草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法

技术领域

本发明涉及矿产资源开采工程及优化技术领域，具体涉及一种草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法。

背景技术

与井工开采相比，露天开采在规模、安全以及资源回收率等方面优势明显，在条件允许情况下已成为矿产资源开采中的首选开采方法。但露天矿开采往往伴随着剧烈的地表扰动，会对原始生态环境及地形地貌造成不同程度的损伤，特别是对生态环境的重要承载体-地表表土的破坏较为严重。露天开采工程主要涉及煤岩的采剥、移运和剥离物的排弃，这一过程每年都会破坏大量的土地。且随着露天矿山的开采进入中后期，开采深度逐渐由浅部转向深部，表土资源越来越稀缺，露天矿山稀缺的表土资源储存以及回填问题亟待解决。

目前，关于草原区露天矿废石及表土储存的方法一般是运送到排土场或是边开采边建立存储场。公开为CN105389447A的中国发明专利公开了一种基于空间块体模型的露天矿破碎站最优位置确定的方法，该方法将矿体划分成三维离散的块体，将可能布设破碎站的露天矿境界进行网格化，每一个网格即为破碎站的可能位置，再根据各个块体的质量、位置计算所有块体到每个网格处的运输功，选取总运输功最小的位置网格质心点即为破碎站的最优位置。公开号为CN101400873A的中国发明专利公开了一种矿井开采过程中废物处理的方法，该方法确定了具有若干节点的道路网络，废弃原料沿着所述道路网络从矿井中的一个位置被移动到废物堆放处之一并储存在根据提供联合开采和回填调度的区块模型确定的废物堆放处，因此原料从那些区块被清除以确定回填集合体空间。公开号为CN111877367A的中国发明专利公开了一种闭坑露天矿流态回填循环工艺系统，该系统能够充分利用外排土场固体废弃物和矿山涌水，将外排土场回填后能同时将外排土场和矿坑占地恢复到可以再次利用的水平，有效解决了相关技术中需要卡车重车下向运输，排土机高台阶作业的技术问题,有效的利用物料自身重力作用实现坑内自流，降低回填治理费用。

上述现有技术中主要存在以下三方面技术问题亟待解决：(1)露天矿山进入深部开采后，表土资源的运输、储存、回填难度逐渐增大，成本升高，经济效益随之降低。(2)开采剥离的适合复垦的表土长期堆存不进行使用会因为水土流失、有机质下降、土壤沉降板结等原因造成土壤肥力下降，多年后再用于复垦效果不佳。(3)开采区域的碎石与表土没有合适的级配导致废石无法全部回填，碎石之间空隙较大可能会导致复垦的草地发生地表沉陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法，适用于草原区露天矿场的复垦工作，在一定程度上保持我国草原占地总量动态平衡，可持续性较强，能够促进生态循环，恢复生态平衡，提高土地资源的利用率。

根据本发明的目的提出的一种草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法，包括以下步骤：

步骤一：对露天矿进行表土剥离，并将剥离下来的表土资源运输至附近的表土存储场。

步骤二：将矿层间的岩石进行爆破与剥离，采出的大块碎石与小块碎石运输至邻近废弃矿坑，并将大块碎石放置于邻近废弃矿坑的矿床中。

步骤三：对露天矿进行采矿，采出的煤矿运往洗煤厂洗煤后，剩下的煤矸石与小块碎石进行级配，运至邻近废弃矿坑，充填大块碎石间的间隙。

步骤四：将表土存储场中的表土资源运输至邻近废弃矿坑填入，此时邻近废弃矿坑已经形成完整的复垦草地。

优选的，按照采掘和草原区复垦工艺将一个矿床分为n个区域进行开采，矿床不同区域的剥离、采掘，根据运距长短交错回填。

包括以下步骤：

S1：对第一带区进行表土剥离，并将剥离下来的表土资源运输至附近的表土存储场。

S2：将第一带区矿层间的岩石进行爆破与剥离，采出的大块碎石与小块碎石运输至邻近废弃矿坑，并将大块碎石放置于邻近废弃矿坑的矿床中。

S3：对第一带区进行采矿，采出的煤矿运往洗煤厂洗煤后，剩下的煤矸石与小块碎石进行级配，运至邻近废弃矿坑，充填大块碎石间的间隙。

S4：将表土存储场中的第一带区表土资源运输至邻近废弃矿坑填入，此时邻近废弃矿坑已经形成完整的复垦草地。

S5：重复S1-S3对第二带区进行开采，所剥离的表土资源运输至表土存储场，采出的大块碎石与小块碎石运输至第一带区，并将大块碎石放置于邻近废弃矿坑的矿床中，洗煤后剩下的煤矸石与小块碎石进行级配，充填大块碎石间的间隙。

S6：重复S1-S3对第二带区后的所有带区依次进行开采，每一带区所剥离的表土资源运输至相应带区前的第二个带区，此时相应带区前的第二个带区也形成了完整的复垦草地；采出的大块碎石与小块碎石运输至相应带区前的相邻带区，并将大块碎石放置于邻近废弃矿坑的矿床中，洗煤后剩下的煤矸石与小块碎石进行级配，充填大块碎石间的间隙，直至全部带区开采完成。

