一种离子型稀土矿原地浸出采矿迹地的水土保持方法与流程

本发明涉及一种水土保持方法，尤其涉及一种离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法。

背景技术：

目前，离子型稀土矿的开采工艺有池浸、堆浸和原地浸矿三种。与池浸和堆浸相比，原地浸矿被认为是更环保的开采工艺，但是使用原地浸矿工艺后，仍然带来了以下一些环境问题：

第一，土壤结构受到破坏，结构松散，易造成山体滑坡现象，大量下泄的泥沙也为环境带来了不良影响，造成较大的安全隐患。

第二，使用原地浸矿工艺的矿山一般会出现地形陡、孔网参数布置不合理、注液强度过大、雨季强注液、收液方式不合理等问题，从而破坏地壳结构、边坡稳定性、岩体应力分布及土壤结构。

第三，岩石应力变化，岩体移动变形、破坏，且土壤结构松散，使得边坡强度降低，当超过一定极限之后，易发生边坡崩塌、滑坡和泥石流等灾害，对地质环境造成二次损伤。

第四，导致迹地土壤养分流失、土壤生产力降低、土地沙漠化。

第五，浸矿剂、废液等污染物渗入土壤，参与毛细管作用损坏植物根系，使植物生长停滞并丧失固水保土功能，易造成水土流失，且严重影响植物的生长。

由上述可知，原地浸矿工艺对环境的危害具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性、长期性等特性，亟需治理以减少其对环境的影响。

目前离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法以工程措施治理方式为主，主要包括：土坡修建挡土墙，沟口修建拦渣坝，排水截水措施，控制边坡角度，平整梯田等。然而，这些工程措施存在以下问题：

(1)成本过高。工程措施基本以钢筋混凝土为主，造价高昂。

(2)效果不好，易损坏。这些工程措施多采用排水为主的方式治理土壤结构破坏的迹地，且没有充分考虑原地浸矿后土壤结构破坏导致的结构疏松、抗剪及荷载能力弱的问题，多采用砖砌石、浆砌石等用材建设排水工程，导致工程措施易被冲垮、使用年限短、灵活性不足等问题出现。

因此，针对目前水土保持方法存在的技术问题，有以下方面需要进行考虑：

(1)原地浸出导致山体不稳定，土体软化，抗剪强度降低，故需要保证系统措施的稳定性、实用性及年限性。

(2)边坡稳定性差，易滑坡，故需要减少雨水对边坡的冲刷，保证其稳定性，降低地质灾害概率。

(3)土壤结构被破坏，表层土壤结构松散，易形成水土流失，故需对雨水进行有序截流、引流，减少对地表冲刷，减少沙量对下游的输送。

(4)污染物随雨水进入下游，对下游水体的污染严重，治理难度大，故需要通过蓄排水系统，最大程度地将雨水控制在迹地内，并为迹地所用。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种离子型稀土矿原地浸出采矿迹地的水土保持方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种离子型稀土矿原地浸出采矿迹地的水土保持方法，包括以下步骤：

(1)根据采矿迹地的原有坡度进行土地平整，将采矿迹地的平面地整理形成平缓坡以形成反坡汇水；

(2)设置导流渠，用于导流由平缓坡汇集的水；

(3)设置蓄水池，用于汇集导流渠中的水。

本发明中提到的“反坡汇水”是指为控制水流对坡面或地表冲刷而建设的平缓坡，使其水流方向符合实际所用。这里不仅指单向的反坡汇水，也指双向的汇水方式。

本发明中提到的“平面地”不仅包括完全水平的地面，还包括具有较小坡度的平缓坡地或凹凸不平的地面，对于梯田形状的采矿迹地，这里的平面地即为梯田的梯面。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，对于平面地宽度小于或等于预设宽度的采矿迹地，由一个平缓坡形成反坡汇水；

