專利名稱：一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黃土區(qū)露天礦排土場微地形改造方法，主要用于在氣候干旱、生態(tài)環(huán)境脆弱的黃土高原區(qū)大型露天煤礦排土場。
背景技術(shù)：
黃土高原面積廣闊，地跨晉、陜、甘、寧、內(nèi)蒙、青、豫七省，年降水量為150 800mm,多集中于6 9月，其降水總量占全年降水量的55% 78%，屬于典型的大陸季風(fēng)氣候特征，冬季寒冷，夏季溫暖濕潤，雨熱同步。光能源豐富，年總輻射量為50. 2 67. 0X104J · cm_2。年平均氣溫3. 6 14. 3°C，其水平分布和垂直分布差異很大。年蒸發(fā)量普遍高于實際降水量，蒸發(fā)量變動于1400 2000mm之間，其總趨勢是南低北高，東低西高。黃土高原的土壤主要為風(fēng)成黃土，具有明顯的地帶性。主要地貌類型有丘陵、高原、階地、平原、土石山地等。黃土高原水土流失面積已達(dá)43X 104km2，水土流失嚴(yán)重的面積為 28 X 104km2,水土流失帶走了表層肥沃土壤,造成土壤貧瘠、土地生產(chǎn)力降低。我國露天煤礦大多處于干旱、半干旱的生態(tài)脆弱區(qū)，如平朔礦區(qū)、準(zhǔn)格爾礦區(qū)位于黃土高原水土流失嚴(yán)重區(qū)。開礦必然造成環(huán)境的破壞，露天開采尤為嚴(yán)重。首先，由于露天開采是將覆蓋在礦床上的表土和巖層全部剝離，所造成的地表破壞面積明顯大于地下開采方法。其次，露天開采多采用土石混排大型機(jī)械壓實的排土工藝，在原地貌上形成采掘場、內(nèi)排土場和外排土場等全新的人工地貌，出現(xiàn)了非均勻沉降和地表嚴(yán)重壓實問題，徹底改變了原地貌的性質(zhì)，對所在區(qū)域的降水等自然因素進(jìn)行了重新分配、組合。地表覆蓋物滲透率降低，降水到達(dá)地面后迅速起流，并沿裂縫流動，極易造成土壤侵蝕、滑坡等自然災(zāi)害。根據(jù)平朔礦區(qū)安太堡露天礦的研究現(xiàn)狀，在排土場新造地貌上，擊濺、面蝕、細(xì)溝侵蝕、淺溝侵蝕、沉陷侵蝕、沙礫化面蝕、土礫瀉溜和坡面泥石流等水土流失形式出現(xiàn)頻繁和發(fā)生程度都明顯強于原地貌。白中科等在安太堡排土場的實驗估測，黃土區(qū)露天礦開采造成的水土流失量約是開米前的I. 4 2. 8倍。目前的技術(shù)中，黃土區(qū)排土場一般平臺之間的邊坡土體松散，干密度僅為O.9 I. 2g/cm3。排土場在達(dá)設(shè)計標(biāo)高前，常規(guī)做法是排土場表層覆一層厚黃土并用重型機(jī)械碾壓至實。排土場表層土壤嚴(yán)重壓實，干密度達(dá)I. 5 I. 9g/cm3，滲透系數(shù)為O. 3 O. 4mm/min0露天采礦排土場表層下松散堆積狀態(tài)和表層土壤層嚴(yán)重壓實的狀況，容易造成地表徑流的大量匯集，引起變坡面的切溝、崩塌、滑坡，嚴(yán)重的還可能誘發(fā)泥流或者泥石流。另夕卜，傳統(tǒng)的排水溝將排土場上的積水從上往下排放，由于排土場為階梯狀，排水溝必須經(jīng)過邊坡，高差達(dá)30m左右。遇上暴雨時，大量排水沖刷邊坡，造成邊坡?lián)p毀，引發(fā)滑坡等自然災(zāi)害。同時，原有排水溝容易被土石混排物料堵塞，使地表徑流排泄困難，加之排土場的非均勻沉降產(chǎn)生的裂隙使降水沿裂隙快速下滲，在排土場上容易形成大孔隙、盲洞等，地表徑流匯集到大孔隙和盲洞流入排土場深層甚至基底，便成為排土場穩(wěn)定的隱患
