专利名称：一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法
技术领域：
本发明涉及一种黄土区露天矿排土场微地形改造方法，主要用于在气候干旱、生态环境脆弱的黄土高原区大型露天煤矿排土场。
背景技术：
黄土高原面积广阔，地跨晋、陕、甘、宁、内蒙、青、豫七省，年降水量为150 800mm,多集中于6 9月，其降水总量占全年降水量的55% 78%，属于典型的大陆季风气候特征，冬季寒冷，夏季温暖湿润，雨热同步。光能源丰富，年总辐射量为50. 2 67. 0X104J · cm_2。年平均气温3. 6 14. 3°C，其水平分布和垂直分布差异很大。年蒸发量普遍高于实际降水量，蒸发量变动于1400 2000mm之间，其总趋势是南低北高，东低西高。黄土高原的土壤主要为风成黄土，具有明显的地带性。主要地貌类型有丘陵、高原、阶地、平原、土石山地等。黄土高原水土流失面积已达43X 104km2，水土流失严重的面积为 28 X 104km2,水土流失带走了表层肥沃土壤,造成土壤贫瘠、土地生产力降低。我国露天煤矿大多处于干旱、半干旱的生态脆弱区，如平朔矿区、准格尔矿区位于黄土高原水土流失严重区。开矿必然造成环境的破坏，露天开采尤为严重。首先，由于露天开采是将覆盖在矿床上的表土和岩层全部剥离，所造成的地表破坏面积明显大于地下开采方法。其次，露天开采多采用土石混排大型机械压实的排土工艺，在原地貌上形成采掘场、内排土场和外排土场等全新的人工地貌，出现了非均匀沉降和地表严重压实问题，彻底改变了原地貌的性质，对所在区域的降水等自然因素进行了重新分配、组合。地表覆盖物渗透率降低，降水到达地面后迅速起流，并沿裂缝流动，极易造成土壤侵蚀、滑坡等自然灾害。根据平朔矿区安太堡露天矿的研究现状，在排土场新造地貌上，击溅、面蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、沉陷侵蚀、沙砾化面蚀、土砾泻溜和坡面泥石流等水土流失形式出现频繁和发生程度都明显强于原地貌。白中科等在安太堡排土场的实验估测，黄土区露天矿开采造成的水土流失量约是开米前的I. 4 2. 8倍。目前的技术中，黄土区排土场一般平台之间的边坡土体松散，干密度仅为O.9 I. 2g/cm3。排土场在达设计标高前，常规做法是排土场表层覆一层厚黄土并用重型机械碾压至实。排土场表层土壤严重压实，干密度达I. 5 I. 9g/cm3，渗透系数为O. 3 O. 4mm/min0露天采矿排土场表层下松散堆积状态和表层土壤层严重压实的状况，容易造成地表径流的大量汇集，引起变坡面的切沟、崩塌、滑坡，严重的还可能诱发泥流或者泥石流。另夕卜，传统的排水沟将排土场上的积水从上往下排放，由于排土场为阶梯状，排水沟必须经过边坡，高差达30m左右。遇上暴雨时，大量排水冲刷边坡，造成边坡损毁，引发滑坡等自然灾害。同时，原有排水沟容易被土石混排物料堵塞，使地表径流排泄困难，加之排土场的非均匀沉降产生的裂隙使降水沿裂隙快速下渗，在排土场上容易形成大孔隙、盲洞等，地表径流汇集到大孔隙和盲洞流入排土场深层甚至基底，便成为排土场稳定的隐患
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，以解决目前黄土区露天煤矿排土场构筑方法中水土保持和水资源利用方面存在的问题。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，包括以下步骤步骤A:排土场排弃到位后对排土场顶部平台及坡间平台进行局部平整，在顶部平台的边坡坡肩长度方向的一侧位置修筑挡水墙；步骤B :在顶部平台及坡间平台上布设田间道和生产路，利用田间道和生产路将平台划分成I至多个大田块作为蓄水单元；可以根据排土场的大小确定，优选 为10至30个。步骤C :在步骤B所述蓄水单元内修筑田埂，利用田埂将所述大田块分为若干小田块；步骤D :用推土的方法进行地表整形，将地表修筑为一定程度的起伏状态，并使得夕卜围小田块的地面标闻依次闻于内部小田块的地面标闻。