S7：将表土存储场中的第二带区表土资源运输至第n-1带区填入，此时第n-1带区也形成了完整的复垦草地，第n带区则成为空闲土地。

与现有技术相比，本发明公开的草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法的优点是：

(1)本发明对外排土量较少，废石场以及表土存储场占用土地较少，表土存储场规划及位置的选择在安全、环保的基础上使得露天开采的整个时期内折算到矿石成本中的表土及碎石运输、排弃、复垦与污染防治等费用的贴现值最小，降低了露天矿生产成本，增加了露天矿的经济效益。

(2)本发明中可供复垦的富含腐殖质的土壤能够在时效期内种植草地与放牧，保证了复垦草地的养料充足，增加了复垦草地的存活率。同时，剥离的表土资源、岩石都能尽早尽快地进行处理，复垦率、节地效果、生态承载力指标和环境承载力指标均优于传统的开采结束再复垦的技术，对生态环境的恢复意义重大。

(3)本发明所公开的回填优化方案在整个开采过程中有序进行，能够充分利用采掘出来的固体废弃物如大小碎石及煤矸石，变废为宝，级配后的岩层土地对后续复垦草地的良好恢复起着关键作用。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。

图1为第一带区采矿结构图。

图2为第二带区采矿结构图。

图3为第三带区采矿结构图。

图4为第四带区采矿结构图。

图5为露天矿回填结构图。

图6为露天矿开采回填流程图。

图中的数字或字母所代表的零部件名称为：

1-第一带区；2-第二带区；3-第三带区；4-第四带区；5-表土存储场；6-邻近废弃矿坑；7-洗煤厂；8-矿床；9-大块碎石；10-煤矸石；11-小块碎石；12-表土；13-复垦草地。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

图1-图6示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。

如图1-6所示的一种草原区露天矿废石及表土的储存与回填优化方法，按照采掘和草原区复垦工艺将一个矿床8分为四个区域进行开采，开采时工作面推进方向为从第一带区1到第四带区4，矿床8不同区域的剥离、采掘，根据运距长短交错回填。

具体包括以下步骤：

步骤一：如图1所示，对第一带区1进行表土12剥离，并将剥离下来的表土12资源运输至附近的表土存储场5。

步骤二：将第一带区1矿层间的岩石进行爆破与剥离，采出的大块碎石9与小块碎石11运输至邻近废弃矿坑6，并将大块碎石9放置于邻近废弃矿坑6的矿床8中。

步骤三：对第一带区1进行煤岩开采，采出的煤矿运往洗煤厂7，洗煤后剩下的煤矸石10与小块碎石11进行级配，运至邻近废弃矿坑6，充填大块碎石9间的间隙。

步骤四：将表土存储场5中存储的第一带区1表土资源运输至邻近废弃矿坑6填入，此时邻近废弃矿坑6已经形成完整的复垦草地13，而此时第一带区1开采结束后就变成空闲区；

步骤五：如图2所示，重复步骤1-3对第二带区2进行表土12剥离、岩石爆破以及煤矿开采。所剥离的表土12资源运输至表土存储场5，采出的大块碎石9与小块碎石11运输至第一带区1，并将大块碎石9放置于邻近废弃矿坑6的矿床8中。洗煤后剩下的煤矸石10与小块碎石11进行级配，充填至第一带区1内大块碎石9间的间隙。

步骤六：如图3所示，重复步骤1-3对第三带区3进行表土12剥离、岩石爆破以及煤矿开采。所剥离的表土12资源运输至第一带区1填入，此时第一带区1也形成了完整的复垦草地13，第二带区2开采结束后变成了空闲区。第三带区3所采出的大块碎石9与小块碎石11运输至第二带区2，并将大块碎石9放置于邻近废弃矿坑6的矿床8中，洗煤后剩下的煤矸石10与小块碎石11进行级配，充填至第二带区2大块碎石9间的间隙。

步骤七：如图4所示，重复步骤1-3对第四带区4进行表土12剥离、岩石爆破以及煤矿开采。所剥离的表土12资源运输至第二带区2填入，此时第二带区2也形成了完整的复垦草地13，第三带区3开采结束后变成了空闲区。第四带区4所采出的大块碎石9与小块碎石11运输至第三带区3，并将大块碎石9放置于邻近废弃矿坑6的矿床中，洗煤后剩下的煤矸石10与小块碎石11进行级配，充填至第三带区3大块碎石9间的间隙。

步骤八：将表土存储场5中所存储的第二带区2表土资源运输至第三带区3填入，此时第三带区3也形成了完整的复垦草地13，第四带区4则成为空闲区，同时表土存储场5也处于空闲状态。

具体每个区域的回填优化方案：

如图5所示，将爆破后的碎石进行分类，大块碎石9首先放入矿床8底部，并将煤矸石10与较小的碎石级配后充填大块碎石9的间隙。随后将表土12资源从暂存区或下一带区运出，置于矿床8最上方，最后种上草复垦、放牧，恢复草原生态环境。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。