一种露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法

摘要

本发明属于露天矿山开采复垦技术领域，具体涉及一种露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法，露天矿山采用自上而下分台阶开采，包括以下步骤：（1）第一台阶开采结束，第二台阶采剥开始推进时，在第一台阶最终平台上开挖复垦基槽；完成后，在复垦基槽内覆盖土壤并绿化；（2）循次向下，重复步骤（1）的操作，即：第n‑1台阶开采结束，第n台阶采剥开始推进时，在第n‑1台阶最终平台上开挖复垦基槽，n为≥3的自然数；完成后，在复垦基槽内覆盖土壤并绿化。本发明采用边开采边复垦的方法，具有工作效率高、成本低，并且易于实现的优点。

说明书

技术领域

本发明属于露天矿山开采复垦领域，具体涉及一种露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法。

背景技术

露天矿山一般采用自上而下、分台阶开采的方式，通常开采完成后会形成数个安全平台和清扫平台；其中安全平台和清扫平台一般是隔一设一或是隔二设一；安全平台的宽度一般为3-4m，清扫平台的宽度一般为6-8m，各平台基岩裸露。

针对安全平台及清扫平台的土地复垦，可使用的方法有限，传统方法是在最终台阶形成后，在安全平台和清扫平台的外侧修建挡土坎，在挡土坎内侧覆土，并进行生态恢复；但是，传统的方法存在缺陷：首先，台阶形成后，安全平台和清扫平台的宽度有限，以至于限制了施工作业的空间；其次，安全平台和清扫平台的下方一般为10-15m的高陡坡面，在安全平台和清扫平台的外侧修建挡土坎存在危险系数高、施工难度大的缺点；并且，修建挡土坎过程中使用的设备及材料并非矿山开采过程中的常用项目，因此，还需要专门购进或租赁相关的设备，最终导致复垦的成本高，工序复杂，实现难度大。因此，需要提供一种复垦方法，既能很好地利用露天矿山自身的结构和露天矿山开采过程中现有的设备，又能减少资金投入，并且技术实施简单、效果显著。

发明内容

本发明旨在提供一种边开采边复垦、工作效率高且易于实现的露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法，露天矿山采用自上而下分台阶开采，包括以下步骤：

（1）第一台阶开采结束，第二台阶采剥开始推进时，在第一台阶最终平台上开挖复垦基槽；完成后，在复垦基槽内覆盖土壤并绿化；

（2）循次向下，重复步骤（1）的操作，即，第n-1台阶开采结束，第n台阶采剥开始推进时，在第n-1台阶最终平台上开挖复垦基槽，n为≥3的自然数；完成后，在复垦基槽内覆盖土壤并绿化。

进一步地，复垦基槽的开挖方法是：采用浅孔爆破或破碎锤对预设计的复垦基槽区域内的岩石结构进行破坏；采用挖掘机对所述复垦基槽内的碎石进行清理。

进一步地，复垦基槽沿本台阶最终边坡坡底线走向布设，复垦基槽与本台阶最终边坡坡底线之间的距离、与下一台阶最终边坡坡顶线之间的距离均大于0。

进一步地，复垦基槽的参数满足：

L₁≥h·cotα（1）

L₂≥h>

L₃=L—L₁—L₂（3）

式中：h表示复垦基槽深度；

α表示本台阶最终边坡与水平面的夹角；

L表示本台阶最终平台宽度；

L₁表示复垦基槽与本台阶最终边坡坡底线之间的距离；

L₂表示复垦基槽与下一台阶最终边坡坡顶线之间的距离；

L₃表示复垦基槽宽度。

进一步地，复垦基槽深度h大于等于60cm。

进一步地，复垦基槽深度h为60-100cm。

进一步地，覆盖土壤前，筛选等效粒径小于¼h的碎石预留在复垦基槽底部作为垫层，垫层平铺厚度为½h。

进一步地，覆盖土壤的厚度大于等于30cm。

进一步地，台阶采剥推进过程中，沿预设计的本台阶最终边坡坡顶线自本台阶上部平盘向下打一排炮孔，炮孔与预设计的本台阶最终边坡的倾向、倾角一致，通过预裂爆破爆出一条贯穿裂缝。

