專利名稱：快速排土護坡與生態(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦產(chǎn)資源露天采掘工藝。
背景技術(shù)：
迄今為止，國內(nèi)外礦床露天開采工藝中的廢石剝離、廢石的運輸與排放、廢石場的復(fù)墾與綠化、邊坡的維護等幾個重要環(huán)節(jié)是相對獨立的，獨立進行設(shè)計、施工與管理，指導(dǎo)思想是滿足上下工藝環(huán)節(jié)之間的產(chǎn)能要求并節(jié)約成本。
通常露天礦山開采是從一端向另一端連續(xù)推進，形成較大范圍的巖土體擾動與地面環(huán)境破壞，開采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(xiàn)滑坡等工程地質(zhì)災(zāi)害，給人民的生命財產(chǎn)帶來損失。對于有廢石內(nèi)排條件的礦山，一般都會開展廢石的坑內(nèi)排放，這種排放主要是考慮節(jié)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(jié)合起來。如圖1所示，這是當(dāng)前國內(nèi)外露天礦山普遍采用的剝離廢石的坑內(nèi)排放方式，它是在礦坑由一端向另一端開采推進的過程中，把工作面剝離的廢石，運到后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(yōu)先排土與護坡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速排土護坡與生態(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝，該工藝具有運輸成本低、邊坡維護成本低、快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是快速排土護坡與生態(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規(guī)的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開采剝離出的礦體，形成滿足采剝作業(yè)要求最小尺寸a的初始采剝工作面4(如圖5所示)；(2)在采剝推進方向上，把采剝范圍劃分為左幫區(qū)1、中區(qū)2和右?guī)蛥^(qū)3，把每個區(qū)分為2-1000個分段，每推進100-200米為一分段，從初始采剝工作面4開始為第一分段5(如圖8所示)；(3)首先進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第一分段的剝離與采礦，第一分段中區(qū)的采剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內(nèi)部排放，用于露天礦后部邊坡6(包含左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)部分后部邊坡)的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成后部邊坡的永久護坡治理(如圖8所示)；(4)對于完成邊坡治理的分段，立即復(fù)墾綠化或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；
(5)第二步是進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第二分段的剝離與開采，剝離的廢石用于第一分段邊坡的護坡回填，中區(qū)采剝工作面跟進，中區(qū)剝離廢石用于其后方采空區(qū)就近回填，回填到位的地段立即復(fù)墾綠化或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；(6)從第二步起，進入正常的生產(chǎn)循環(huán)，如此分段推進，直至礦山開采完畢，生態(tài)恢復(fù)也進行完畢；(7)對于從中部形成初始采剝工作面的礦山，可以形成兩個采剝工作面，采用上述工藝，反向推進。
本發(fā)明采用分段開采、排土壓坡快速治理邊坡與恢復(fù)生態(tài)相結(jié)合，具有如下優(yōu)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(xiàn)邊坡的永久治理，邊坡維護成本低；把露天礦大范圍的巖體開挖對地表環(huán)境的破壞，縮小為小分段的局部破壞，有利于環(huán)境保護；快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。
在干旱特別是沙漠等沒有條件進行綠化的地方，把排土層壓實后，在其上部用薄層混凝土覆蓋，避免揚沙破壞環(huán)境，達到固沙的效果，其效果顯然優(yōu)于地下開采引起的地表破壞與沉陷狀態(tài)下的固沙效果。治理方法有如公路對裸露巖石邊坡的治理。該工藝適用于各種地區(qū)，特別是干旱、沙漠、高寒等生態(tài)脆弱地區(qū)礦床的環(huán)保開采。


圖1為現(xiàn)有的露天礦剝離廢石的坑內(nèi)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(fù)墾生態(tài)恢復(fù)示意圖，它表示了本發(fā)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(fù)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為露天礦初始采剝工作面示意圖，通過剝離廢石的外排與采礦，形成初始采剝工作面。
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(qū)、右?guī)蛥^(qū)第一分段的剝離與采礦示意圖，該分段剝離的廢石在礦坑內(nèi)部排放，用于露天礦后部邊坡及左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)部分邊坡的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成后部邊坡的永久護坡治理與復(fù)墾綠化。
