Optimization of Dump Bench Configuration to Improve Waste Dump Capacity of Narynsukhait Open Pit Coal Mine

In next two years, the current waste dump of Narynsukhait coal mine is predicted insufficient to accommodate the overburden as limited of the waste dump capacity. Thus, redesigning waste dump is paramount to increase capacity of the dump in future. This paper describes current condition of waste dump of Narynsukhait coal mine and then discusses the optimization of waste dump geometry by analyzing the effect of different waste dump’s bench configuration on slope performance. Optimization of the geometry is carried out by investigating and comparing the performance of geometrical combinations of bench height, bench angles and number of safety berm by means of numerical modeling. The model shows that increasing height of bench is able to induce shear stress in the bench and may initiate bench instable. However, the shear stress can be limited by having safety berm and/or reducing bench angle to satisfy the stability criteria.

Charging for the waste dumping of open-pit metal mines

Based on the externality theory and the environmental value theory, the hypothesis of charging for waste dumping of open-pit metal mines was put forth. The charging methods were designed according to the characteristics of waste dumping of openpit metal mines, including charging based on the dumping amount of the total waste, multi-charging factors, exceeding standard punishment charging, and so on. The main charging parameter is based on the dumping area rather than the total amount of waste dumping. The charging model of waste dumping of open-pit mines was formulated, and the charging rate was divided into two parts, i.e., the standard charging rate and the differential charging rate. The standard charging rate was derived using the equilibrium dynamic model, whereas the differential one was obtained by establishing the fuzzy synthesized evaluation model.

露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性研究

为了揭示露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性的动态特征和变化模式,以内蒙古北电胜利露天煤矿4个排土场为研究对象,选取Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数、植被盖度、植被高度、地上和地下生物量8个指标,构建了基于群落结构稳定性与群落功能稳定性的排土场边坡植被恢复群落稳定性评价体系,采用综合评价法对处于人工植被恢复中的内排土场和恢复年限分别为4 a、5 a、8 a的沿帮排土场、南排土场和北排土场的南、北方向边坡植被恢复群落稳定性进行综合评估,并对群落稳定性因子与土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾等环境因子间关系进行分析,探究影响排土场边坡群落稳定性的影响因素。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,边坡植被群落稳定性整体呈稳步上升趋势,但与草原站背景值相比,其综合评价指数处于较不稳定或不稳定状态。(2)随着恢复年限的增加,排土场边坡群落稳定性由结构稳定性主导转向功能稳定性主导。恢复初期受人工影响,物种多样性提高,结构稳定性较高,随着时间的推移,结构稳定性波动下降,功能稳定性上升,其中地下生物量增长迅速,生物量向地下转移,进而形成矿区特有的植物群落结构稳定与功能稳定转变特征。(3)从坡向来看,随着恢复年限的增加,边坡群落稳定性逐渐由南坡优于北坡转变为北坡优于南坡。(4)南坡的结构稳定性与环境因子的相关性较高,而北坡的功能稳定性与环境因子相关性较高,表明不同坡向的群落采用了不同的响应策略以适应环境的变化,丰富的有机质和全氮含量对排土场边坡群落功能性稳定性会产生积极影响。

基于土壤肥力恢复力模型的河曲露天煤矿复垦治理效果评价

以河曲旧县露天煤矿排土场为研究对象,采用模糊层次分析法(FAHP)和专家评分理论法建立了露天煤矿排土场土壤肥力综合评价模型,获得土壤结构稳定性、土壤保水能力、土壤保肥能力及土壤生物活性4项准则和25个因素,利用YAAHP计算软件确定了排土场土壤肥力恢复力各影响因素的权重。结果表明,评价体系准则层中土壤保肥能力权重最大(0.5477),其次分别是土壤保水能力(0.1980)、土壤生物活性(0.1408)和土壤结构稳定性(0.1135),因素层有机质F1权重最高(0.1162);根据现场抽样,已复垦区的土壤质量水平要高于未复垦区的土壤质量水平,整体来看土壤质量水平均处于中等偏下和较差水平,土壤恢复力的主要因素是土壤保肥能力,特别是土壤有机质含量。土壤肥力恢复力模型为提高排土场土壤质量、加快土壤重构、促进土壤生态系统恢复提供治理思路。

