露天矿采坑淤泥体原位疏干排水采掘设计与工程应用

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0013

中国安全科学学报 ›› 2025, Vol. 35 ›› Issue (S2): 139-146.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0013

露天矿采坑淤泥体原位疏干排水采掘设计与工程应用

郑斌¹^,²(), 王浩臣³^,⁴, 任义⁵, 高永涛³^,⁴, 周喻³^,⁴^,^**()

¹ 中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083
² 刚波夫矿业股份有限公司, 刚果民主共和国卢本巴希 999059
³ 北京科技大学中国-赞比亚矿产资源绿色安全开发“一带一路”联合实验室, 北京 100083
⁴ 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室, 北京 100083
⁵ 中国安全生产科学研究院, 北京 100012

收稿日期:2025-06-30 出版日期:2026-02-04
通信作者:
**周喻(1985—),男,重庆人,博士,教授,主要从事矿山灾害防治与固废资源化利用技术方面的研究。E-mail:westboy85@ustb.edu.cn。
作者简介:
郑斌 (1995—),男,甘肃泾川人,博士研究生,工程师,主要研究方向为采矿与岩石力学、采矿技术、矿山生产管理。E-mail: Zhengbin@km-sas.com。
高永涛教授
周喻教授

Research on in-situ dewatering and drainage design and engineering application of sludges in open-pit mines

ZHENG Bin¹^,²(), WANG Haochen³^,⁴, REN Yi⁵, GAO Yongtao³^,⁴, ZHOU Yu³^,⁴^,^**()

¹ School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha Hunan 410083, China
² Kambove Mining SAS, Lubumbashi 999059, Democratic Republic of Congo (DRC
³ China-Zambia Belt and Road Joint Laboratory on Green and Safe Development of Mineral Resources, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
⁴ Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
⁵ China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100012, China

Received:2025-06-30 Published:2026-02-04

摘要/Abstract

摘要：

为有效解决刚波夫门塞萨(Msesa)矿坑面临的复杂物性淤泥体处治问题,结合Msesa露天矿区水文地质条件、淤泥体物理力学特性等,利用数值模拟方法计算并结合工程实际,提出一套适用于废弃矿坑重新开发的淤泥体原位疏干排水及采掘技术体系。研究结果表明:将4孔疏干井均匀布设在采坑淤泥体最深部,总静态排水时间约45天,淤泥体储水排水时间约29天,实现淤泥体的超前疏排。提出的疏干采矿式清淤方案在技术、经济与安全方面具有明显优势,为露天矿采坑清淤与资源利用提供可推广的技术参考。

关键词: 露天矿, 淤泥体, 疏干排水, 采矿式清淤, 清淤施工

Abstract:

In order to effectively address the complex physical and mechanical challenges of sludge treatment in the Msesa open-pit mine, the hydrogeological conditions and physico-mechanical properties of the sludge body were investigated. Based on numerical simulations combined with engineering practice, a technical system for in-situ sludge dewatering, drainage, and mining suitable for the redevelopment of abandoned pits was proposed. The results show that when four dewatering wells are evenly arranged at the deepest part of the sludge body, the total static drainage time is approximately 45 days, and the sludge storage drainage time is about 29 days, achieving advanced pre-drainage of the sludge body. The proposed dewatering and mining-based dredging scheme demonstrates significant advantages in terms of technical feasibility, economic efficiency, and operational safety, providing a practical and transferable reference for open-pit mine dredging and resource utilization.

Key words: open-pit mine, sludge body, dewatering, mining-based dredging, dredging construction

中图分类号:

X948

郑斌, 王浩臣, 任义, 高永涛, 周喻. 露天矿采坑淤泥体原位疏干排水采掘设计与工程应用[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 139-146.

ZHENG Bin, WANG Haochen, REN Yi, GAO Yongtao, ZHOU Yu. Research on in-situ dewatering and drainage design and engineering application of sludges in open-pit mines[J]. China Safety Science Journal, 2025, 35(S2): 139-146.