对于平面地宽度大于预设宽度的采矿迹地，平缓坡方向由相对而设的两个平面地边缘方向往中间方向倾斜，形成中间低两边高的平缓坡地形，以从两边向靠近中间处汇水。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，对于平面地宽度小于或等于预设宽度且存在边坡的采矿迹地(如梯田形状的采矿迹地)，所述平缓坡方向为从与边坡坡脚相对的平面地边缘向同一层边坡坡脚方向倾斜形成反坡汇水；

对于平面地宽度大于预设宽度且存在的边坡采矿迹地(如梯田形状的采矿迹地)，所述平缓坡设有两个，两个平缓坡分别从边坡坡脚的方向和与边坡坡脚的方向相对的平面地方向中间倾斜，形成中间低两边高的平缓坡地形，以从两边向靠近中间处汇水；

对于平面地宽度大于预设宽度的平面形状的采矿迹地，所述平缓坡设有两个，由相对而设的两个平面地边缘方向往中间方向倾斜，形成中间低两边高的平缓坡地形，以从两边向靠近中间处汇水。

进一步地，所述预设宽度为8～12m。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，在所述步骤(1)中，平缓坡的坡度为1°～3°；更优选地，平缓坡的坡度为1°。其原因在于：当坡度＜1°时，利用大型机械平整较难，工作量及成本相应增大；若坡度＞3°，则不利于采矿迹地的水土流失的控制，坡度过大，平缓坡所形成的水流流速加快，易造成冲刷；当坡度为1°时，对采矿迹地的水土流失的控制效果最好。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，在平缓坡上且临近平缓坡坡脚而非平缓坡坡顶的位置处设置导流渠，当采矿迹地设有边坡时，需要在临近边坡的坡脚处设置导流渠；和/或

所述步骤(3)中，在平缓坡上且位于导流渠末端而非平缓坡坡顶的位置处设置蓄水池。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，在所述步骤(2)中，对于平面地宽度小于预设宽度的采矿迹地，在距离平缓坡的坡脚1-1.5m的位置处挖设宽为30cm、高为25cm的导流渠。例如，对于平面地宽小于预设宽度且存在边坡的采矿迹地(例如梯田形状的采矿迹地)，由于平缓坡的坡脚即为边坡坡脚，也即在距离边坡的坡脚1-1.5m的位置处挖设宽为30cm、高为25cm的导流渠；因边坡土体松软，若太靠近坡脚，则易造成边坡失稳、坍塌；若离边坡坡脚太远，不利于坡面水体收集，同时易对坡脚至导流渠这段距离的平面造成冲刷，距离边坡坡脚的距离选择1-1.5m最适合。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，当所述平面地宽度大于预设宽度时，在靠近采矿迹地的中间位置处挖设宽为40cm、高为30cm的导流渠。

更优选地，当所述平面地宽度大于预设宽度且存在边坡时(例如梯田形状的采矿迹地)，需要在临近平面地的边坡坡脚1-1.5m的位置处加设宽为40cm、高为30cm的导流渠。

更优选地，当所述平面地宽度＞36m时，所述导流渠为多条，相邻两条导流渠之间相隔10～12m。例如平面地宽度为50米，在中间要设1条导流渠，则这两边的宽度各为25米，也要在这两边的平面上再至少各设1条导流渠，故这个宽度为50米的平面地上，其实一共设了3条导流渠。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，所述导流渠的材质为HDPE防渗膜，更优选地，所述HDPE防渗膜的厚度为0.5～1.5mm，最优选为1.0mm。当防渗膜小于0.5mm时，由于太薄容易被尖锐的物件划损，经太阳长期晒之后，容易老化、破损；而大于1.5mm的膜相对较硬，特别是大于1.8mm的膜因为太硬不易施工，不易打造所需形状且成本较高。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，所述蓄水池的材质为HDPE防渗膜。更优选地，所述HDPE防渗膜的厚度为1.2～1.8mm，最优选为1.5mm。当防渗膜小于1.2mm时，由于太薄不能实现承重，且更易划损；而大于1.8mm的膜因为太硬不易施工，不易打造所需形状且成本较高。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的优选实施方式，其中，在所述步骤(1)还包括：在采矿迹地的平缓坡坡顶修成田埂；更优选地，所述田埂的宽度为0.8m～1.2m，高度为25cm～35cm。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水力侵蚀控制方法的优选实施方式，其中，在所述蓄水池下游还设置有溢流渠，所述溢流渠用于将过量的水排入下一级蓄水设施。

