一种内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法与流程

1.本发明涉及地下水利用的技术领域，尤其涉及一种内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法。


背景技术：

2.露天矿开采过程中，往往会对矿区周围的浅层地下水(30-50m)进行排水疏干，以避免地下水流入生产区域，影响生产安全。露天矿排水疏干井一般布置在露天矿区边界外部较远地区，且布置范围和布置数量较大，露天矿完成开采并实现内排后，若撤销排水疏干井，则浅层地下水会重新恢复流动，由于露天矿内排土场内部孔隙较大，一部分地下水将渗入排土场内部，严重降低排土场稳定性，渗入量较大时，将阻断地下水的正常流动；若继续排水疏干，则矿区周围地下水水位必然下降，地下水正常迁移同样受到很大影响，严重时将影响周围较大范围的人民群众正常生活取水，同时，排水疏干取出的地下水由于距离矿区较远，用于矿区生产时，运输成本较大。因此亟需提供一种内排露天矿浅层地下水抽取和恢复的方式，在保证露天矿内排土场安全的前期下，对矿区内的浅层地下水进行合理的利用和补充，以达到露天开采与环境保护的有机统一。


技术实现要素：

3.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述现有内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明目的是提供一种内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法，其能够完成对地下水的补充。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种内排露天矿浅层地下水取用装置，该装置包括基层、迁移层和过滤层，基层，包括露天矿端帮、设置于所述露天矿端帮内的隔水层、设置于所述隔水层上方的含水层、设置于所述隔水层和含水层之间的人工隔水层；迁移层，设置于所述基层上方，包括设置于所述人工隔水层上方的迁移通道、设置于所述迁移通道内的顶层隔水层；以及，过滤层，设置于所述迁移层上方，由上往下依次包括第一过滤层、第二过滤层、第三过滤层、第四过滤层、第五过滤层和贯穿所述过滤层和迁移层的取水井。
7.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：所述隔水层和人工隔水层之间设置有分段台阶。
8.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：所述顶层隔水层间隔一定距离设置，所述顶层隔水层之间间隔有渗漏孔，所述迁移层内还设置有透水布。
9.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：所述取水井包括混凝土基台、设置于所述混凝土基台上方的带孔钢圈和混凝土管。
10.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：所述内排露天矿浅层地下水取用装置之间还设置有垂直隔水墙。
11.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：露天矿进行内排时，所述分段台阶以下空间排弃露天矿剥离物，内排接近所述分段台阶时，排弃露天矿中遇水易胶结的剥离物，所述人工隔水层连接两侧端帮隔水层，在内排土场内部构成完成连续隔水层。
12.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：在所述人工隔水层上开始排弃疏水岩石块，构成所述迁移通道，所述迁移通道上表面超过原始含水层上表面-m时，停止作业。
13.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：在所述顶层隔水层上构筑过滤层，过滤层上表面与露天矿内排土场最终设计高度对应的上表面平齐，所述第一过滤层拦截来水中的植物残骸等杂物和降低水的浊度；所述第二过滤层拦截水中泥沙，降低浊度；所述第三过滤层为透水砖类或透水水泥等物料；所述第四过滤层与第二过滤层材料相同，所述第五过滤层与第一过滤层材料相同；所述第五过滤层下铺设透水布，所述第四过滤层、第五过滤层及透水布防止小颗粒物料混入地下水迁移通道造成阻塞。