矿山废弃地植被恢复对土壤养分的影响与评价

[目的]探讨适合干旱半干旱矿山排土场特殊生境的人工植被类型,可为露天矿废弃地植被恢复模式的优化与植被建设工程的精准实施提供科学依据。[方法]以草原区大型露天煤矿排土场为研究对象,研究不同人工植被恢复类型土壤主要养分变化特征,并采用灰色关联度法分析评价不同人工植被类型的土壤肥力状况。[结果]干旱半干旱草原区矿山废弃地人工植被的土壤pH值均在8.5以上,属于碱性土壤,且与自然恢复的对照区(CK)之间变化差异不显著(P>0.05)。人工植被土壤(0~40 cm)全氮、有机碳平均含量分别为486.66 mg·kg^(-1)、0.50%,与自然恢复植被相比(全氮305.95 mg·kg^(-1)、有机碳0.33%)有显著增加(P<0.05),其中,草木樨(Melilotus suaveolens)、紫花苜蓿(Medica⁃go sativa)群落的土壤全氮含量达到607.20、603.45 mg·kg^(-1),水解性氮含量为85.27、107.06 mg·kg^(-1),显著高于其它人工植被类型(P<0.05),油松(Pinus tabulaeformis)、小叶杨(Populus simonii)、柠条(Caragana Korshinskii)群落的土壤有机碳含量显著高于其它植被类型(P<0.05);人工植被对土壤中全磷含量、速效磷含量、全钾含量的影响不明显;基于灰色关联度法排土场平台的土壤肥力要明显优于边坡;土壤水解性氮、速效磷、速效钾含量与参考数列指标的关联度比较大。[结论]露天矿排土场植被恢复后土壤中钾元素充足,氮、磷等营养元素的不足会成为植被恢复的主要限制因子,速效养分含量对草原矿区排土场的土壤肥力影响更为重要;矿山废弃地11种植被恢复类型中,排土场平台榆树(Ulmus pumila)群落、草木樨群落、油松群落、紫花苜蓿群落的土壤肥力较高,边坡栽植柠条土壤肥力状况相对较好。

风沙黄土区排土场不同植被类型下土壤生态化学计量特征

[目的]准确评价风沙黄土区露天矿区排土场不同植被类型下土壤改良效益,并揭示其植被恢复的养分限制性,进而为该区生态重建与环境改善构建高效的植被恢复模式提供理论依据。[方法]选取鄂尔多斯武家塔排土场乔、灌、草3种植被类型的10种恢复模式的土壤为研究对象,以新排土为对照,开展其土壤有机碳、全氮和全磷与其化学计量特征及关系的研究。[结果]风沙黄土区排土场土壤有机碳、全氮、全磷含量变化分别为0.62~18.60 g/kg, 0.09~0.36 g/kg和0.04~0.21 g/kg,其中乔、灌林地的土壤有机碳、全氮养分含量显著高于新排土(p≤0.05),乔木林地的全磷含量显著低于其他3种样地(p≤0.05);在土层垂直剖面,3种植被类型的土壤养分均表现为表层富集性,灌木林地的土壤全氮含量在不同土层均表现最高,乔木林地土壤有机碳平均含量最高,草地的全磷平均含量最多。土壤C/N在不同植被类型间无显著差异(p>0.05),土壤C/P和N/P受植被类型的影响较大,均表现为乔木林地>灌木林地>草地>新排土;在土层垂直剖面,C/N整体呈现增大的变化趋势,N/P先减小后增大的趋势。土壤有机碳与C/N,C/P,N/P均呈极显著正相关关系(p≤0.01);土壤全氮与C/P,N/P呈极显著正相关关系(p≤0.01),土壤全磷则反之。乔木林地土壤N/P较高,植被生长受磷含量的限制;草地、灌木林地土壤N/P较低,植被生长受氮含量的限制。[结论]在植被恢复初期先种植草灌改善土壤表层养分,并适当施加氮肥,随着土壤肥力的提高再逐步种植乔木,配施磷肥以增强复垦效果。

深凹露天矿山挂帮矿安全回采工艺研究及实践

为充分回收挂帮矿资源,根据攀西某深凹露天矿山挂帮矿赋存条件及内排土堆排情况,本文提出“内排土连续回填、挂帮矿分步回采”工艺。利用内排土修筑临时道路至回采平台,为回采工作创造设备运转空间;同时连续回填采坑,缩短挂帮矿回采完成后边坡暴露时间。采用靠帮预裂爆破,控制单响起爆药量在250 kg以下,使用等效载荷加载于回采区域,经计算,边坡最大振动速度1.6 cm/s,满足边坡安全速度要求。建立边坡三维模型,计算了回采工艺全过程中边坡位移变化情况,回采完成后边坡整体位移均小于0.5 cm,不会出现大范围边坡失稳。经现场实际应用,累计采出矿石超过58.34万t,且边坡稳定。为矿山下一步全面回采挂帮矿资源提供技术支撑,可供类似矿山参考借鉴。

