一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法技术

本发明专利技术属于矿山安全建设、环境治理、水土保持技术领域，具体地说，是一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，包括以下步骤：（1）获取排弃到位排土场顶部平台及边坡的精细地形、水文网及汇水区；（2）统计排土场所在地区降雨数据；计算汇水区潜在储水/持水能力及所在微流域面积；（3）在排土场顶部平台内部汇水区布置储水植物塘；在排土场顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地；储水植物塘与持水潜流湿地由导水植物沟相连通；（4）分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物，保持水土、防止径流冲刷、提升景观效果。

【技术实现步骤摘要】
一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法
本专利技术属于矿山安全建设、环境治理、水土保持
，具体地说，是一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法。
技术介绍
露天煤矿是指由于地理变化沉积在地表或浅层的煤炭层，通过直接露天采掘煤矿，是指将剥离物运输、排弃、堆积而形成的一种大型人工堆积体。通常情况下，露天煤矿排土场相对高度在几十到一百多米，将成为永久矿业遗迹。在排土场堆存过程中，由于采用大型机械土石混排的生产工艺，使排土场出现异质性强、非均匀沉降等问题。排土场不仅彻底改变了原有地貌特征，而且对所在区域的降水等自然因素进行了重新分配、组合。地表覆盖物渗透率异质性强，雨季降水不仅形成地表径流，同时雨水汇集会沿裂缝流动，形成内部渗流、暗涌等，极易造成土壤侵蚀、滑坡等自然灾害。露天煤矿排土场将伴随矿山开采一直存在，其边坡稳定性、水土流失等问题直接关系到矿山的安全生产。对排土场边坡失稳与水土流失的有效防控，可以阻止或减少排土场边坡滑动和蠕动，对有效防治边坡地质灾害具有十分重要的现实意义。此外，我国露天煤矿大多处于干旱、半干旱的生态脆弱区，采矿活动对环境造成了一定破坏，加之北方地区蒸发量大、排土场整体持水性低，使得降雨资源难以保存，水肥流失严重，使排土场复垦植被长期处于缺水、缺肥状态，需要人工长期维护。因此，提高降雨资源利用率、减少水肥流失对排土场复垦植被自维持具有重要作用。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，以提高露天矿排土场边坡稳定性、减少水土流失、提高水资源的存储和调配。本专利技术采用的具体技术方案如下：一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，包括以下步骤：步骤A：获取排弃到位排土场顶部平台及边坡的精细地形、水文网及汇水区；步骤B：统计排土场所在地区降雨数据，计算汇水区潜在储水/持水能力及所在微流域面积；步骤C：在排土场顶部平台内部汇水区布置储水植物塘，在排土场顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地，储水植物塘与持水潜流湿地由导水植物沟相连通；步骤D：分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物。本专利技术的进一步改进，在步骤A所属的地形数据获取采用无人机、三维激光扫描等方式，其比例尺优于1：200。本专利技术的进一步改进，在步骤A所属降雨强度为20年一遇强降雨单日降水量，根据降雨强度布置储水植物塘与持水潜流湿地的面积。采用上述进一步方案的有益效果是：根据排土场顶部平台微地貌，结合当地水文情况因地制宜的布置分布式布置储水/持水单元，使系统更加高效。本专利技术的进一步改进，储水植物塘中心深度为2.2m，边坡比小于等于1：3，储水植物塘与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，防渗层上覆盖0.5m厚腐殖土。本专利技术的进一步改进，持水潜流湿地深度为1.5m，边坡比小于等于1：3，持水潜流湿地与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，底部防渗层往上依次填充粘土垫层0.2m、粒径32~64mm的砾石或煤矸石0.4m、粒径16~32mm的砾石或煤矸石0.2m、粒径5~16mm的砾石或煤矸石0.2m、腐殖土0.4~0.5m；持水潜流湿地最终标高与周围持平或略低。本专利技术的进一步改进，导水植物沟布置在已有水文网的位置，可随着重力流进行导水。植物沟剖面呈倒梯形，深度为1.5m，导水植物沟沟底与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，底部防渗层往上依次填充粘土垫层0.2m、粒径32~64mm的砾石或煤矸石0.4m、粒径16~32mm的砾石或煤矸石0.2m、粒径5~16mm的砾石或煤矸石0.2m、腐殖土0.4~0.5m；持水潜流湿地最终标比周围略低。本专利技术的进一步改进，排土场顶部外围持水潜流湿地与顶部边缘线之间设置安全距离，长度为50~80米。本专利技术的有益效果是：利用已有微地貌及水流特征，在北方露天煤矿排土场顶部平台设置分布式储水植物塘、持水潜流湿地等若干个蓄水单元，再通过导水植物沟将微流域内降雨导入蓄水单元；合理控制、分配降雨资源，有效防止降雨形成侵蚀性坡面径流、地下渗流、暗涌等，在确保排土场边坡稳定性与减少水土流失的同时，更加高效的利用有限的水资源。附图说明图1为本专利技术排土场微地形改造分布式储水/持水/导水单元整体平面示意图。图2为本专利技术储水植物塘剖面示意图。图3为本专利技术持水潜流湿地剖面示意图。图4为本专利技术导水植物沟剖面示意图。图5宝日希勒排土场微地形改造典型分布式储水/持水/导水系统设计图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。如图1、图2、图3、图4所示的排土场微地形储水/持水单元平面示意图。包括以下步骤：步骤A：获取排弃到位排土场顶部平台及边坡的精细地形、水文网及汇水区；所属的地形数据获取采用无人机、三维激光扫描等方式，其比例尺优于1：200。步骤B：统计排土场所在地区降雨数据；计算汇水区潜在储水/持水能力及所在微流域面积；步骤C：在排土场顶部平台内部汇水区布置储水植物塘；在排土场顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地；储水植物塘与持水潜流湿地由导水植物沟相连通；步骤D：分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物，保持水土、防止径流冲刷、提升景观效果。步骤E：储水植物塘中心深度为2.2m，边坡比小于等于1：3，储水植物塘与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，防渗层上覆盖0.5m厚腐殖土。步骤F：持水潜流湿地深度为1.5m，边坡比小于等于1：3，持水潜流湿地与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，底部防渗层往上依次填充粘土垫层0.2m、粒径32~64mm的砾石或煤矸石0.4m、粒径16~32mm的砾石或煤矸石0.2m、粒径5~16mm的砾石或煤矸石0.2m、腐殖土0.4~0.5m；持水潜流湿地最终标高与周围持平或略低。步骤G：导水植物沟布置在已有水文网的位置，可随着重力流进行导水。植物沟剖面呈倒梯形，深度为1.5m，导水植物沟沟底与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层，底部防渗层往上依次填充粘土垫层0.2m、粒径32~64mm的砾石或煤矸石0.4m、粒径16~32mm的砾石或煤矸石0.2m、粒径5~16mm的砾石或煤矸石0.2m、腐殖土0.4~0.5m；持水潜流湿地最终标比周围略低。步骤H：排土场顶部外围持水潜流湿地与顶部边缘线之间设置安全距离，长度为50~80米。实施例：如图5所示为宝日希勒排土场微地形改造典型分布式储水/持水系统设计图；宝日希勒排土场顶部平台海拔约720m，相对高度约120m，边坡角度15~35°之间。通过对地形数据进行空间、水文分析，将整个排土场提取出13个汇水区进行分布式储水/持水系统改造，其中顶部平台中心汇水区布置储水植物塘1个，顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地12个。储水植物塘与持水潜流湿地由布置在原有水文网上的导水植物沟相连通。分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物，保持水土、防止径流冲刷、提升景观效果。取宝日希勒排土场的一个植物塘-植物沟-潜流湿地举例说明，系统内布置1处植物塘，面积7200m2，6处潜流湿地，面积26600m2。再利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：获取排弃到位排土场顶部平台及边坡的精细地形、水文网及汇水区；步骤B：统计排土场所在地区降雨数据，计算汇水区潜在储水/持水能力及所在微流域面积；步骤C：在排土场顶部平台内部汇水区布置储水植物塘，在排土场顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地，储水植物塘与持水潜流湿地由导水植物沟相连通；步骤D：分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物。