14.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：所述迁移通道在水平面内沿露天矿推进方向不断变宽，宽度达到150～200m时，从人工隔水层上表面开始垂直地表向上构筑所述垂直隔水墙，所述垂直隔水墙上边界与顶层隔水层连接，将所述迁移通道封闭，形成一条独立的封闭地下水迁移通道。
15.作为本发明所述内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法的一种优选方案，其中：地下水取用步骤包括：
16.停止露天矿内排土场周边排水疏干作业，恢复浅层地下水迁移；
17.浅层地下水经过地下水所述迁移通道时，在取水井中汇集，在取水井中安装抽水设施，实现取水；
18.取水井内同时布置监测设备，兼做观察井使用，监测地下水情况；
19.某一条封闭地下水迁移通道断裂或者失效时，加大该条封闭地下水迁移通道靠近两侧原始浅层隔水层的取水井抽水力度，确保地下水不再通过该条地下水迁移通道，避免地下水向内排土场内部渗透；
20.地下水补充步骤包括：
21.在露天矿区内布置输水通道，输水通道终点位于过滤层表面；
22.在矿区水资源出现富裕或矿区降雨时，将水直接排弃或引流至所述过滤层，水体经过所述过滤层过滤后，穿过所述透水布进入地下水迁移通道内，实现向地下水补水。
23.本发明的有益效果：
24.采用矿山常见剥离物构筑地下水迁移通道，恢复地下水流通，成本低，效果好。人工隔水墙与垂直隔水墙组合设置，构成封闭地下水迁移通道，避免向内排土场内部渗透，保
证排土场稳定性。地下水迁移通道分段独立设置，可根据运行情况随时弃用，提高方案整体的可靠性。人工隔水层与顶层隔水层配合形成漏斗状地下水迁移通道，可在实现向地下水补水的同时，最大程度减少地下水向过滤层渗透。多层且可更换过滤层设置，确保向地下补水的质量，延长系统服务期限。实现向地下水取水与补水的双重功能，避免露天矿长期排水疏干，实现内排土场就近取水，满足绿色环保要求，降低了用水成本。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
26.图1为本发明内排露天矿浅层地下水取用装置的整体结构示意图。
27.图2为本发明内排露天矿浅层地下水取用装置的取水井结构示意图。
28.图3为本发明内排露天矿浅层地下水取用装置的a-a面截面图。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
30.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
31.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
32.再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
33.实施例1
34.参照图1，为本发明第一个实施例，提供了一种内排露天矿浅层地下水取用装置及取用恢复方法，此内排露天矿浅层地下水取用装置包括基层100、迁移层200和过滤层300，其中，基层100，包括露天矿端帮101、设置于露天矿端帮101内的隔水层102、设置于隔水层102上方的含水层103、设置于隔水层102和含水层103之间的人工隔水层104；迁移层200，设置于基层100上方，包括设置于人工隔水层104上方的迁移通道201、设置于迁移通道201内的顶层隔水层202；以及，过滤层300，设置于迁移层200上方，由上往下依次包括第一过滤层301、第二过滤层302、第三过滤层303、第四过滤层304、第五过滤层305和贯穿过滤层300和迁移层200的取水井306。