畜水单兀内部小田块的闻差使得大田块地表起伏并呈现四周高中心低的形状，可以汇集地表径流，聚集于大田块中心，避免地表径流冲刷边坡。本发明的有益效果是将露天采矿排土场通过田间道和生产路划分为若干个蓄水单元，再在所述蓄水单元内布设田埂，再通过田埂将每个蓄水单元分成若干小单元形成四周高、中间低的微地形，降雨所产生的径流随地形汇集到中央，且在顶部平台上设置有挡水墙，避免径流冲刷边坡。便于单元内水分的下渗，将其储存于土体内，为排土场平台快速回复植被创造了条件。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。进一步，还包括步骤E :在步骤A所述顶部平台上的临近所述边坡坡肩的所述蓄水单元与所述挡水墙之间设坡肩防护林。所述防护林可以为2至5行，优选3行。采用上述进一步方案的有益效果是在所述顶部平台上的临近所述边坡坡肩的所述蓄水单元与所述挡水墙之间设坡肩防护林，可以起到固土，促进水分下渗的作用。进一步，还包括步骤F :在所述顶部平台及坡间平台上的田间道和生产路的两侧开设道路蓄水沟；在所述坡间平台的边坡坡脚一侧设置边坡蓄水沟，所述道路蓄水沟与所述边坡蓄水沟相连通。道路蓄水沟修筑于田间道和生产路的两侧，沟口宽I. 2m，沟底宽O. 4m，沟深O. 4m,边坡系数I ;边坡蓄水沟修筑于距离坡脚5m处，坡脚与蓄水沟之间种植三行乔木防护林，边坡蓄水沟沟口宽I. 8m,沟底宽O. 8m,沟深O. 6m,边坡系数1，同一蓄水单元内的边坡蓄水沟蓄水沟及道路蓄水沟相互连通。采用上述进一步方案的有益效果是在暴雨条件下，道路蓄水沟和边坡蓄水沟起到蓄积道路径流和边坡径流的作用，减少地表径流产生，进一步增加水分入渗。进一步，还包括步骤G :还包括步骤G :在所述边坡蓄水沟与边坡坡脚之间设置有坡脚防护林；所述道路蓄水沟与田间道和生产路之间设置有道路防护林。进一步，所述田间道和生产路高出临近地面O. 5至I米，优选为O. 8米。进一步，所述挡水墙距离边坡坡肩O. 8至I. 5米，优选I米，所述挡水墙高O. 6至I. 2，优选I米，上顶宽I米，下底宽4米，边坡比1:1.5。进一步，所述蓄水单元内的外围小田块的地面标高依次高于内部小田块O. I米。进一步，所述大田块边长以200米至300米为标准。进一步，所述小田块边长为50米，田埂高度为O. 5米。所述田间道的面宽可以为2至5米，田间道的基宽大约为4至6米；生产路的路面宽I至3米，生产路的路基宽2至3进一步，所述田间道的面宽优选4米，田间道的基宽优选5米；生产路的路面宽优选2米，生产路的路基宽优选2. 6米。
图I为本发明排土场顶部平台微地形蓄水单元平面示意图；图2为本发明排土场坡间平台微地形蓄水单元平面示意图；图3为本发明排土场顶部平台微地形蓄水单元剖面示意图；图4为本发明排土场坡间平台微地形蓄水单元剖面示意图；图5安太堡内排土场微地形改造典型田块设计图；图6安家岭内排土场微地形改造典型田块设计图；附图中，各标号所代表的部件列表如下I、田间道，2、生产路，3、道路防护林，4、道路蓄水沟，5、田埂，6、坡肩防护林，7、挡水墙，8、边坡坡肩线，9、边坡防护林，10、边坡蓄水沟，11、边坡坡脚线。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图I、图2、图3、图4所示的排土场微地形蓄水单元平面示意图。包括以下步骤步骤A :排土场排弃到位后对土地进行局部平整，在顶部平台的边坡坡肩长度方向的一侧位置修筑挡水墙7 ;所述挡水墙8距离边坡坡肩线8的距离为I米，所述挡水墙7高I米，上顶宽I米，下底宽4米，边坡比1:1. 5。步骤B :在顶部平台及坡间平台上布设田间道I和生产路2，利用田间道和生产路2将平台划分成I至多个大田块作为蓄水单元。所述田间道I和生产路2高出临近地面为O. 8米。所述大田块边长以200米至300米为标准。