图/表 9

图1

表1

表2

表3

图2

图3

图4

图5

图6

参考文献 13

[1]	熊鹏, 谢永生, 韩冬, 等. 基于Visual Modflow的刚果(金)迪兹瓦露天矿地下涌水量预测[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(28): 12 324-12 330.
	XIONG Peng, XIE Yongsheng, HAN Dong, et al. Prediction of underground water inflow in Deziwa open-pit mine in Congo (DRC) based on Visual Modflow[J]. Science Technology and Engineering, 2022, 22(28): 12 324-12 330.
[2]	帅博文, 黄河, 刘恒材, 等. 露天废弃矿坑地质环境综合治理研究现状[J]. 矿山工程, 2020, 8(3): 265-270.
	SHUAI Bowen, HUANG He, LIU Hengcai, et al. Research status of comprehensive treatment of open-pit abandoned mine geological environment[J]. Mine Engineering, 2020, 8(3): 265-270. doi: 10.12677/ME.2020.83034
[3]	鲍树峰, 娄炎, 董志良, 等. 新近吹填淤泥地基真空固结失效原因分析及对策[J]. 岩土工程学报, 2014, 36(7): 1 350-1 359.
	BAO Shufeng, LOU Yan, DONG Zhiliang, et al. Causes and countermeasures for vacuum consolidation failure of newly-dredged mud foundation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2014, 36(7): 1 350-1 359.
[4]	连祎, 李杰, 贾海涛. 浅谈河道清淤及淤泥处理技术[C]. 中国水利学会2021学术年会, 2021: 229-232.
[5]	聂梦丽, 钟沛, 张冉. 大冶红星湖清淤工程治理的实践[J]. 环境科学导刊, 2023, 42(6): 63-66.
	NIE Mengli, ZHONG Pei, ZHANG Ran. Practice of dredging engineering management in daye hongxing lake[J]. Environmental Science Survey, 2023, 42(6): 63-66.
[6]	纪林强, 郑二伟, 张怀坤. 宿鸭湖水库淤积分析及清淤扩容方案研究[J]. 华北水利水电大学学报:自然科学版, 2018, 39(5): 53-58.
	JI Linqiang, ZHENG Erwei, ZHANG Huaikun. Sediment analysis and desilting and expansion scheme research in suyahu reservoir[J]. Journal of North China University of Water Resources and Electric Power:Natural Science Edition, 2018, 39(5): 53-58.
[7]	韦敬民. 东引运河流域河道生态清淤及淤泥处理技术探讨[J]. 珠江水运, 2023 (11): 62-64.
[8]	王庆, 李山林, 邹有福, 等. 淤泥固化清淤方法在双柏县查姆湖清淤工程中的运用[C]. 2023年全国土木工程施工技术交流会, 2023: 292-293.
[9]	李丽萍, 颜蓓蓓, 王智, 等. 污泥脱水技术研究进展及碳排放比较分析[J]. 中国环境科学, 2024, 44(6): 3 259-3 269.
	LI Liping, YAN Beibei, WANG Zhi, et al. Comparative analysis of sludge dewatering technology from researchprogress and carbon emission[J]. China Environmental Science, 2024, 44(6): 3 259-3 269.
[10]	李树学, 贾祝广, 刘建国, 等. 伊敏露天矿淤泥采掘方案[J]. 露天采煤技术, 2001 (4): 3-5.
[11]	吕韵鹏. 浚测一体化系统在长江上游航道抓斗式挖泥船施工中的应用效果初探[J]. 中国水运, 2024(8): 90-93.
[12]	朱冬然. 浅谈邯郸市滏阳河城区段通航一期应急工程河道清淤施工中的质量控制[J]. 门窗, 2014 (5): 462-463.
[13]	李冲, 王科学, 高嵛飞, 等. 刚波夫主矿体水文地质条件及矿坑涌水量研究[J]. 矿业研究与开发, 2025, 45(4): 164-171.
	LI Chong, WANG Kexue, GAO Yufei, et al. Study on hydrogeological conditions and water inflow of the main ore body of kambofu[J]. Mining Research and Development, 2025, 45(4): 164-171.

样品编号	样品性质	取样深度/ m	TCu/%	CuO/%	Co/%	中值粒径/ μm	含水率/ %	孔隙率/ %	天然密度/ (g·cm^-3)	渗透系数/ (cm·s^-1)
1	淤泥	0~2	1.11	0.97	0.144	8.288	37.22	46.45	1.53	1.103×10^-5
2		2~4	1.42	1.15	0.196	6.641		46.45	1.79
3		4~6	1.30	1.15	0.257	9.251		53.46	1.61
4		6~13	1.72	1.48	0.348	9.147		48.96	1.67
5		13~15	1.50	1.36	0.287	8.762		48.96	1.63
6		15~17	2.02	0.571	0.503	8.573		42.86	1.71
7		17~19	2.08	1.05	0.501	8.749		42.86	1.65
8	细砂	19~20	0.38	—	0.053	4.716	30.25	50.50	1.62	6.907×10^-5
9		20~21	0.69	0.54	0.329	8.798			1.64
10		21~22	0.442	—	0.299	7.723			1.62
11		22~23	0.59	0.42	0.147	3.848		47.63	1.66
12		23~24	0.338	—	0.099	7.32			1.82
13		24~25	0.80	0.68	0.132	12.432			1.79
14	砂砾	25~26	0.241	—	0.039	—	18.22	47.37	2.17	9.076×10^-5
15		26~27	0.61	0.50	0.078	7.326			1.70
16		27~28	0.90	0.77	0.165	6.9			1.82
17		28~29	0.331	—	0.031	5.423			1.85