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，以解決目前黃土區(qū)露天煤礦排土場構(gòu)筑方法中水土保持和水資源利用方面存在的問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，包括以下步驟步驟A:排土場排棄到位后對排土場頂部平臺及坡間平臺進(jìn)行局部平整，在頂部平臺的邊坡坡肩長度方向的一側(cè)位置修筑擋水墻；步驟B :在頂部平臺及坡間平臺上布設(shè)田間道和生產(chǎn)路，利用田間道和生產(chǎn)路將平臺劃分成I至多個大田塊作為蓄水單元；可以根據(jù)排土場的大小確定，優(yōu)選 為10至30個。步驟C :在步驟B所述蓄水單元內(nèi)修筑田埂，利用田埂將所述大田塊分為若干小田塊；步驟D :用推土的方法進(jìn)行地表整形，將地表修筑為一定程度的起伏狀態(tài)，并使得夕卜圍小田塊的地面標(biāo)聞依次聞于內(nèi)部小田塊的地面標(biāo)聞。畜水單兀內(nèi)部小田塊的聞差使得大田塊地表起伏并呈現(xiàn)四周高中心低的形狀，可以匯集地表徑流，聚集于大田塊中心，避免地表徑流沖刷邊坡。本發(fā)明的有益效果是將露天采礦排土場通過田間道和生產(chǎn)路劃分為若干個蓄水單元，再在所述蓄水單元內(nèi)布設(shè)田埂，再通過田埂將每個蓄水單元分成若干小單元形成四周高、中間低的微地形，降雨所產(chǎn)生的徑流隨地形匯集到中央，且在頂部平臺上設(shè)置有擋水墻，避免徑流沖刷邊坡。便于單元內(nèi)水分的下滲，將其儲存于土體內(nèi)，為排土場平臺快速回復(fù)植被創(chuàng)造了條件。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，還包括步驟E :在步驟A所述頂部平臺上的臨近所述邊坡坡肩的所述蓄水單元與所述擋水墻之間設(shè)坡肩防護(hù)林。所述防護(hù)林可以為2至5行，優(yōu)選3行。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是在所述頂部平臺上的臨近所述邊坡坡肩的所述蓄水單元與所述擋水墻之間設(shè)坡肩防護(hù)林，可以起到固土，促進(jìn)水分下滲的作用。進(jìn)一步，還包括步驟F :在所述頂部平臺及坡間平臺上的田間道和生產(chǎn)路的兩側(cè)開設(shè)道路蓄水溝；在所述坡間平臺的邊坡坡腳一側(cè)設(shè)置邊坡蓄水溝，所述道路蓄水溝與所述邊坡蓄水溝相連通。道路蓄水溝修筑于田間道和生產(chǎn)路的兩側(cè)，溝口寬I. 2m，溝底寬O. 4m，溝深O. 4m,邊坡系數(shù)I ;邊坡蓄水溝修筑于距離坡腳5m處，坡腳與蓄水溝之間種植三行喬木防護(hù)林，邊坡蓄水溝溝口寬I. 8m,溝底寬O. 8m,溝深O. 6m,邊坡系數(shù)1，同一蓄水單元內(nèi)的邊坡蓄水溝蓄水溝及道路蓄水溝相互連通。采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是在暴雨條件下，道路蓄水溝和邊坡蓄水溝起到蓄積道路徑流和邊坡徑流的作用，減少地表徑流產(chǎn)生，進(jìn)一步增加水分入滲。進(jìn)一步，還包括步驟G :還包括步驟G :在所述邊坡蓄水溝與邊坡坡腳之間設(shè)置有坡腳防護(hù)林；所述道路蓄水溝與田間道和生產(chǎn)路之間設(shè)置有道路防護(hù)林。進(jìn)一步，所述田間道和生產(chǎn)路高出臨近地面O. 5至I米，優(yōu)選為O. 8米。進(jìn)一步，所述擋水墻距離邊坡坡肩O. 8至I. 5米，優(yōu)選I米，所述擋水墻高O. 6至I. 2，優(yōu)選I米，上頂寬I米，下底寬4米，邊坡比1:1.5。進(jìn)一步，所述蓄水單元內(nèi)的外圍小田塊的地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊O. I米。進(jìn)一步，所述大田塊邊長以200米至300米為標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步，所述小田塊邊長為50米，田埂高度為O. 5米。所述田間道的面寬可以為2至5米，田間道的基寬大約為4至6米；生產(chǎn)路的路面寬I至3米，生產(chǎn)路的路基寬2至3進(jìn)一步，所述田間道的面寬優(yōu)選4米，田間道的基寬優(yōu)選5米；生產(chǎn)路的路面寬優(yōu)選2米，生產(chǎn)路的路基寬優(yōu)選2. 6米。