所述田间道I的面宽4米，田间道I的基宽5米；生产路2的路面宽2米，生产路2的路基宽2. 6米。步骤C :在步骤B所述蓄水单元内修筑田埂5，利用田埂5将所述大田块分为若干小田块；所述小田块边长为50米，田埂5高度为O. 5米。步骤D :用推土的方法进行地表整形，将地表修筑为一定程度的起伏状态，并使得外围小田块的地面标高依次高于内部小田块的地面标高。所述蓄水单元内的外围小田块的地面标高依次高于内部小田块O. I米。步骤E :在步骤A所述顶部平台上的临近所述边坡坡肩的所述蓄水单元与所述挡水墙7之间设坡肩防护林6。所述坡肩防护林6可以为2至5行，优选3行。步骤F :在所述顶部平台及坡间平台上的田间道I和生产路2的两侧开设道路蓄水沟4 ;在所述坡间平台的边坡坡脚一侧设置边坡蓄水沟10，所述道路蓄水沟4与所述边坡蓄水沟10相连通。步骤G :在所述边坡蓄水沟10与边坡坡脚线11之间设置有坡脚防护林9及所述道路蓄水沟4与田间道I和生产路2之间设置有道路防护林3。实施例I 如图5安太堡内排土场微地形改造典型田块设计图；安太堡内排土场2011年复垦面积63. 40hm2,为排土场顶部平台，平台高程约为1480m，边坡高30m。通过田间道I和生产路2将整个复垦区划分为16个蓄水单元进行微地形改造，在顶部平台的边坡坡肩长度方向的一侧位置修筑挡水墙挡水墙7，在田间道I和生产路2的两侧设置有道路蓄水沟4，在所述蓄水单元内布设田埂。取安太堡内排土场顶部平台中的一个田块8举例说明，田块长250m，宽150m，总面积37500m2 ；田间道长150m，生产路长500m，道路两侧布设道路防护林带3和道路蓄水沟4 ；从边坡坡肩线8由外往里分别布设挡水墙7和坡肩防护林6带。再利用田埂5将田块8划分为15个小田块，分为三等高程，外围小田块地面标高依次高于内部小田块O. lm，最高高程为1477. 40m，中间高程为1477. 30m，最低高程为1477. 20m, 15个小田块构成中间低，四周高的起伏地形。安太堡内排土场2011年复垦区域作为排土场微地形改造技术示范样地，到目前为止，排土场在水土保持方面收到良好的效果。通过对比改造样地改造前后土壤的水蚀程度和透水性，得出如下结论，经过微地形改造的排土场平台O 40cm 土层土壤平均含水量提高11. 3% ;土壤侵蚀模数2800t/km2 · a,降低了 1700t/km2 · a。边坡方面，与未进行微地形改造区相比，没有发现大冲沟，小冲沟的数量明显减少，没有发现滑坡塌方的区域。实施例2如图6安家岭内排土场微地形改造典型田块设计图；安家岭内排土场2011年复垦面积171. 5Ihm2,分为三个台阶,最高平台高程约为1420m，最低平台高程约为1340m。通过田间道I和生产路2将整个复垦区划分为26个蓄水单元进行微地形改造，挡水墙7、道路蓄水沟4和田埂5四项工程。以安家岭内排土场顶部平台中的一个田块为例，田块长250m，宽150m，总面积37500m2 ;田间道总长400m，生产路长250m，田间道I和生产路2两侧布设边坡防护林9和边坡蓄水沟10 ;从边坡坡脚线11由外往里分别布设边坡防护林9和边坡蓄水沟10。再利用田埂5将田块划分为15个小田块，分为三等高程，外围小田块地面标高依次高于内部小田块O. lm，最高高程为1411.60m，中间高程为1411. 50m，最低高程为1411. 40m, 15个小田块构成中间低，四周高的起伏地形。安家岭内排土场2011年复垦区域作为排土场微地形改造技术示范样地，到目前为止，排土场在水土保持方面收到良好的效果。通过对比改造样地改造前后土壤的水蚀程度和透水性，经过微地形改造的排土场平台O 40cm 土层土壤平均含水量提高12. 5% ；水分稳渗率由原来的O.提高到O. 25mm/mm, 土壤侵蚀模数3200t/km2 · a,降低了1300t/km2 · a。边坡方面，与未进行微地形改造区相比，没有发现大冲沟，小冲沟的数量明显减少，没有发现滑坡塌方的区域。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