第二分段以后的采剝、邊坡治理與復(fù)墾綠化進入正規(guī)循環(huán)，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(qū)，2-中區(qū)，3-右?guī)蛥^(qū)，4-初始采剝工作面，5-第一分段，6-露天礦后部邊坡，7-綠化物(如樹或草)，a-采剝作業(yè)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(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝，它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規(guī)的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開采剝離出的礦體，形成滿足采剝作業(yè)要求最小尺寸a(一般為50-100米)的初始采剝工作面4(如圖5、圖6、圖7所示)；(2)在采剝推進方向上，把采剝范圍劃分為左幫區(qū)1、中區(qū)2和右?guī)蛥^(qū)3(如圖8所示)，在滿足采剝作業(yè)要求最小尺寸的條件下，把每個區(qū)分為2-1000個分段，如圖8所示，每推進100-200米為一分段，從初始采剝工作面4開始為第一分段5；(3)首先進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第一分段的剝離與采礦，第一分段中區(qū)的采剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內(nèi)部排放，用于露天礦后部邊坡6(如圖8所示，包含左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)部分后部邊坡)的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成后部邊坡的永久護坡治理；(4)對于完成邊坡治理的分段，立即復(fù)墾綠化(如圖9、圖10所示，種上綠化物7)或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；(5)第二步是進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第二分段的剝離與開采，剝離的廢石用于第一分段邊坡的護坡回填，中區(qū)采剝工作面跟進，中區(qū)剝離廢石用于其后方采空區(qū)就近回填，回填到位的地段立即復(fù)墾綠化或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；(6)從第二步起，進入正常的生產(chǎn)循環(huán)，如此分段推進，直至礦山開采完畢，生態(tài)恢復(fù)也進行完畢；(7)對于從中部形成初始采剝工作面的礦山，可以形成兩個采剝工作面，采用上述工藝，反向推進。
本發(fā)明的主要理論依據(jù)(1)巖石力學(xué)邊坡治理壓腳理論的發(fā)展在巖石力學(xué)與工程上，人們常把病害邊坡的主要治理方法歸結(jié)為“削頂、加固、壓腳”，這是指在穩(wěn)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(fù)荷，稱為削頂；在邊坡的中部采用合適的手段如錨桿、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(dāng)前綜合治理邊坡、避免滑塌的最有效的措施與方法。
本項發(fā)明是把巖石力學(xué)關(guān)于治理邊坡三大主要技術(shù)措施之一的“壓腳”往上發(fā)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(chǎn)出的廢石與表土，全面壓住高陡的最終邊坡，使之形成穩(wěn)定的緩坡，消除最終邊坡滑塌的安全隱患。
(2)盡快恢復(fù)生態(tài)環(huán)境最終邊坡分段快速開挖、快速回填、快速植草造林，可以有計劃地盡快恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，避免傳統(tǒng)開采方法使開挖后的土巖長期裸露、失去植被覆蓋破壞環(huán)境，把礦山開采對環(huán)境的影響降到最小。采用復(fù)墾技術(shù)，對回填的土巖進行土壤改良，盡快種植適于該地的優(yōu)良草木，恢復(fù)原有的生態(tài)環(huán)境，甚至使恢復(fù)的環(huán)境優(yōu)于原有的環(huán)境。
在干旱特別是沙漠等沒有條件進行綠化的地方，把排土層壓實后，在其上部用薄層混凝土覆蓋，避免揚沙破壞環(huán)境，達到固沙的效果，其效果顯然優(yōu)于地下開采引起的地表破壞與沉陷狀態(tài)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(jié)約運輸費用與減少坑外排土場地的占用露天開采剝離的廢石量通常比采出礦石量大幾倍甚至十幾倍，在生產(chǎn)成本中占有重要比重。在適宜的條件下進行廢石的坑內(nèi)排放，可以減少廢石運距，節(jié)約坑外排土場的占用，節(jié)約排土場用地，節(jié)約排土場的維護費用。現(xiàn)有露天礦傳統(tǒng)采用的剝離廢石坑內(nèi)排放方法是在礦床由一端向另一端開采推進過程中，把前端工作面剝離的巖土運到露天坑后端排棄，依然有數(shù)百公尺甚至數(shù)千公尺的運輸距離。
本發(fā)明是有計劃地、盡快地把露天礦后端與左右兩側(cè)的最終邊坡開辟為最近的內(nèi)排土場，采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(yè)工程、礦山系統(tǒng)工程與物流工程的理論，對礦山剝離廢石的運輸進行優(yōu)化，使巖土的運輸功最小，大大降低它的運輸費用。