某大型排土场优化设计及稳定性分析

露天矿山排土场作为接纳废石的场所,是组织生产不可缺少的一项永久性工程建筑。为了满足生产需求,对某大型排土场进行了优化设计,采用扇形排土展开方式,将台阶标高改为160,195,240,285,330 m,结合2种方法对排土场的结存排土容积进行比较,并根据极限平衡分析法计算排土场稳定性系数。结果表明:较原设计0.9965亿m~3,优化后新增排土容积0.7324亿m~3,且排土场各剖面边坡稳定性系数均能满足规范要求,研究可为类似工程提供参考。

海州露天矿内排土场边坡稳定性研究

随着露天煤矿开采规模逐渐扩大,固体废弃物堆积而成的内排土场堆高和边坡倾角逐渐变大,导致边坡失稳滑坡、崩塌等严重事故。为确保内排土场在安全稳定的前提下获得更大的排土容积,以海州露天矿南侧内排土场人工土石边坡为研究对象,基于强度折减理论,采用FLAC3D数值模拟软件对内排土场人工土石边坡进行稳定性分析。结果表明:海州露天矿内排土场人工土石边坡两剖面稳定性安全系数分别为1.182和1.164,均小于安全储备系数1.3,内排土场存在边坡失稳出现滑坡的危险,需对其进行削坡处理;当削坡至35 m位置时,两剖面的稳定性系数均可达到安全储备系数。本文结果可为内排土场方案优化设计提供理论基础。

半干旱地区露天矿排土场复垦对土壤物理性质的影响

为研究露天煤矿排土场复垦对土壤物理性质的影响,以内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗黑岱沟露天矿排土场平台为研究对象。针对矿区自然地貌(ZR)、未复垦的排土场(WF)与复垦5年排土场(FK)0—60 cm土层土壤物理性质的差异,运用方差分析、主成分分析等方法研究复垦对排土场土壤物理性质的影响。结果表明,未复垦排土场的土壤容重和砾石含量均显著高于复垦排土场和自然地貌,而土壤含水率、饱和含水率和田间持水量均低于复垦排土场和自然地貌,其中田间持水量显著低于复垦排土场和自然地貌。相关性分析和回归方程拟合分析发现,土壤砾石含量影响土壤容重和持水保水性能。复垦使排土场土壤容重及砾石含量呈降低趋势,而土壤含水率、饱和含水率、田间持水量呈升高趋势;随着土层深度的增加,排土场土壤容重、含水率、饱和含水率呈升高趋势,而田间持水量和砾石含量呈降低趋势。复垦排土场40—60 cm、自然地貌40—60 cm、复垦排土场20—40 cm土层土壤的综合评分分别排第1、2、3位,说明排土场复垦能够在一定程度上改良土壤、优化土壤质地,并在复垦5年情况下对土壤的改良深度可达60 cm。以上研究结果对矿区复垦工作具有一定指导意义。

露天矿扩界工程露天坑及排土场边坡协同稳定性分析

采用极限平衡法对某露天矿扩界后露天采场和排土场形成的联合边坡进行不同工况条件下的稳定性分析。结果表明:扩界后在排土场与采场之间预留出足够安全距离后,排土场对露天采场边坡的稳定性影响较小;露天采场-排土场联合边坡中采场边坡在自重+地下水、自重+地下水+爆破振动力、自重+地下水+地震力三种工况下均满足安全系数要求,采场边坡处于稳定状态;露天采场-排土场联合边坡中排土场边坡在自重、自重+降雨、自重+地震三种工况下均满足安全系数要求,排土场边坡处于稳定状态。说明该露天矿扩界方案形成的联合边坡具有安全性,可保障矿山的生产安全。

排土场GNSS监测数据变形特征与预警等级研究

为研究排土场边坡变形规律与灾害预警等级,以宜化露天煤矿首采区倾斜内排土场边坡为工程背景,划分了堆积松散体的变形阶段,并研究各个阶段的变形特征;结合排土场3个监测点数据分析了排土场变形特征,并设置了排土场的预警阈值。研究结果表明:排土场分为瞬时变形、主固结变形和次固结变形3个变形阶段;排土场在主固结变形阶段表现为先期快速变形,后期缓慢变形;排土场主要为沉降变形,水平变形受到临空面与地层倾角影响;快速变形阶段位移量约为整体监测量的1/2~2/3。

