，節約排土場用地，節約排土場的維護費用。現有露天礦傳統採用的剝離廢石坑內排放方法是在礦床由一端向另一端開採推進過程中，把前端工作面剝離的巖土運到露天坑後端排棄，依然有數百公尺甚至數千公尺的運輸距離。
本發明是有計劃地、儘快地把露天礦後端與左右兩側的最終邊坡開闢為最近的內排土場，採用就近剝離的巖土對新開挖的露天最終邊坡進行回填，運輸距離通常只有幾十米到幾百米，可以大大縮短廢石的運距；運用礦山工業工程、礦山系統工程與物流工程的理論，對礦山剝離廢石的運輸進行優化，使巖土的運輸功最小，大大降低它的運輸費用。
本發明的有益效果(1)縮短巖土排放的運輸距離一個大型礦山的年廢石運輸量可達數千萬噸，運輸費用可達數億元；本發明即使縮短運距幾分之一，也可達數千萬元。
(2)縮短最終邊坡臨空的時間加陡邊坡角我國露天礦的最終邊坡角普遍趨於保守，專家認為，與國外大型礦山相比，我國大型露天礦的邊坡角普遍緩5°左右，而一個年產300～1000萬噸的礦山，邊坡角每提高1°，就可減少剝離量0.5～1.5億噸，節約投資1～3億元(蔡美峰中國金屬礦山20世紀的發展前景評述，中國礦業，2001(1)11～13)。
本發明可將傳統的露天礦最終邊坡從臨空數年到一、二十年，縮短到幾個月到一、二年，從而可把露天礦的最終邊坡角提高5～8°，節省露天礦巨大的廢石剝離費用。
(3)節約大量邊坡維護與治理費用由於用簡便的方法迅速實現最終邊坡的永久性治理，可以節約大量邊坡的維護與治理費用。以平朔煤炭工業公司安家嶺露天礦北部最終邊坡為例，2005年採取「削頂」減荷的方法治理滑塌邊坡，搬走邊坡上部黃土60萬立方米，花費350萬元，使邊坡暫時處於穩定狀態，但未從根本上解決該邊坡的穩定性問題。顯然，排土壓住該邊坡後，就無需再對它進行治理了。
(4)節約坑外排土場佔地與排土場維護費用由於提前進行剝離巖土的內排，加大內排的巖土總量，可以節約坑外排土場佔地與排土場維護費用。
(5)廢石壓坡內排有利於改善地下開採巖體的穩定性本發明對於露天坑的廢石回填，可以使邊坡表面巖體處於三向受力狀態，並使地下開採掘進與生產爆破產生的地震波傳遞到邊坡巖體表面時，部分地震波可以入射進入充填廢石內傳播而耗散，減少了折射的地震波所形成的拉應力的數值及其對邊坡巖體可能產生的破壞，有利於地下巖體工程的穩定，減少了地下開採的巷道維護費用，減少了邊坡滑塌與地下巷道垮塌事故的發生概率。
(6)快速恢復生態環境從礦段的開挖、回填到植樹造林，周期只有幾個月到一、二年，可以把把最終邊坡巖土和排土場的裸露時期縮短到幾分之一，大大消除了礦山開採對環境的負面影響，有利於礦業的可持續發展。
權利要求
1.快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝，其特徵在於它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開採剝離出的礦體，形成滿足採剝作業要求最小尺寸a的初始採剝工作面4；(2)在採剝推進方向上，把採剝範圍劃分為左幫區1、中區2和右幫區3，把每個區分為2-1000個分段，每推進100-200米為一分段，從初始採剝工作面4開始為第一分段5；(3)首先進行左幫區、右幫區第一分段的剝離與採礦，第一分段中區的採剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內部排放，用於露天礦後部邊坡6的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成後部邊坡的永久護坡治理；(4)對於完成邊坡治理的分段，立即復墾綠化或混凝土覆蓋，恢復生態；(5)第二步是進行左幫區、右幫區第二分段的剝離與開採，剝離的廢石用於第一分段邊坡的護坡回填，中區採剝工作面跟進，中區剝離廢石用於其後方採空區就近回填，回填到位的地段立即復墾綠化或混凝土覆蓋，恢復生態；(6)從第二步起，進入正常的生產循環，如此分段推進，直至礦山開採完畢，生態恢復也進行完畢；(7)對於從中部形成初始採剝工作面的礦山，可以形成兩個採剝工作面，採用上述工藝，反向推進。
全文摘要
本發明涉及一種礦產資源露天採掘工藝。快速排土護坡與生態恢復的露天礦開採工藝，其特徵在於，在露天礦的一端或中部用常規的方法，一旦完成初始採剝工作面的剝離和採礦後，在礦床開採的方向上，將開採工作面劃分為左幫區、中區與右幫區，並進一步將它們劃分為若干較小的分段，以分段為單位，漸進開展剝離、採礦、壓坡回填、復墾綠化或混凝土覆蓋，以剝離廢石就近排土壓坡作為最主要的邊坡永久治理方法，迅速恢復生態。該工藝具有運輸成本低、邊坡維護成本低、快速恢復生態環境的特點。該工藝適用於各種地區，特別是乾旱、沙漠、高寒等生態脆弱地區礦床的環保開採。
文檔編號E21C47/00GK1888391SQ20061001970
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月25日 優先權日2006年7月25日
發明者張世雄, 王官寶, 任高峰 申請人:武漢理工大學