35.隔水层102和人工隔水层104之间设置有分段台阶102a。顶层隔水层202间隔一定距离设置，顶层隔水层202之间间隔有渗漏孔202a，迁移层200内还设置有透水布203。取水井306包括混凝土基台306a、设置于混凝土基台306a上方的带孔钢圈306b和混凝土管306c。
内排露天矿浅层地下水取用装置之间还设置有垂直隔水墙400。
36.其中，基层100为内排露天矿的基础设施，迁移层200形成内部地下水迁移通道，过滤层300用于对地下水进行过滤，隔水层102用于隔离保护地下水，防止其流失，含水层103为下下水原始含水层，人工隔水层104加强原始隔水层厚度，迁移通道201用于转运地下水，顶层隔水层202储存保护地下水，第一过滤层301、第二过滤层302、第三过滤层303、第四过滤层304、第五过滤层305用于过滤地下水，取水井306用于取用地下水。
37.实施例2
38.参照图2～3，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：露天矿进行内排时，分段台阶102a以下空间排弃露天矿剥离物，内排接近分段台阶102a时，排弃露天矿中遇水易胶结的剥离物，人工隔水层104连接两侧端帮隔水层102，在内排土场内部构成完成连续隔水层。在人工隔水层104上开始排弃疏水岩石块，构成迁移通道201，迁移通道201上表面超过原始含水层上表面2-3m时，停止作业。
39.在顶层隔水层202上构筑过滤层300，过滤层300上表面与露天矿内排土场最终设计高度对应的上表面平齐，第一过滤层301拦截来水中的植物残骸等杂物和降低水的浊度；第二过滤层302拦截水中泥沙，降低浊度；第三过滤层302为透水砖类或透水水泥等物料；第四过滤层304与第二过滤层302材料相同，第五过滤层305与第一过滤层301材料相同；第五过滤层305下铺设透水布，第四过滤层304、第五过滤层305及透水布203防止小颗粒物料混入地下水迁移通道201造成阻塞。迁移通道201在水平面内沿露天矿推进方向不断变宽，宽度达到150-200m时，从人工隔水层104上表面开始垂直地表向上构筑垂直隔水墙400，垂直隔水墙400上边界与顶层隔水层202连接，将迁移通道201封闭，形成一条独立的封闭地下水迁移通道201。
40.地下水取用步骤包括：
41.(1)停止露天矿内排土场周边排水疏干作业，恢复浅层地下水迁移；
42.(2)浅层地下水经过地下水所述迁移通道201时，在取水井306中汇集，在取水井中安装抽水设施，实现取水；
43.(3)取水井306内同时布置监测设备，兼做观察井使用，监测地下水情况；
44.(4)某一条封闭地下水迁移通道201断裂或者失效时，加大该条封闭地下水迁移通道201靠近两侧原始浅层隔水层102的取水306)抽水力度，确保地下水不再通过该条地下水迁移通道201，避免地下水向内排土场内部渗透；
45.地下水补充步骤包括：
46.(1)在露天矿区内布置输水通道，输水通道终点位于过滤层300表面；
47.(2)在矿区水资源出现富裕或矿区降雨时，将水直接排弃或引流至所述过滤层300，水体经过所述过滤层300过滤后，穿过所述透水布203进入地下水迁移通道201内，实现向地下水补水。
48.相较于实施例1，进一步的，露天矿剥离过程中，将露天矿端帮暴露的原始浅层隔水层修筑为分段台阶102a，原始浅层隔水层102厚度超过(含)20m时，分段台阶102a总高与原始浅层隔水层102厚度相同；原始浅层隔水层102厚度不足20m时，将原始浅层隔水层102下表面以下一定高度的端帮也修筑为分段台阶102a，确保最终分段台阶总高不小于20m。优选的，每阶台阶高度不超过3m，宽度不超过5m。
49.露天矿进行内排时，分段台阶102a以下空间排弃露天矿剥离物，不影响露天矿正常内排。内排接近分段台阶102a时，开始排弃露天矿中遇水易胶结的剥离物，从而构成人工隔水层104，人工隔水层104连接两侧端帮原始浅层隔水层102，在内排土场内部构成完成连续隔水层，人工隔水层104采用分层排弃方式，排弃后，采用矿山设备反复碾压并人工促进其胶结。人工隔水层104在两侧端帮连线方向上呈现连续的高低起伏状，原始浅层隔水层102连接位置为峰底，峰底峰谷交替出现，峰底峰谷之间的倾斜角度为15-20
°