本發(fā)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(shù)千萬噸，運輸費用可達數(shù)億元；本發(fā)明即使縮短運距幾分之一，也可達數(shù)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于保守，專家認(rèn)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(chǎn)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(jié)約投資1～3億元(蔡美峰中國金屬礦山20世紀(jì)的發(fā)展前景評述，中國礦業(yè)，2001(1)11～13)。
本發(fā)明可將傳統(tǒng)的露天礦最終邊坡從臨空數(shù)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(jié)省露天礦巨大的廢石剝離費用。
(3)節(jié)約大量邊坡維護與治理費用由于用簡便的方法迅速實現(xiàn)最終邊坡的永久性治理，可以節(jié)約大量邊坡的維護與治理費用。以平朔煤炭工業(yè)公司安家?guī)X露天礦北部最終邊坡為例，2005年采取“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，使邊坡暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)，但未從根本上解決該邊坡的穩(wěn)定性問題。顯然，排土壓住該邊坡后，就無需再對它進行治理了。
(4)節(jié)約坑外排土場占地與排土場維護費用由于提前進行剝離巖土的內(nèi)排，加大內(nèi)排的巖土總量，可以節(jié)約坑外排土場占地與排土場維護費用。
(5)廢石壓坡內(nèi)排有利于改善地下開采巖體的穩(wěn)定性本發(fā)明對于露天坑的廢石回填，可以使邊坡表面巖體處于三向受力狀態(tài)，并使地下開采掘進與生產(chǎn)爆破產(chǎn)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(nèi)傳播而耗散，減少了折射的地震波所形成的拉應(yīng)力的數(shù)值及其對邊坡巖體可能產(chǎn)生的破壞，有利于地下巖體工程的穩(wěn)定，減少了地下開采的巷道維護費用，減少了邊坡滑塌與地下巷道垮塌事故的發(fā)生概率。
(6)快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)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，大大消除了礦山開采對環(huán)境的負(fù)面影響，有利于礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
權(quán)利要求
1.快速排土護坡與生態(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝，其特征在于它包括如下步驟(1)在礦體的一端或中部用常規(guī)的方法進行廢石剝離，把廢石排放到外排土場，開采剝離出的礦體，形成滿足采剝作業(yè)要求最小尺寸a的初始采剝工作面4；(2)在采剝推進方向上，把采剝范圍劃分為左幫區(qū)1、中區(qū)2和右?guī)蛥^(qū)3，把每個區(qū)分為2-1000個分段，每推進100-200米為一分段，從初始采剝工作面4開始為第一分段5；(3)首先進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第一分段的剝離與采礦，第一分段中區(qū)的采剝跟進，形成凹形；剝離的廢石在礦坑內(nèi)部排放，用于露天礦后部邊坡6的壓坡，從坡腳一直壓到坡頂，完成后部邊坡的永久護坡治理；(4)對于完成邊坡治理的分段，立即復(fù)墾綠化或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；(5)第二步是進行左幫區(qū)、右?guī)蛥^(qū)第二分段的剝離與開采，剝離的廢石用于第一分段邊坡的護坡回填，中區(qū)采剝工作面跟進，中區(qū)剝離廢石用于其后方采空區(qū)就近回填，回填到位的地段立即復(fù)墾綠化或混凝土覆蓋，恢復(fù)生態(tài)；(6)從第二步起，進入正常的生產(chǎn)循環(huán)，如此分段推進，直至礦山開采完畢，生態(tài)恢復(fù)也進行完畢；(7)對于從中部形成初始采剝工作面的礦山，可以形成兩個采剝工作面，采用上述工藝，反向推進。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦產(chǎn)資源露天采掘工藝?？焖倥磐磷o坡與生態(tài)恢復(fù)的露天礦開采工藝，其特征在于，在露天礦的一端或中部用常規(guī)的方法，一旦完成初始采剝工作面的剝離和采礦后，在礦床開采的方向上，將開采工作面劃分為左幫區(qū)、中區(qū)與右?guī)蛥^(qū)，并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、采礦、壓坡回填、復(fù)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(fù)生態(tài)。該工藝具有運輸成本低、邊坡維護成本低、快速恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的特點。該工藝適用于各種地區(qū)，特別是干旱、沙漠、高寒等生態(tài)脆弱地區(qū)礦床的環(huán)保開采。
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(yōu)先權(quán)日2006年7月25日
發(fā)明者張世雄, 王官寶, 任高峰 申請人:武漢理工大學(xué)