1.一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤A :排土场排弃到位后对排土场顶部平台及坡间平台进行局部平整，在顶部平台的边坡坡肩长度方向的一侧位置修筑挡水墙； 步骤B:在顶部平台及坡间平台上布设田间道和生产路，利用田间道和生产路将平台划分成I至多个大田块作为蓄水单元； 步骤C :在步骤B所述蓄水单元内修筑田埂，利用田埂将所述大田块分为若干小田块； 步骤D :用推土的方法进行地表整形，将地表修筑为一定程度的起伏状态，并使得外围小田块的地面标高依次高于内部小田块的地面标高。
2.根据权利要求1所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，还包括步骤E :在步骤A所述顶部平台上的临近所述边坡坡肩的所述蓄水单元与所述挡水墙之间设坡肩防护林。
3.根据权利要求1所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，还包括步骤F :在所述顶部平台及坡间平台上的田间道和生产路的两侧开设道路蓄水沟；在所述坡间平台的边坡坡脚一侧设置边坡蓄水沟，所述道路蓄水沟与所述边坡蓄水沟相连通。
4.根据权利要求2所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，还包括步骤G :在所述边坡蓄水沟与边坡坡脚之间设置有坡脚防护林；所述道路蓄水沟与田间道和生产路之间设置有道路防护林。
5.根据权利要求1至4任一项所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述田间道和生产路高出临近地面O. 8米。
6.根据权利要求1至4任一项所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述挡水墙距离边坡坡肩I米，所述挡水墙高I米，上顶宽1米，下底宽4米，边坡比1:1. 5。
7.根据权利要求1至4任一项所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述蓄水单元内的外围小田块的地面标高依次高于内部小田块O. I米。
8.根据权利要求1至4任一项所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述大田块边长为200米至300米。
9.根据权利要求8所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述小田块边长为50米，田埂高度为O. 5米。
10.根据权利要求8所述一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，其特征在于，所述田间道的面宽4米，田间道的基宽5米；生产路的路面宽2米，生产路的路基宽2. 6米。
全文摘要
本发明涉及一种黄土区大型露天煤矿排土场微地形改造方法，包括以下步骤首先，排土场排弃到位后对土地进行局部平整，修筑坡肩挡水墙，然后，通过在平台上布设田间道和生产路划分将平台划分成大田块；其次，利用田埂将大田块分割为若干小田块；再次，用推土的方法进行地表整形，保证外围小田块地面标高依次高于内部小田块；最后，修筑道路蓄水沟以及排土场边坡蓄水沟，形成环状连通式进行蓄水。本发明以微地形改造技术减少排土场地表径流的产生并增加水分入渗，避免水流汇集发生水土流失，在确保排土场稳定性的同时，更高效地利用了有限的水资源。
文档编号E02D17/20GK102888849SQ20121040098
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者王金满, 白中科, 周伟, 叶驰驱, 张召, 薛玉芬, 严慎纯, 杨睿璇 申请人:中国地质大学(北京)