作为本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水力侵蚀控制方法的优选实施方式，其中，蓄排水系统进一步设置有沉沙池，所述沉沙池设于所述蓄水池与导流渠之间并分别与蓄水池和导流渠连通，沉沙池上清液经中间段导流渠排入蓄水池。沉沙池用于沉淀水中的固体颗粒物。

采用本发明的技术方案对原地浸出采矿迹地进行水力侵蚀控制后，可有效降低水土流失强度，减少对边坡的冲刷以及减少对下游沙量的输送。此外，本发明所述的技术方案可对雨水进行有效收集，从而用于植物灌溉，化害为利。另外，使用轻质材料降低蓄排水设施被雨水掏空而崩塌的可能性，保证了设施的实用性及使用年限长久性。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)理念先进

稀土采矿迹地治理坚持以蓄水为主，排水为辅的理念。

其好处在于：①有效控制径流冲刷，稳定了边坡，减少水力侵蚀；②同时，减少了山体荷载，避免了滑坡和径流控制设施的不均匀沉降和损毁；③满足植物灌溉需求；④减少对下游污染物的输送。

(2)措施有效

通过反坡汇水以及蓄水池布设等措施，更好地控制及收集雨水。

其好处在于：①尽量不扰动原有下层土地，平整土地表面，塑造微小坡度的反坡地形，使雨水更有效收集；②不仅减少对边坡的冲刷，同时能更好地将平面的雨水通过导流渠引入蓄水池，化害为利，充分利用。

(3)材质实用

使用轻质材料建设整个蓄排水系统。

其好处在于：①减少山体的荷载；②降低系统因被雨水冲刷掏空而崩塌的可能性，保证设施的实用性及使用年限长久性；③降低成本。

附图说明：

图1为本发明的一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地(平面地宽度为8～12m)的水土保持方法得到的土地平整图；

图2为本发明的一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地(平面地宽度为8～12m)的水土保持方法得到的蓄排水系统结构示意图；

其中，1、平缓坡；2、边坡；3、坡脚；4、平面地边缘(也即平缓坡坡顶)；5、田埂；6、导流渠；7、蓄水池；8、溢流渠。

图3为本发明另一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地(平面地宽度＞12m)的水土保持方法得到的土地平整图之一；

图4为本发明的另一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地(平面地宽度＞12m)的水土保持方法得到的蓄排水系统结构示意图；

图5为本发明另一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地(平面地宽度＞12m)的水土保持方法得到的土地平整图之二；

其中，9、平缓坡；10、导流渠；11、蓄水池；12、溢流渠；13、沉沙池；14、边坡；15、坡脚。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的土地平整图。所述土地平整图显示了平面地宽度为8～12m且存在边坡的梯田形状的采矿迹地，所述采矿迹地的平面地被整理形成平缓坡1；

其中，平缓坡1方向由与边坡2的坡脚3相对的平面地边缘4方向往同一层边坡坡脚3方向倾斜，形成反坡汇水；

所述平缓坡1的坡度为1°～3°；

在距离边坡坡脚1～1.5m处设置有导流渠6，导流渠6用于导流汇集的水；

在所述平面地边缘4(也即平缓坡坡顶)设置有田埂5，所述田埂5的宽度为0.8m～1.2m，高度为25cm～35cm。

如图2所示，平面地宽度为为8～12m时，一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的蓄排水系统的结构示意图。