圖I為本發(fā)明排土場頂部平臺微地形蓄水單元平面示意圖；圖2為本發(fā)明排土場坡間平臺微地形蓄水單元平面示意圖；圖3為本發(fā)明排土場頂部平臺微地形蓄水單元剖面示意圖；圖4為本發(fā)明排土場坡間平臺微地形蓄水單元剖面示意圖；圖5安太堡內(nèi)排土場微地形改造典型田塊設(shè)計圖；圖6安家?guī)X內(nèi)排土場微地形改造典型田塊設(shè)計圖；附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下I、田間道，2、生產(chǎn)路，3、道路防護(hù)林，4、道路蓄水溝，5、田埂，6、坡肩防護(hù)林，7、擋水墻，8、邊坡坡肩線，9、邊坡防護(hù)林，10、邊坡蓄水溝，11、邊坡坡腳線。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I、圖2、圖3、圖4所示的排土場微地形蓄水單元平面示意圖。包括以下步驟步驟A :排土場排棄到位后對土地進(jìn)行局部平整，在頂部平臺的邊坡坡肩長度方向的一側(cè)位置修筑擋水墻7 ;所述擋水墻8距離邊坡坡肩線8的距離為I米，所述擋水墻7高I米，上頂寬I米，下底寬4米，邊坡比1:1. 5。步驟B :在頂部平臺及坡間平臺上布設(shè)田間道I和生產(chǎn)路2，利用田間道和生產(chǎn)路2將平臺劃分成I至多個大田塊作為蓄水單元。所述田間道I和生產(chǎn)路2高出臨近地面為O. 8米。所述大田塊邊長以200米至300米為標(biāo)準(zhǔn)。所述田間道I的面寬4米，田間道I的基寬5米；生產(chǎn)路2的路面寬2米，生產(chǎn)路2的路基寬2. 6米。步驟C :在步驟B所述蓄水單元內(nèi)修筑田埂5，利用田埂5將所述大田塊分為若干小田塊；所述小田塊邊長為50米，田埂5高度為O. 5米。步驟D :用推土的方法進(jìn)行地表整形，將地表修筑為一定程度的起伏狀態(tài)，并使得外圍小田塊的地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊的地面標(biāo)高。所述蓄水單元內(nèi)的外圍小田塊的地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊O. I米。步驟E :在步驟A所述頂部平臺上的臨近所述邊坡坡肩的所述蓄水單元與所述擋水墻7之間設(shè)坡肩防護(hù)林6。所述坡肩防護(hù)林6可以為2至5行，優(yōu)選3行。步驟F :在所述頂部平臺及坡間平臺上的田間道I和生產(chǎn)路2的兩側(cè)開設(shè)道路蓄水溝4 ;在所述坡間平臺的邊坡坡腳一側(cè)設(shè)置邊坡蓄水溝10，所述道路蓄水溝4與所述邊坡蓄水溝10相連通。步驟G :在所述邊坡蓄水溝10與邊坡坡腳線11之間設(shè)置有坡腳防護(hù)林9及所述道路蓄水溝4與田間道I和生產(chǎn)路2之間設(shè)置有道路防護(hù)林3。實施例I 如圖5安太堡內(nèi)排土場微地形改造典型田塊設(shè)計圖；安太堡內(nèi)排土場2011年復(fù)墾面積63. 40hm2,為排土場頂部平臺，平臺高程約為1480m，邊坡高30m。通過田間道I和生產(chǎn)路2將整個復(fù)墾區(qū)劃分為16個蓄水單元進(jìn)行微地形改造，在頂部平臺的邊坡坡肩長度方向的一側(cè)位置修筑擋水墻擋水墻7，在田間道I和生產(chǎn)路2的兩側(cè)設(shè)置有道路蓄水溝4，在所述蓄水單元內(nèi)布設(shè)田埂。