一种露天矿坑治理和综合利用方法与流程

1.本发明涉及矿坑治理技术领域，尤其涉及一种露天矿坑治理和综合利用方法。


背景技术：

2.露天矿坑是大规模人为开采所形成的，对于地貌的大尺度损坏，仅仅采用在表面覆盖植被的绿化措施，其恢复自然景观的效用是十分有限的，而且由于受到自然条件的限制，使得露天矿难以形成在自然环境下能够自我维持的繁茂植被生态系统。矿坑的坑深、矿坑的土体滑坡风险等因素的影响，使得采取修建水库填补矿坑，以“湖景”来弥补视觉缺陷的措施，在技术和经济上均存在极大的困难。并且，一些露天矿距离居民密集的城市建成区较近，其生态修复成效与附近市民生活质量之间关系密切，故市民对生态修复的关注度和要求均会较高。


技术实现要素：

3.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
4.相关技术中，采用在矿坑的表面覆盖植被的绿化措施，对于大型矿坑，这种覆盖植被的方式在恢复自然景观的效用上是十分有限的，而且不同地区受到不同的气候、降水等自然条件的限制，也使得露天矿内覆盖植被，需要考虑能否在自然环境下植被能否自我维持繁茂的生态系统的问题。采取修建水库的方式来修复矿坑，以“湖景”来弥补视觉缺陷的措施，在技术和经济上均存在极大的困难。因此，露天矿坑在不同因素的影响下，其修复方式极为复杂和困难。
5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的实施例提出一种露天矿坑治理和综合利用方法，该治理和综合利用方法为大型矿坑的修复提供了多种可行性实施方式。
7.本发明实施例的露天矿坑治理和综合利用方法包括：
8.在矿坑内选取两个相对立的帮壁，分别为第一帮壁和第二帮壁，清理所述第一帮壁上的表土，并对第一帮壁削坡处理，在所述第一帮壁上挖设弧形基坑，并对所述基坑进行夯实，在所述基坑内铺设定日镜阵列，所述定日镜阵列包括多个定日镜，多个所述定日镜均匀分布在所述基坑内，在靠近所述第二帮壁的矿坑之外的地面上布置聚光吸热塔和发电装置，所述聚光吸热塔和所述发电装置相连，所述聚光吸热塔用于吸收转换所述定日镜阵列反射的光照，在所述矿坑内构建生态系统，所述生态系统与所述发电装置相连，所述发电装置用于给所述生态系统供能。
9.本发明实施例的露天矿坑治理和综合利用方法，通过建设聚光吸热塔和发电装置，将太阳光照进行转换，并为矿坑内的生态系统供能，从而为生态系统的运行和维护提供保障。并且，将定日镜阵列设置于基坑内，整体倾斜布置，减少定日镜的数量，聚光吸热塔设置于地面以上，与定日镜阵列存在高度差，大幅降低了聚光吸热塔的建设高度，从而降低工程建设的成本。聚光吸热塔与定日镜阵列相互呼应，形成特色宏大的人工景观，起到吸引旅
客的效果。
10.由此，本发明实施例的露天矿坑治理和综合利用方法解决了露天矿坑自身的供能问题以及生态系统的维持问题。
11.在一些实施例中，所述第一帮壁削坡后的坡度大于17度且小于22度，所述聚光吸热塔的高度大于85米且小于110米。
12.在一些实施例中，所述生态系统的建设方法包括：在所述第一帮壁上除所述基坑外的区域设置多个生态廊道，多个所述生态廊道呈阶梯分布，所述生态廊道与所述发电装置相连，所述生态廊道用于种植热带植物。
13.在一些实施例中，所述生态系统的建设方法还包括：在所述矿坑的坑底修造坡面，并在所述坡面上建设人工湖区，所述人工湖区包括多个依次沿竖向高度排列形成阶梯的人工湖，所述人工湖区还包括河道，所述河道从高到低依次将多个所述人工湖连通，在所述河道的两侧以及相邻的所述人工湖之间种植植物。