急倾斜大型矿体露天开采扩帮延深和剥岩内排的探讨

针对露天转地下开采过渡期矿石量不足面临停产、露天开采扩帮延深无排土场、地下开采设置松散岩石覆盖层困难的问题,结合露天开采水平和垂直方向的开采顺序及剥岩内排的实践,探讨露天采坑一部分先期结束开采,先闭坑的空间作为后闭坑采场剥岩的内排场地的方法,既实现矿山稳产过渡、采坑内排岩石并兼做地下开采的岩石覆盖层,又降低露天开采运距和地下开采设置覆盖层的难度,保证矿山在盈利状态下稳定运营,取得明显的经济和社会效益,助推矿山绿色高效发展。

西部露天煤矿区排土场植被恢复关键性限制因子分析

矿产和土地组成了一个包含自然、经济与社会各方面的综合体系,构建了一个广阔的生态系统。因此,矿区的地质环境保护及土地复垦不仅是一项涉及生态修复的重要工程,也是保持这一复合生态系统平衡的关键任务。这些活动在地质环境的保护和土地复垦方面带来的生态效益是非常明显的,如果不进行地质环境保护与土地复垦,矿区生态环境遭到较大的损毁,所以对损毁土地进行复垦,是矿区环境综合治理工程最重要的组成部分。

露天煤矿排土场长时序植被碳汇分级方法构建及分析

植被碳汇是露天煤矿生态环境评价的重要指标,精确反演植被碳汇并进行准确分级对探索矿区生态修复至关重要。为此,提出一种基于粒子群优化算法的露天煤矿植被碳汇分级方法。基于Landsat遥感影像和气象数据,采用光能利用率模型,反演出内蒙古胜利一号露天煤矿区2005-2020年间排土场的植被碳汇时空分布;通过构建目标函数并迭代计算,获取了该区植被理想光能利用率、最佳气温和降水条件,量化并建立了植被碳汇分级标准;对不同时期各个排土场的植被碳汇结果进行分级,并对分级面积和占比的时空变化进行分析。结果表明:(1)2005-2020年间研究区植被固碳能力呈上升趋势,年均增长值和增长率分别为1.43gC/(m^(2)·a)和6.97%。(2)各排土场生态修复后,植被碳汇值大幅提高,极高和高植被碳汇区面积不断扩大。(3)排土场生态修复效果存在差异,南北排土场表现最佳,沿帮次之,内排土场相对较差。到2020年南、北排土场极高植被碳汇区面积分别达0.94和0.92km2,占比为92%和94%;沿帮排土场极高和高植被碳汇区面积达3.64km2,占比66%;内排土场极高植被碳汇区面积增长至1.22km2,占比达31%;2020年南、北和沿帮排土场已不存在极低植被碳汇区。研究成果不仅为露天煤矿生态环境评估提供了重要的数据支持,也为矿区生态修复策略制定提供了科学依据。

黄河流域露天煤矿排土场粉尘逸散时空演化规律

为研究黄河流域露天煤矿排土场粉尘逸散时空演化规律,以河曲露天矿排土场为研究背景,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件模拟排土场的不同地表自然风流风速对粉尘逸散的影响以及粉尘的逸散特征,研究表明:随着地表自然风流风速的增大,自然风压形成的高压区在转移的过程中致使排土场西侧迎风坡、坑底和东侧背风坡形成压力差,在压力差的作用下形成环流区域,环流区域的转移过程将排土场内的粉尘颗粒带出坑外。

哈尔乌素露天煤矿内排土场增高扩容可行性分析

为减轻哈尔乌素露天煤矿外排土场用地压力,利用无人机倾斜摄影构建三维模型,并采用三维数值模拟软件FLAC^(3D)与极限平衡法,对比分析露天煤矿内排土场增高前后典型截面的边坡稳定性,进一步分析在自重和暴雨工况下内排土场增高扩容可行性。结果表明:内排土场增高对三维场地的整体竖向变形影响不大,而针对增高位置的局部沉降而言,排土场增高造成的影响深度主要在原高度以下40 m以内;增高后在高程1160 m位置出现地面隆起,与边坡稳定滑弧位置基本一致;在高程内排土场安全系数随着扩容高度的增大呈非线性减小,暴雨工况整体规律与自重工况基本一致,安全系数整体降低约19%;根据规范要求,最终确定哈尔乌素露天煤矿内排土场可增高至+1320 m,其最小安全系数在自重工况下为1.624,暴雨工况下为1.313。