在平缓坡1上且位于导流渠6末端而非平面地边缘4(即平缓坡坡顶)的位置处设置有蓄水池7。

在所述蓄水池7下游设置有溢流渠8，所述溢流渠用于将过量的水排入下一级蓄水设施。

如图3所示，平面地宽度>12m时，一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的土地平整图，其显示了平面地宽度＞12m的采矿迹地，其中，平缓坡9由相对而设的两个平面地边缘方向往中间方向倾斜，形成中间低两边高的地形，以从两边向靠近中间处汇水。

所述平缓坡9的坡度为1°～3°。

在平缓坡9上且临近平缓坡的坡脚而非平缓坡坡顶的位置处设置有导流渠10，导流渠10用于导流汇集的水，所述导流渠10为多条且每条所述导流渠10之间间隔一定距离。

如图5所示，当采矿迹地设有边坡14时，例如为梯田形状的采矿迹地时，在临近平面地的边坡坡脚15的1-1.5m的位置处挖设宽为40cm、高为30cm的导流渠。

如图4所示，平面地宽度>12m时，一种典型的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的蓄排水系统结构示意图。当所述平面地宽度>36m时，所述导流渠10为多条且每条导流渠10之间间隔10～12m距离。

此外，所述蓄排水系统还包括若干沉沙池13，所述沉沙池13于所述蓄水池11与导流渠10之间并分别与蓄水池11和导流渠10连通，沉沙池13上清液经中间段导流渠排入蓄水池11。

在本文的水土保持方法中，蓄排水系统包括导流设施和蓄水设施。

导流设施包括导流渠。所述导流渠设置在平缓坡上且临近平缓坡的坡脚而非平缓坡坡顶的位置，所述导流渠的大小根据汇水面积、汇水量等计算而确定。

所述蓄水设施包括蓄水池。所述蓄水池设置在平缓坡上且位于导流渠末端而非平缓坡坡顶的位置，具体根据蓄水池体积大小、土壤承压能力等因素确定；在所述蓄水池设置有溢流渠，所述溢流渠用于将过量的水排入下一级蓄水设施。

可选择地，所述蓄排水系统可以进一步包含沉沙池，所述沉沙池于所述蓄水池与导流渠之间并分别与蓄水池和导流渠连通，沉沙池上清液经中间段导流渠排入蓄水池。

在本文的水土保持方法中，所述蓄排水系统可以使用的材质为HDPE防渗膜(HDPE防渗膜又称为高密度聚乙烯膜、HDPE土工膜，是目前工程防渗用的主要材料。)或其它本领域已知的轻质材料，优选HDPE防渗膜，其中所述HDPE防渗膜的规格根据稀土采矿迹地土壤理化性质、降雨强度、蓄排水要求等进行选择。在本发明的某些优选的实施例中，所述导流渠的材质为1.0mm的HDPE防渗膜。

在本文的水土保持方法中，所述田埂用大型挖掘机进行压实，同时辅以人工压实，以保证所述田埂的稳定性。

本发明所提供的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法的治理思路为：从源头上进行控制，塑造微小坡度的反坡地形进行反坡汇水，以轻质材料建设导流和蓄水设施，将水力侵蚀控制的工程措施和植物措施相结合，有效控制径流冲刷，稳定边坡，减少水力侵蚀，同时，减少山体荷载，避免滑坡和径流控制设施的不均匀沉降和损毁。

总之，本发明所示的水土保持方法，遵循了以下建设原则：

(1)反坡汇水；

(2)高水高蓄；

(3)先蓄后排(如每一级蓄水池满水后往下一级蓄水池排放，利用最大化)。

本领域技术人员应当理解的是，本发明所述的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法也可以应用于其它类型的采矿迹地。

实施例1

请参阅图1和图2所示的一种离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的系统结构示意图，所述离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持系统包括平缓坡1、边坡2、坡脚3、平面地边缘4、田埂5、导流渠6、蓄水池7以及溢流渠8。