取安太堡內(nèi)排土場頂部平臺中的一個田塊8舉例說明，田塊長250m，寬150m，總面積37500m2 ；田間道長150m，生產(chǎn)路長500m，道路兩側(cè)布設(shè)道路防護(hù)林帶3和道路蓄水溝4 ；從邊坡坡肩線8由外往里分別布設(shè)擋水墻7和坡肩防護(hù)林6帶。再利用田埂5將田塊8劃分為15個小田塊，分為三等高程，外圍小田塊地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊O. lm，最高高程為1477. 40m，中間高程為1477. 30m，最低高程為1477. 20m, 15個小田塊構(gòu)成中間低，四周高的起伏地形。安太堡內(nèi)排土場2011年復(fù)墾區(qū)域作為排土場微地形改造技術(shù)示范樣地，到目前為止，排土場在水土保持方面收到良好的效果。通過對比改造樣地改造前后土壤的水蝕程度和透水性，得出如下結(jié)論，經(jīng)過微地形改造的排土場平臺O 40cm 土層土壤平均含水量提高11. 3% ;土壤侵蝕模數(shù)2800t/km2 · a,降低了 1700t/km2 · a。邊坡方面，與未進(jìn)行微地形改造區(qū)相比，沒有發(fā)現(xiàn)大沖溝，小沖溝的數(shù)量明顯減少，沒有發(fā)現(xiàn)滑坡塌方的區(qū)域。實施例2如圖6安家?guī)X內(nèi)排土場微地形改造典型田塊設(shè)計圖；安家?guī)X內(nèi)排土場2011年復(fù)墾面積171. 5Ihm2,分為三個臺階,最高平臺高程約為1420m，最低平臺高程約為1340m。通過田間道I和生產(chǎn)路2將整個復(fù)墾區(qū)劃分為26個蓄水單元進(jìn)行微地形改造，擋水墻7、道路蓄水溝4和田埂5四項工程。以安家?guī)X內(nèi)排土場頂部平臺中的一個田塊為例，田塊長250m，寬150m，總面積37500m2 ;田間道總長400m，生產(chǎn)路長250m，田間道I和生產(chǎn)路2兩側(cè)布設(shè)邊坡防護(hù)林9和邊坡蓄水溝10 ;從邊坡坡腳線11由外往里分別布設(shè)邊坡防護(hù)林9和邊坡蓄水溝10。再利用田埂5將田塊劃分為15個小田塊，分為三等高程，外圍小田塊地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊O. lm，最高高程為1411.60m，中間高程為1411. 50m，最低高程為1411. 40m, 15個小田塊構(gòu)成中間低，四周高的起伏地形。安家?guī)X內(nèi)排土場2011年復(fù)墾區(qū)域作為排土場微地形改造技術(shù)示范樣地，到目前為止，排土場在水土保持方面收到良好的效果。通過對比改造樣地改造前后土壤的水蝕程度和透水性，經(jīng)過微地形改造的排土場平臺O 40cm 土層土壤平均含水量提高12. 5% ；水分穩(wěn)滲率由原來的O.提高到O. 25mm/mm, 土壤侵蝕模數(shù)3200t/km2 · a,降低了1300t/km2 · a。邊坡方面，與未進(jìn)行微地形改造區(qū)相比，沒有發(fā)現(xiàn)大沖溝，小沖溝的數(shù)量明顯減少，沒有發(fā)現(xiàn)滑坡塌方的區(qū)域。