【技术特征摘要】
1.一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：获取排弃到位排土场顶部平台及边坡的精细地形、水文网及汇水区；步骤B：统计排土场所在地区降雨数据，计算汇水区潜在储水/持水能力及所在微流域面积；步骤C：在排土场顶部平台内部汇水区布置储水植物塘，在排土场顶部平台外围汇水区和边坡平台汇水区布置持水潜流湿地，储水植物塘与持水潜流湿地由导水植物沟相连通；步骤D：分别在储水植物塘、持水潜流湿地和导水植物沟内种植适生植物。2.根据权利要求1所述的一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，其特征在于，在步骤A中地形数据获取过程中采用无人机、三维激光扫描方式，其比例尺优于1：200。3.根据权利要求1或2所述的一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，其特征在于，在步骤B中统计20年一遇强降雨单日降水量，根据降雨强度布置储水植物塘与持水潜流湿地的面积。4.根据权利要求3所述的一种北方露天煤矿排土场边坡失稳与水土流失的防控方法，其特征在于，在步骤C中，储水植物塘中心深度为2.2m，边坡比小于等于1：3，储水植物塘与边坡底部使用粘土或土工布做防渗层...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷少刚，宫传刚，卞正富，黄赳，熊集兵，程伟，刘英，李心慧，王藏姣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32