本实施例主要是针对面积较小的梯田形状的采矿迹地采取的水力侵蚀控制措施，以包含宽约9m，长为75m的平面地的梯田形状的采矿迹地为例。本实施例的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法可通过以下步骤实施：

(1)利用大型装载机将将采矿迹地的平面地整理形成平缓坡1，平缓坡1方向由与边坡坡脚3相对的平面地边缘4向边坡坡脚3方向倾斜，平缓坡1的坡度为1°；其中，边坡2与平缓坡1位于梯田的同一层。

(2)利用平面地平整削减的土壤在平面地边缘4(也即平缓坡坡顶)修成1m宽、高约30cm的田埂5；

(3)利用大型挖掘机对田埂5进行压实，同时辅以人工压实，保证其稳定性；

(4)在距离边坡的坡脚1-1.5m的位置挖设宽为30cm、高为25cm的导流渠6；

(5)导流渠6的建设材质为厚度1.0mm的HDPE防渗膜；

(6)在距离边坡坡脚1-1.5m、距离平面地边缘4约2-3m的位置建设蓄水池7；

(7)蓄水池7大小根据土壤条件、降雨强度、径流强度等计算后确定，蓄水池长为5m、宽为3.5m、深为2m；蓄水池7的建设材质为厚度1.5mm的HDPE防渗膜；

(8)蓄水池7蓄满后，通过溢流渠8排入下一级蓄水设施。

实施效果：

建设后，平面雨水反向收集于导流渠及蓄水池中，减少雨水对边坡的冲刷，边坡较稳定；另外，用防渗膜铺设的导流渠未出现掏空或沙埋的现象。此外，雨水有效截流于蓄水池中，减少了对下游沙量的输送，降低河床被淤积的风险；同时有效用于植被灌溉，满足植物用水的需求，使植物正常生长。

实施例2：

请参阅图3和图4所示的一种离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法得到的系统的结构示意图，所述离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持系统包括平缓坡9、导流渠10、蓄水池11、溢流渠12以及沉沙池13。本实施例主要是针对面积较大的平面地采取的水力侵蚀控制措施，以宽约50.8m，长为105m的平面地为例。本实施例的离子型稀土矿原地浸出法采矿迹地的水土保持方法可通过以下步骤实施：

(1)利用大型装载机将采矿迹地的平面地整理形成平缓坡9，平缓坡9由相对而设的两个平面地边缘方向往中间方向倾斜，形成中间低两边高的地形，以从两边向靠近中间处汇水，平缓坡的坡度为1°。

(2)利用平面地平整削减的土壤在平面地边缘(即平缓坡坡顶)修成1m宽、高约30cm的田埂；

(3)利用大型挖掘机对田埂进行压实，同时辅以人工压实，保证其稳定性；

(4)在距平面地边缘(即平缓坡坡顶)25m的距离，开挖宽为40cm、高为30cm的导流渠10，并在两个相对而设的平缓坡9各加设1条宽为40cm、高为30cm的导流渠10；

(5)导流渠10建设材质为厚度1.0mm的HDPE防渗膜；

(6)在远离平面地边缘约25m的位置建设蓄水池11；

(7)蓄水池11大小根据土壤条件、降雨强度、径流强度等计算后确定，蓄水池11长为13m、宽为8m、深为2m；

(8)蓄水池11蓄满后，通过溢流渠12排入下一级蓄水设施。

实施效果：

建设后，用侵蚀沟样方法测定迹地原地貌侵蚀模数为13684t/km²·a，落实相关措施后，水土流失控制高达87％，而平面雨水反向汇水，减少雨水对边坡的冲刷，边坡稳定，未出现滑坡或坍塌现象。

另外，用防渗膜铺设的导流渠流水顺畅，未有淤砂积聚，亦未出现掏空或沙埋的现象。此外，蓄水池可有效减少了对下游沙量的输送，降低河床被淤积的风险。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。