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟A :排土場排棄到位后對排土場頂部平臺及坡間平臺進(jìn)行局部平整，在頂部平臺的邊坡坡肩長度方向的一側(cè)位置修筑擋水墻； 步驟B:在頂部平臺及坡間平臺上布設(shè)田間道和生產(chǎn)路，利用田間道和生產(chǎn)路將平臺劃分成I至多個大田塊作為蓄水單元； 步驟C :在步驟B所述蓄水單元內(nèi)修筑田埂，利用田埂將所述大田塊分為若干小田塊； 步驟D :用推土的方法進(jìn)行地表整形，將地表修筑為一定程度的起伏狀態(tài)，并使得外圍小田塊的地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊的地面標(biāo)高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，還包括步驟E :在步驟A所述頂部平臺上的臨近所述邊坡坡肩的所述蓄水單元與所述擋水墻之間設(shè)坡肩防護(hù)林。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，還包括步驟F :在所述頂部平臺及坡間平臺上的田間道和生產(chǎn)路的兩側(cè)開設(shè)道路蓄水溝；在所述坡間平臺的邊坡坡腳一側(cè)設(shè)置邊坡蓄水溝，所述道路蓄水溝與所述邊坡蓄水溝相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，還包括步驟G :在所述邊坡蓄水溝與邊坡坡腳之間設(shè)置有坡腳防護(hù)林；所述道路蓄水溝與田間道和生產(chǎn)路之間設(shè)置有道路防護(hù)林。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述田間道和生產(chǎn)路高出臨近地面O. 8米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述擋水墻距離邊坡坡肩I米，所述擋水墻高I米，上頂寬1米，下底寬4米，邊坡比1:1. 5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述蓄水單元內(nèi)的外圍小田塊的地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊O. I米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述大田塊邊長為200米至300米。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述小田塊邊長為50米，田埂高度為O. 5米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，其特征在于，所述田間道的面寬4米，田間道的基寬5米；生產(chǎn)路的路面寬2米，生產(chǎn)路的路基寬2. 6米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種黃土區(qū)大型露天煤礦排土場微地形改造方法，包括以下步驟首先，排土場排棄到位后對土地進(jìn)行局部平整，修筑坡肩擋水墻，然后，通過在平臺上布設(shè)田間道和生產(chǎn)路劃分將平臺劃分成大田塊；其次，利用田埂將大田塊分割為若干小田塊；再次，用推土的方法進(jìn)行地表整形，保證外圍小田塊地面標(biāo)高依次高于內(nèi)部小田塊；最后，修筑道路蓄水溝以及排土場邊坡蓄水溝，形成環(huán)狀連通式進(jìn)行蓄水。本發(fā)明以微地形改造技術(shù)減少排土場地表徑流的產(chǎn)生并增加水分入滲，避免水流匯集發(fā)生水土流失，在確保排土場穩(wěn)定性的同時，更高效地利用了有限的水資源。
文檔編號E02D17/20GK102888849SQ20121040098
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者王金滿, 白中科, 周偉, 葉馳驅(qū), 張召, 薛玉芬, 嚴(yán)慎純, 楊睿璇 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)