锡林浩特露天煤矿排土场不同恢复措施植被群落特征分析

有效的排土场植被重建会有利于矿区及周边生态功能的恢复,不同措施植被恢复效果不同。以锡林郭勒盟胜利煤田西二号露天煤矿外排土场为研究对象,于2007年开始进行修复工作,本研究对排土场恢复第13年3种不同恢复措施下的植物群落进行调查。其中,3种不同措施分别为生物笆覆盖措施(简称SW)、沙障覆盖措施(简称SZ)和人工条播措施(简称RT)。不同措施坡面同时分为坡上(PS)、坡中(PZ)、坡下(PX)和平台(PT)4个高度。结果表明:(1)覆盖措施恢复效果明显,物种多样性显著高于RT措施,其中SW措施效果较好。(2)同一措施下各高度中,PT恢复效果最好,坡度对于植物生长存在一定影响。(3)一年生草本植物芸薹(Brassica rapa var.oleifera),多年生草本植物披碱草(Elymus dahuricus),灌木植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、柠条锦鸡儿(C.korshinskii)对于胜利煤田矿区排土场生态环境适应性较好。

露天矿场无人驾驶自卸车路径规划方法研究

针对矿用自卸车在露天矿场环境下的路径左行要求以及长距离运输路径的平滑效率问题,提出了基于Clothoid曲线拓展的左行混合A*算法和离散点对角向量模最小化平滑算法相结合的路径规划方法。首先,在混合A*算法节点拓展搜索过程中,采用Clothoid曲线代替传统圆弧进行拓展,以保证混合A*搜索路径的曲率连续性和曲率变化率限制要求。然后,利用左行规则改进混合A*算法累加代价和启发代价,在累加代价中加入左转代价和碰撞吸引代价保证路径向左和沿地图边界左侧进行规划,在启发代价中根据拓展方向与地图边界最近点的左右位置关系调整拓展代价得到利于左行的启发代价图,以生成左行全局粗略路径。最后,结合二次规划技术,以离散点对角向量模最小化为目标函数,坐标轴方向移动量为约束,构建平滑优化模型,对全局路径进行平滑,同时为防止平滑过程中曲率超限超出车辆转向响应能力,利用大曲率点可行域隧道缩减技术,限制大曲率点平滑可移动量。试验结果表明:所提方法可以生成适应矿区左行规则的沿地图左侧边界行驶的全局路径;启发代价的改进有效地减少了混合A*算法拓展的节点数量,有利于更好实现左行;离散点路径平滑方法有效提高了全局路径的平滑度,利于车辆控制跟踪;Clothoid曲线拓展与可行域隧道缩减技术可有效应对装载、卸载等大曲率路径,不存在曲率超限情况;对比不同长度路径规划耗时数据,路径平滑算法有效降低了路径规划的总耗时,4 km路径平滑耗时只需76 ms;左行规划的实现和总耗时的减少提高了路径对于矿区场景的适应性。

基于内梅罗指数法的河曲露天煤矿排土场土壤肥力恢复力评价

为提出更为合理的土壤改良方案,利用内梅罗指数法对河曲露天煤矿排土场土壤肥力情况进行评价。通过文献查阅以及专家打分确定土壤pH值、有机质含量、碱解氮含量、速效钾含量、有效磷含量5项指标,结合第2次全国土壤普查养分标准,将土壤质量评价分为4个等级定量分析露天煤矿排土场土壤肥力的有机质含量。结果表明:一号、二号、三号排土场的土壤肥力质量指数分别为1.107、1.054、0.705,四号排土场上部区域、中下部区域的土壤肥力质量指数分别为0.630、1.086,表示不同区域的土壤肥力质量存在较大的差异。复垦年限最短的四号排土场上部区域的土壤肥力指数最小,证明复垦年限与土壤肥力恢复息息相关。碱解氮变异系数最高,为28.9%;有机质变异系数次之,为22.2%,表示排土场土壤能力指标的变异性普遍较强,明确土壤肥力的主要障碍因子是有机质、碱解氮指标,为后期河曲露天煤矿排土场土壤改良提供针对性治理思路。