试验编号	样品编号	取样深度/ m	直剪快剪		固结快剪
试验编号	样品编号	取样深度/ m	黏聚力 c/kPa	内摩擦角/(°)	黏聚力 c/kPa	内摩擦角/(°)
1-1	1~4	0~13	—	—	136.91	25.73
1-2	5~8	13~20	25.14	39.42	—	—
1-3	9~12	20~24	29.39	28.16	—	—
1-4	13~17	24~29	21.55	45.74	—	—

编号	m₀	m₁	m₂	m₃	m₄	m₅
1-1	53.73	46.24	39.80	34.26	29.49	25.38
1-2	135.27	116.42	100.21	86.25	74.24	63.89
1-3	50.32	43.31	37.27	32.08	27.61	23.77
1-4	282.64	243.27	209.39	180.22	155.12	133.51
2-1	105.13	90.48	77.88	67.03	57.70	49.66
2-2	53.21	45.80	39.42	33.93	29.20	25.13
2-3	58.55	50.39	43.37	37.33	32.13	27.65
3-1	99.15	85.34	73.45	63.22	54.41	46.83
3-2	633.90	545.60	469.60	404.19	347.89	299.43

[1]	徐红剑, 姜旭桐, 于正兴, 张亦海, 陈才贤. 某露天矿排土场稳定性分析及诱发泥石流演进过程模拟[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 168-174.
[2]	杜文秀, 闫路. 露天采场边坡稳定性研究:以巴润矿为例[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 196-202.
[3]	蔡博渊, 于正兴, 任义, 张亦海, 马海涛, 王一丹. 基于CNN-LSTM模型的露天矿边坡表面变形预测[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 231-238.
[4]	常盛山, 庞一博. 极限平衡法下某露天矿采场多工况边坡稳定性分析[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 87-94.
[5]	杨奉展, 顾清华, 李少博, 杨建春. 露天矿低能见度下多模态融合障碍物检测[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(5): 195-203.
[6]	田森, 龚远恒, 李永新, 赵映, 王光进, 司鹄. 寒区露天矿边坡裂隙岩体冻-动联合损伤劣化特性研究[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(4): 85-93.
[7]	刘光伟, 张浩博, 雷健, 黄云龙, 任崇辉. 面向露天矿无人矿卡行驶障碍物检测模型[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(11): 49-55.
[8]	顾清华, 殷书檀, 王丹, 李学现, 尹慧民. 基于改进YOLOv8的矿卡司机疲劳驾驶检测[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(1): 60-66.
[9]	于海成, 田羽, 李庆健, 李新鹏, 薛国庆, 张玉华. 基于红外图像和目标检测的露天矿火灾探测技术[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(S1): 212-218.
[10]	魏德志, 杜志勇, 滕春阳, 辛吴天, 李泽坤. 露天矿破碎站链条断裂安全监测技术研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(S2): 170-175.
[11]	田丰, 唐晓骞, 乔东青. 基于SA-CSA算法的露天矿卡车调度优化方法[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(S2): 176-181.
[12]	赵忠奇, 于海成, 白宝山, 谢苗. 露天矿洒水车注水口自动识别与定位技术研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(S2): 216-221.
[13]	李广贺, 呼子桓, 王东, 王来贵, 周志伟, 丁春健. 露天矿端帮开采支撑煤柱失稳判据研究[J]. 中国安全科学学报, 2023, 33(9): 122-128.
[14]	冯巩, 夏元友, 王智德, 严敏嘉. 基于位移信息融合的露天矿边坡动态预警方法[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(3): 116-122.
[15]	张晓明, 刘筱颖, 董伟, 张河猛, 王永军, 佐佐木久郎. 海州露天矿采空区地表CO₂通量的试验研究[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(2): 66-73.

露天矿采坑淤泥体原位疏干排水采掘设计与工程应用

Research on in-situ dewatering and drainage design and engineering application of sludges in open-pit mines

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 13

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价