进一步地，炮孔直径为5-8cm，炮孔间距为50-100cm，且炮孔间距小于等于L₂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明实现了边开采边复垦：按照露天矿山的开采顺序，本发明采用自上而下分台阶开采；在台阶开采结束后即在该台阶最终平台范围内布设复垦基槽，进行复垦治理，此时下一台阶正在采剥推进；复垦与开采同步推进、互不影响，达到露天矿山边开采边复垦的目的。

（2）复垦效率高：本发明在台阶开采结束后即进行复垦作业，此时下一台阶正在采剥推进；拟复垦台阶平台宽度较大（平台的宽度=当前台阶以下所有台阶投影面积之和+最终平台），且拟复垦台阶平台宽度大于安全平台或清扫平台的宽度，方便使用该矿山开采过程中现有的设备，提高了工作效率；解决了台阶最终平台形成后，由于安全平台或清扫平台宽度有限，限制施工作业空间的问题。

（3）复垦过程易于实现：本发明采用浅孔爆破或破碎锤对台阶最终平台上的复垦基槽区域内的岩石结构进行破坏，然后采用该矿山开采所用的挖掘机对复垦基槽内的碎石进行清理，在复垦基槽底部预留粒径小于¼h的碎石并将其平铺，垫层平铺厚度为½h；该复垦基槽开挖过程中利用该矿山开采现有的设备即可完成，易于实现。

（4）绿化植物易于成活：本发明在复垦基槽底部铺设碎石作为垫层，绿化植被的根系缠绕在碎石垫层上，有助于提高植被根系的稳定性；与直接在台阶最终平台上覆土相比，复垦基槽内的绿化植物不易倒伏，易于成活。

（5）复垦成本低：本发明的复垦基槽采用浅孔爆破或破碎锤开挖，然后用挖掘机对碎石进行清理；该复垦方法利用该矿山开采的现有设备即可完成，无需额外租赁设备；在复垦基槽底部使用了该矿山开采中的部分碎石，减少了碎石运输的工作量和运输成本；因无需新增浆砌石挡土坎工程，减少了浆砌石的消耗和表层土壤的使用量，有效地降低了复垦的成本。

附图说明

图1为本发明安全平台及清扫平台的剖面示意图；

图2为本发明安全平台及清扫平台的三维示意图；

图3为复垦基槽结构的剖面示意图；

图4为台阶最终边坡角的示意图；

图中：1、第一台阶最终边坡；2、第一台阶最终平台；3、第二台阶最终边坡；4、复垦基槽；5、第二台阶最终平台。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

如图1和图2所示，一种露天矿山开采安全平台及清扫平台的复垦方法，包括以下步骤：

（1）第一台阶开采结束，第二台阶采剥开始推进时，在第一台阶最终平台2上沿第一台阶最终边坡1坡底线走向布设复垦基槽4；采用浅孔爆破对复垦基槽4区域内的岩石结构进行破坏；采用挖掘机对复垦基槽4内的碎石进行清理，筛选等效粒径小于¼h的碎石预留在复垦基槽底部作为垫层，垫层平铺厚度为½h；在复垦基槽4内覆盖土壤，选用周边常见植被种植于复垦基槽4内的土壤上。

（2）第二台阶开采结束，第三台阶采剥开始推进时，在第二台阶最终平台5上沿第二台阶最终边坡3坡底线走向布设复垦基槽4；采用浅孔爆破对复垦基槽4区域内的岩石结构进行破坏；采用挖掘机对复垦基槽4内的碎石进行清理，筛选等效粒径小于¼h的碎石预留在复垦基槽底部作为垫层，垫层平铺厚度为½h；在复垦基槽4内覆盖土壤，选用周边常见植被种植于复垦基槽4内的土壤上。

（3）循次向下，重复步骤上述操作，即：第n-1（n为≥4的自然数）台阶开采结束，第n台阶采剥开始推进时，在第n-1台阶最终平台上沿第n-1台阶最终边坡坡底线走向布设复垦基槽4；采用浅孔爆破对复垦基槽4区域内的岩石结构进行破坏；采用挖掘机对复垦基槽4内的碎石进行清理，筛选等效粒径小于¼h的碎石预留在复垦基槽底部作为垫层，垫层平铺厚度为½h；在复垦基槽4内覆盖土壤，选用周边常见植被种植于复垦基槽4内的土壤上。如此一边开采，一边复垦，直到整个采场开采完毕，复垦工作随之完成。