14.在一些实施例中，在所述矿坑外的地面上建设蓄水池，在所述矿坑的帮壁上建设由所述蓄水池供水的人工瀑布，所述人工瀑布靠近所述定日镜阵列反射的光束汇聚空间，所述人工瀑布流入最高水位的所述人工湖内。
15.在一些实施例中，在所述人工湖区内设置水循环装置，所述水循环装置包括管件和水泵，所述管件将所述蓄水池与最低水位的所述人工湖连通，所述水泵与所述管件相连并设于最低水位的所述人工湖内，所述水泵用于抽取最低水位的所述人工湖内的水并沿所述管件流入所述蓄水池内。
16.在一些实施例中，在所述矿坑的坑底设置投影装置，所述投影装置与所述发电装置相连。
17.在一些实施例中，在所述矿坑内构建参观系统，所述参观系统包括用于观赏所述生态系统的通道，且所述通道将所述矿坑的坑顶和坑底相连。
18.在一些实施例中，在所述矿坑外建设冷热电三联供系统，所述聚光吸热塔和所述发电装置分别与所述冷热电三联供系统相连。
19.在一些实施例中，在所述矿坑的帮壁上开设连通所述矿坑的坑顶与坑底的滑道，所述滑道上铺设草皮，并在所述滑道上安设多个造雪机，所述造雪机与所述发电装置相连。
附图说明
20.图1是本发明实施例的治理和综合利用后的露天矿坑的示意图。
21.附图标记：矿坑1、第一帮壁11、第二帮壁12、定日镜阵列2、聚光吸热塔3、发电装置4、生态廊道51、人工湖52、河道53、蓄水池54、人工瀑布55、滑道6。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.下面结合附图描述本发明实施例的露天矿坑治理和综合利用方法。
24.如图1所示，本发明实施例的露天矿坑治理和综合利用方法包括：
25.在矿坑1内选取两个相对立的帮壁，分别为第一帮壁11和第二帮壁12，清理第一帮
壁11上的表土，并对第一帮壁11削坡处理。在第一帮壁11上挖设弧形基坑，并对基坑进行夯实。在基坑内铺设定日镜阵列2，定日镜阵列2包括多个定日镜，多个定日镜均匀分布在基坑内。在靠近第二帮壁12的矿坑1之外的地面上布置聚光吸热塔3和发电装置4，聚光吸热塔3和发电装置4相连，聚光吸热塔3用于吸收转换定日镜阵列2反射的光照。在矿坑1内构建生态系统，生态系统与发电装置4相连，发电装置4用于给生态系统供能。
26.可以理解的是，对第一帮壁11削坡处理，将第一帮壁11的坡度变缓，有利于后续的施工。定日镜阵列2反射太阳光的光束汇集至聚光吸热塔3，聚光吸热塔3将光能转化为电能传输至发电装置4，聚光吸热塔3与发电装置4可储蓄电能，即使在夜晚也可为矿坑1供能，形成露天矿坑1内在的、强有力的心脏。并且，采用定日镜阵列2、聚光吸热塔3和发电装置4来转换太阳能和储存电能，其太阳能利用率好、经济效益高。
27.进一步地，对基坑进行夯实，定日镜阵列2设置于基坑内，定日镜通过锚固的方式固定在坑内，对基坑内的土体起到一定的支护作用，防止土体发生塌陷、滑落的风险。并且，定日镜均位于基坑内，若第一帮壁11出现岩壁脱落、落石的现象，基坑还起到了对定日镜的保护作用。
28.具体地，如图1所示，第一帮壁11为矿坑1的后帮壁，第二帮壁12为矿坑1的前帮壁，矿坑1得到前后长度为1.8千米，矿坑1的左右长度为3.9千米，矿坑1的深度为350米，第一帮壁11削坡后水平投影的前后长度为900米。基坑占用第一帮壁11的面积为135万平方米，定日镜阵列2占用基坑的面积为110万平方米。定日镜阵列2包括10000面定日镜，定日镜根据基坑的弧形路径调整折射角度，最终将所有折射光线均发射至聚光吸热塔3上。