，可满足矿用卡车行使，单侧倾斜斜面长度150～200m。人工隔水层104厚度比原始浅层隔水层102超厚2～3m，人工隔水层峰谷标高低于原始浅层隔水层102上表面2～3m。优选的，人工隔水层102每层厚度3～5m。
50.在每个人工隔水层峰谷中心构筑透水混凝土管，构成取水井306，透水混凝土管管底垫30～50cm高的带孔钢圈306b，带孔钢圈306b厚度超厚透水混凝土管306c厚度3～5cm。透水混凝土管306c厚度10-15cm，高度2m，内径1.5m。带孔钢圈306b下构筑混凝土基台，防止沉降。进一步的，为降低取水井306布置过程中影响露天矿的正常生产效率，每一条地下水迁移通道内的同一峰谷里，至多布置2口取水井306。
51.在人工隔水层104上开始排弃块度7～12cm的疏水岩石块，疏水岩石块遇水不发生崩解，构成地下水迁移通道201，排弃采用卡车直接倾倒方法，避免过度碾压。地下水迁移通道201上表面超过原始含水层103上表面2～3m时，停止作业。地下水迁移通道201构筑过程中，同时加高取水井306。以每个取水井306为中心，在其四周倾斜排弃疏水岩石块，取水井306位于最低点，人工隔水层104峰顶垂直正上方为最高点，相差20m。
52.在疏水岩石块上分层排弃遇水易胶结的剥离物，构成顶层隔水层202，厚度5m。顶层隔水层202与露天矿端帮连接，连接位置的露天矿端帮被修筑为2m左右的阶梯状，增大与顶层隔水层的接触面。取水井306周围20m范围内不构筑顶层隔水层202，排弃疏水岩石块，构成渗漏孔202a。
53.在顶层隔水层202上构筑过滤层300，过滤层300上表面与露天矿内排土场最终设计高度对应的上表面平齐。过滤层300共5层，从顶部向下依次为第一、第二、第三、第四、第五过滤层。第一过滤层301为中颗粒砂砾岩类物料，以0.5～2cm物料为主，装于透水塑料箱内，可整体更换，主要是拦截来水中的植物残骸等杂物和降低水的浊度。第二过滤层302为中细沙为主，拦截水中泥沙，降低浊度，可根据需要定期更换。第三过滤层303为透水砖类或透水水泥等物料；第四过滤层304与第二过滤层302材料相同，第五过滤层305与第一过滤层301材料相同。第五过滤层305下铺设透水布，第四过滤层304、第五过滤层305及透水布203主要为防止小颗粒物料混入地下水迁移通道201造成阻塞。同时加高取水管至地表。进一步的，优选的，第一、第二、第三、第四、第五过滤层厚度分别为2～3m、3～5m、0.5～1.0m、2～3m、2～3m。实际施工时，应按照可供施工的过滤层300实际高度等比例缩小或者放大各层过滤层厚度。
54.随着露天矿内排土场不断的推进，地下水迁移通道201在水平面内沿露天矿推进方向不断变宽，宽度达到150～200m时，从人工隔水层104上表面开始垂直地表向上构筑垂直隔水墙400，垂直隔水墙厚度15～20m，上边界与顶层隔水层202连接，将地下水迁移通道201封闭，形成一条独立的封闭地下水迁移通道。
55.随着露天矿的生产，在内排土场内部构筑连续的多段封闭地下水迁移通道。一种
内排露天矿浅层地下水取用及恢复方法，同时包括地下水取用，具体包括：
56.s1：停止露天矿内排土场周边排水疏干作业，恢复浅层地下水迁移。
57.s2：浅层地下水经过地下水迁移通道时，在取水井中汇集，在取水井中安装抽水设施，实现取水。
58.s3：取水井内同时布置监测设备，兼做观察井使用，监测地下水情况。
59.s4：某一条封闭地下水迁移通道断裂或者失效时，加大该条封闭地下水迁移通道靠近两侧原始浅层隔水层的取水井抽水力度，确保地下水不再通过该条地下水迁移通道，避免地下水向内排土场内部渗透。
60.一种内排露天矿浅层地下水取用及恢复方法，同时包括地下水补充，具体包括：
61.s1：在露天矿区内布置输水通道，输水通道终点位于过滤层表面。
62.s2：在矿区水资源出现富裕或矿区降雨时，将水直接排弃或引流至过滤区，水体经过过滤层过滤后，穿过透水布进入地下水迁移通道内，实现向地下水补水。
63.其余结构与实施例1的结构相同。
64.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。