用h表示复垦基槽深度，α表示本台阶最终边坡与水平面的夹角，L表示本台阶最终平台宽度，L₁表示复垦基槽与本台阶最终边坡坡底线之间的距离，L₂表示复垦基槽与下一台阶最终边坡坡顶线之间的距离，L₃表示复垦基槽宽度；复垦基槽深度h、复垦基槽与本台阶最终边坡坡底线之间的距离L₁、复垦基槽与下一台阶最终边坡坡顶线之间的距离L₂等参数通过如下方式确定：

（1）复垦基槽深度h的确定

如图3所示，复垦基槽深度h决定了覆土的厚度，根据《土地复垦质量控制标准》等相关规范，对林地覆土厚度的最低要求为30cm；该复垦方法在复垦基槽底部铺设等效粒径小于¼h的碎石，然后在复垦基槽内铺设土壤，即土壤下铺30cm碎石垫层，因此复垦基槽深度h的最小值为60cm；复垦基槽深度h大于100cm时，则要求覆土量过多，且相应预留L₁、L₂的宽度增加，复垦基槽宽度L₃减小，可绿化的面积减少；因此复垦基槽深度h的最优范围为60-100cm，可满足灌木及小型乔木覆土厚度的要求。

（2）复垦基槽与本台阶最终边坡坡底线之间的距离L₁的确定

如图4所示，图中阴影区域为台阶最终平台、台阶最终边坡延长线与复垦基槽形成的三角形区域；若L₁小于h·cotα时，则复垦基槽的开挖将破坏图4中的阴影区域，破坏台阶最终边坡的平面结构，存在安全隐患，因此L₁满足，L₁≥h·cotα。

（3）复垦基槽与下一台阶最终边坡坡顶线之间的距离L₂的确定

L₂与复垦基槽深度h形成的区域（简称“挡土坎”）起挡土作用，防止水土流失；当L₂过小时，右侧矿石开采的爆破作业会影响“挡土坎”的结构；当L₂过大时，影响复垦基槽宽度L₃的大小，从而影响覆土绿化的面积；台阶采剥推进过程中，沿预设计的本台阶最终边坡坡顶线自本台阶上部平盘向下打一排炮孔，炮孔与预设计的本台阶最终边坡的倾向、倾角一致，通过预裂爆破爆出一条贯穿裂缝，以控制矿山开采对保留岩体的破坏影响；矿山预裂爆破炮孔直径为5-8cm，炮孔间距为50-100cm，且炮孔间距小于等于L₂；预裂爆破影响范围影响因素较多，目前没有通用的公式，根据现场经验，欲裂爆破影响范围一般小于炮孔间距；因此本发明选取L₂≥L。

综上所述，复垦基槽的参数满足：

L₁≥h·cotα（1）

L₂≥h>

L₃=L—L₁—L₂（3）

L₁和L₂的最小值可根据上面公式确定；台阶最终平台形成后，本台阶最终平台宽度L确定；根据公式3可知，当L₁和L₂的值越大时，复垦基槽宽度L₃的值越小，则导致可附土绿化的面积就越小；根据现场经验，本发明选定L₁的最大值为50cm，L₂的最大值为150cm。

当安全平台为3m（即安全平台的最小值）时，复垦基槽宽度L₃的最小值为1m。

本发明按照矿山的开采顺序，自上而下，在台阶开采结束后即进行复垦治理；在设计的台阶最终平台范围内布设复垦基槽，此时下一台阶正在采剥推进，复垦与采剥推进互不影响，下一台阶开采结束后即对下一台阶进行复垦治理，达到矿山边开采边复垦的目的。

本发明在台阶最终平台上开挖复垦基槽，提供覆土空间，然后进行覆土并绿化，防止水土流失；与直接在台阶最终平台基岩上覆土相比，本发明在复垦基槽中进行覆土、种植周边常见植被，爆破形成的复垦基槽具有不规则表面及局部裂缝，使树木根盘更加稳固，植被不易倒伏，易于成活。