29.第一帮壁11上开设巨大的弧形迎光凹立面，矿坑1外的地面上建设聚光吸热塔3，从而使定日镜阵列2与聚光吸热塔3之间存在高度差，降低聚光吸热塔3的建设高度，并且由于定日镜阵列2设置于基坑内，从而可以减少定日镜的数量，使得工程成本大幅减少。
30.定日镜阵列2是一座巨大的反光阵面，每天当太阳升起时，电站的10000面定日镜将万束光线反射到聚光吸热塔3的顶部，使得百米高的吸热塔的顶部因聚光而形成的璀璨光点，成为一个景观标志。
31.相关技术中，太阳能塔式发电的镜场是分布在聚光塔下的平地上，无法站在平地上观看到镜场的全貌。与相关技术不同的是，本发明方法所形成的巨大而高立的反光面阵，其壮观景色在地面即可一览无余。
32.另外，聚光吸热塔3在发电的同时会产生大量的余热，使其可以为矿坑1内的生态系统同时提供电能和热能，避免了气候过于寒冷或炎热等自然因素影响生态系统，为生态系统的实施可行性提供了保障。
33.本发明实施例的露天矿坑1治理和综合利用方法，通过建设聚光吸热塔3和发电装置4，将太阳光照进行转换，并为矿坑1内的生态系统供能，从而为生态系统的运行和维护提供保障。并且，将定日镜阵列2设置于基坑内，整体倾斜布置，减少定日镜的数量，聚光吸热塔3设置于地面以上，与定日镜阵列2存在高度差，大幅降低了聚光吸热塔3的建设高度，从而降低工程建设的成本。聚光吸热塔3与定日镜阵列2相互呼应，形成特色宏大的人工景观，起到吸引旅客的效果。
34.在一些实施例中，第一帮壁11削坡后的坡度大于17度且小于22度，聚光吸热塔3的高度大于85米且小于110米。
35.可选地，第一帮壁11削坡后的坡度为21度，聚光吸热塔3的高度为100米。相比较平地设置的塔式发电装置4，该聚光吸热塔3的高度远低于平地设置的塔式发电装置4，从而减少工程建设的经济成本。
36.在一些实施例中，生态系统的建设方法包括：在第一帮壁11上除基坑外的区域设置多个生态廊道51，多个生态廊道51呈阶梯分布，生态廊道51与发电装置4相连，生态廊道51用于种植热带植物。
37.可以理解的是，生态廊道51具备种植热带植物的条件，通过发电装置4提供电能来实现生态廊道51内种植热带植物。
38.可选地，生态廊道51内设有温度调控器和喷雾装置，温度调控器和喷雾装置均与发电装置4相连，达到供电的效果，生态廊道51内铺设腐叶土。将热带植物种植在腐叶土内，通过温度调控器调控生态廊道51内的温度，喷雾装置对种植的热带植物喷水和喷药。
39.进一步地，将生态廊道51与聚光吸热塔3通过管道进行相连，聚光吸热塔3所产生的余热经管道输送至生态廊道51内，提高新能源开发过程中的能源利用效率与经济效率。
40.具体地，生态廊道51沿左右方向设置，生态长廊的长度为1.5千米，宽为10-20米，高为15米，多个生态廊道51在第一帮壁11的斜坡上自上而下的呈阶梯排布，基坑位于生态廊道51的左侧。可以理解的是，第一帮壁11的左部设置为定日镜阵列2，第一帮壁11的右部设置为生态廊道51，两者分隔开，层次分明，便于开发不同的景点。
41.对比相关技术中，为防止自然因素的影响，热带植物种植在巨大穹顶结构的建筑里。本方法中通过层叠布置的生态廊道51，避免搭建巨大穹顶，降低投资成本。
42.因此，布置于露天矿坑1帮壁上的条带状的热带植物长廊，是反气候的独特室内旅游资源，例如，在东北地区的冬季，严寒的外部环境与大规模室内热带生态的强烈对比，对游客是有较大吸引力的。另一方面，从外部景观来看，不同高度台阶上层叠分布的生态长廊形成错落有致的、阿房宫式的秀美景观，能够对矿坑1原有的帮壁景观予以良好的遮蔽与替换。
43.在一些实施例中，生态系统的建设方法还包括：在矿坑1的坑底修造坡面，并在坡面上建设人工湖区，人工湖区包括多个依次沿竖向高度排列形成阶梯的人工湖52。人工湖区还包括河道53，河道53从高到低依次将多个人工湖52连通。在河道53的两侧以及相邻的人工湖52之间种植植物。
44.可以理解的是，将矿坑1的坑底修整为斜坡状，并在矿坑1的坑底建设人工湖区，人工湖区涵盖整个矿坑1的坑底。多个人工湖52沿斜坡方向依次从高到低分布在矿坑1的坑底，且整体呈阶梯状排布，河道53作为各个人工湖52之间的纽带，依次将各个人工湖52相连通。
45.可选地，人工湖52的水深为1-2米，单个人工湖52的面积为1-12公顷，总面积控制在60公顷之内，占据矿坑1坑底面积的35％左右。
46.具体地，人工湖52总共为6个，人工湖52的水深为1.5米，六个人工湖52的面积为分别为6、8、10、12、12、12公顷，且靠近矿坑1帮壁的人工湖52的面积均为12公顷。
47.进一步地，露天矿坑1的底部布置乔木以及灌木丛，林木主要沿河道53的两岸呈带状分布，其次将部分高大乔木和灌木以小规模斑块区或零星生长的方式点缀于坑底。
48.可选地，乔木和灌木丛景观规划面积占坑底总面积的20％，约34公顷，林木不仅达
到了提升水系的作用，还降低了河道53和人工湖52周边景观的隐秘程度，从而降低远望时景观的透明度，以此吸引游客深入涉足，并且增加了矿坑1内生态景观的活泼度。
49.可选地，露天矿坑1底部的还建设草地，草地的总规划面积占坑底总面积的30％，约51公顷。草地呈大面域的分布状态，以填补其余的生态景观空间，对于被河道53、林木所分割开的草地区块，分别种植不同种类、颜色、花期的草本植物，以形成色彩丰富的、规模化的多样草地景观。
50.在一些实施例中，在矿坑1外的地面上建设蓄水池54，在矿坑1的帮壁上建设由蓄水池54供水的人工瀑布55，人工瀑布55靠近定日镜阵列2反射的光束汇聚空间，人工瀑布55流入最高水位的人工湖52内。
51.可以理解的是，人工瀑布55悬挂于露天矿坑1的帮壁上，并且靠近定日镜阵列2反射光束的汇聚空间，使人工瀑布55在跌入人工湖52的过程中，所激发的水雾在强光的照射下形成瑰丽的彩虹景观。
52.在一些实施例中，在人工湖区内设置水循环装置，水循环装置包括管件和水泵，管件将蓄水池54与最低水位的人工湖52连通，水泵与管件相连并设于最低水位的人工湖52内，水泵用于抽取最低水位的人工湖52内的水并沿管件流入蓄水池54内。
53.可以理解的是，通过水循环装置将蓄水池54、人工瀑布55、河道53以及人工湖52之间相连系，从而构建成一个水循环体系。
54.具体地，蓄水池54为人工瀑布55提供水源，人工瀑布55下垂至最高位的人工湖52内，人工湖52内的水通过河道53依次流至最低位的人工湖52内，最低位的人工湖52内的水泵将水通过管件再传输回蓄水池54内，从而构成稳定运行的水循环体系。
55.在一些实施例中，在矿坑1的坑底设置投影装置，投影装置与发电装置4相连。
56.可以理解的是，光照转换的电力为投影装置供电，使得投影装置在夜间为矿坑1的坑底增添奇幻的光影效果。
57.可选地，投影装置通过灯光、全息投影技术、水幕投影、多媒体空间水秀、火焰特效、水幕水炮特效、音效等技术，打造出夜间深度体验的奇幻空间，并与人工瀑布55结合形成水幕电影，从而让游客在光影效果中收获奇妙的沉浸式旅游体验。并且，矿坑1坑底夜间灯光投影能构建重要而独特的旅游资源，所形成的夜间大型景观的产出与投入比也具有较大优势。
58.在一些实施例中，在矿坑1内构建参观系统，参观系统包括用于观赏生态系统的通道，且通道将矿坑1的坑顶和坑底相连。
59.可以理解的是，参观系统的通道涵盖在整个矿坑1内，不仅为上下矿坑1提供便利，还为生态长廊、人工湖区等坑内景观提供观赏途径。
60.可选地，通道包括人工道路、速降滑道和缆车，人工道路的部分环绕矿坑1的帮壁修建，为旅客提供下往坑底的途径。人工通道还依次环绕生态廊道51，供游客前往观赏。人工通道的另一部分开设于坑底，使游客可以穿梭在各个人工湖52等景观之间。
61.速降滑道建设在第二帮壁12上，速降滑道的入口位于矿坑1的顶部，速降滑道的出口位于矿坑1的底部，不仅作为娱乐项目供游客玩耍，还可以在下滑的过程中观赏到整个矿坑1内的景色。
62.缆车包括下降缆车和观赏缆车，下降缆车连通矿坑1的顶部和底部，供游客往返。
观赏缆车横跨整个矿坑1，使游客坐在观赏缆车上便可依次观赏矿坑1内的各个生态景观。
63.可选地，参观系统内还包括广场和建筑物，广场用于举行较大规模的娱乐活动，例如歌会等节目，并在广场中央建设喷泉，喷泉与发电装置4相连，并与连通，由人工湖52供水。人工通道包括步道和车道，步道沿水系两侧布置，车道环绕在人工湖区的四周。建筑物为亭、台、楼以及榭仿古建筑物，建筑物建设在水流两岸，呈条带状分布。
64.进一步地，在广场上布设升降机和旋转平台，升降机的上升高度的最大值为50米，升降机与旋转平台相连，升降机带动旋转平台上升。旋转平台上设有围栏和座椅，旋转平台用于举行舞会、歌会等娱乐节目，还可以使旅客在空中观赏矿坑内的景色。
65.具体地，广场的总占地面积为9公顷，其中4处占地面积各0.25公顷的小型广场、4处占地面积各1公顷的中型广场以及占地面积4公顷并位于坑底中央的大型喷泉广场。广场、通道和建筑物占坑底总面积的15％。
66.在一些实施例中，在矿坑1外建设冷热电三联供系统，聚光吸热塔3和发电装置4分别与冷热电三联供系统相连。
67.可以理解的是，聚光吸热塔3运行过程中不可避免的会产生大量余热，其能量占所利用太阳能的60％以上。因此，利用聚光吸热塔3产生的余热和电力，并经冷热电三联供系统，为周边城市提供热能和电力。
68.可选地，聚光吸热塔3通过管道将余热传输至冷热电三联供系统，转化的电能通过电线传输给冷热电三联供系统。在冬季通过管道向周边城市供给热能，以热电联产的形式运行，夏季采用吸收式制冷工艺，向城区输出冷量。从而实现冬季、夏季对余热的有效利用，以此提高年平均发电负荷率、太阳能利用效率及聚光吸热塔3经济效益，并且露天矿坑1利用治理工程推进周边城市建设，改善民生，提高民众的认可度。
69.在一些实施例中，在矿坑1的帮壁上开设连通矿坑1的坑顶与坑底的滑道6，滑道6上铺设草皮，并在滑道6上安设多个造雪机，造雪机与发电装置4相连。
70.可以理解的是，夏季为游客提供滑板等工具，使游客可以在滑道6上滑草娱乐，冬季利用造雪机造雪，形成滑雪场，增强冬季室外旅游的开发。
71.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
72.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
75.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
76.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。