云南先锋露天煤矿排土场防排水工程设计.pdf

8 露 天 采 矿 技 术 2 0 l 4 年 第 6 期霍 雷 固 D O h l 0 1 3 2 3 5 c n k i 1 t c m 2 0 1 4 0 6 0 0 3 云南先锋露天煤矿排土场防排水工程设计 宋景辉 ， 王建华 ， 侯娇 龙 ， 吴建圻 ， 毛永祥 ( 昆明煤炭 设计研 究院 ， 云南 昆 明 6 5 0 0 1 1 ) 摘要： 南方露天煤矿 降雨量丰富， 地 下水水量大， 煤矿的防排水工程是安全生产的重要工程 ， 露 天矿排土场全部是松散 剥离物 ， 排土场防排水措施的合理 、 完善是保证排土场边坡稳 定的前提 。 介绍 了云南先锋露天煤矿排水工程 中存在的难题 ， 分析 了排土场水文地质特征 ， 结合 目前防排水 工程现状提 出 2种排水方案 ， 并经技术经济比较确定采用方案 2 ， 即利 用现有防洪沟， 将其 改造 为暗涵工程。不但减轻 了征地工作压力 ， 而且具有广泛的实用价值 ， 对露天煤矿排土场防排 水工 程具有很 大的现 实意义和指导作用。 关健词： 南方排土场； 防排 水； 防洪沟改暗涵 中图分类号： T D 7 4 4 文献标志码 ： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 l 4 ) 0 60 0 0 80 4 De s i g n o n wa t e r p r o o f a n d d r a i n a g e e n g i n e e r i n g o f wa s t e d u mp i n Ymma n Xi a n f e n g o p e n -p i t c o a l mi n e S ONG J i n g h u i ， WANG J i a n h u a ，HOU J i a o l o n g ，WU J i a n q i ，MAO Yo n g x i a n g ( K u n m i n g C o a l s a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e 。 K u n mi n g 6 5 0 0 1 1 ， C h i n a ) Ab s t r a ：Owi n g t o t h e a b u n d a n t r a i n f a l l and p l e n t i f u l g r o u n d wa t e r i nu the m o p e n - p i t c o al mi n e ，d rai n a g e e n g i n e e rin g o f c o a l mi n e i s a n i mp o r t a n t e n g i n e e ri n g of s a f e t y p r o d u c t i o nBe c a u s e o p e n- p i t mi n e d u mp h a s all l o o s e o v e r b u r d e n ，r e a s o n a b l e a n d p e r f e c t d r a i n a g e me a s u re o f d u mp i s t o e n s u re t h e p r e mi s e of t h e d u mp s l o p e s t a b i l i t y T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e e x i s t i n g p r o b l e ms i n t h e e n g i n e e r i n g s w 0 r k s a n d a n aly z e s the h y d r o g e o l o g i c al c h a r a c t e ri s t i c s of d u mp i n Y u n n a n Xi a n f e n g o p e n- p i t c o a l mi n e C o m b i n i n g w i t h t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f d r a i n a g e e n gin e e r i n g ， t w o k i n d s of d r a i n a g e s c h e m e s a r e p r o p o s e d to d e t e r m i n e u s i n g t h e s c h e me t wo ，t h a t i s ，u s i n g t h e e x i s t i n g fl o o d c o n t r o l d i t c h a n d t r a n s f o r mi n g i t i n t o a d a r k c u l v e r t e n g i n e e rin g No t o n l y d o e s i t a l l e v i a t e t h e w o r k p r e s s u r e o f l a n d a c q u i s i t i o n ，b u t i t h a s the e x t e n s i v e p r a c t i c a l v a l u e ，w h i c h h a s g r e a t p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e a n d g u i d a n c e f u n c t i o n t o t h e d r a i n a g e e n g i n e e rin g o f d u mp i n o p e n -p i t c o a l mi n e Ke y wo r d s ：s o u t h e r n d u mp ；d r a i n a g e ；t r a n s f o rm i n g fl o o d c o n t rol d i t c h i n t o d a r k c u l v e r t 云南省属高原地区， 煤层多赋存于沟壑纵横的山 区 ， 因此 ， 云南煤矿地形复杂 ， 排土场仅能选择于沟 谷中。先锋露天煤矿地处降雨量丰富的云南省寻甸县， 属亚热带低纬度高原季风气候 ， 年均降雨量 1 0 1 8 6 m m，雨量多集中在 5 - 9月 间，约占全年降雨量的 8 1 。 先锋露天煤矿无法实现内排 ， 外排土场选择于 采场北部的马茨地排土场 ，排土场境界范围西起杨 梅箐， 东至菜子箐， 北至 2 4 1 5 等高线， 南距采场地表 境 界 4 0 0 m。东西长 4 k m， 南北 宽 12 k m， 面积 4 1 4 k m 。马茨地排土场由 5条箐沟 、 6道山梁组成 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 2 2 2 作者简介： 宋景辉( 1 9 7 0 一 ) ， 女 ， 内蒙古赤峰人， 高级工程 师， 1 9 9 1 年毕业于中国矿业大学采矿系，任昆明煤炭设计研 究院露采副总工程师、 露天所副所长兼主任工程师。 且坡向与排弃方 向一致 ，形成了 5条箐沟一面坡的 局面 ， 导致排土场边坡工程及防排水工程困难较大 。 排土场排弃物物理力学指标 与水的关系较大 ， 如果排弃物含水率高，那么物理力学指标的粘聚力 和内磨擦角随之下降， 边坡稳定系数降低 ， 马茨地排 土场水对边坡稳定系数 的影响见表 1 。 从表 1 可以看 出，考虑 1 3水压的作用边坡稳 定系数下降较大 ， 而不考虑水压 的作用 ， 即干燥边 坡形态 ， 稳定系数较高。因此 ， 排土场防排水措施的 合理 、 完善是保证排 土场边坡稳定 的前 提 ， 治理和 维护边坡均需从防水 、治水人手。对流人排土场的 地表水要进行有效拦截 ，对排土场 内的滞 留水及地 下水应进行疏导，煤矿的防排水工程是安全生产的 重要 工 程【 j 。 重 圆 圈 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 4 _ef_ g 6 期 9 1 排土场水文地质特征 马茨地排土场地表水 系较为发育 ，西部外侧的 大白龙潭河 ， 发源于西北部大白龙潭群泉 ， 流量最大 为 1 0 9 0 m3 s ， 区内 5条冲沟及其主支沟均有不等流 水 。 沿冲沟及断层线 ， 泉点呈线状分布。突出的菜子 箐东西冲沟共见 1 8个弱富水泉点 ， 沟 口流量 3 6 4 l 8 1 5 L s 。代理堡箐冲沟见 1 2 个弱富水泉点 ， 沟 口 流量为 00 8 2 6 L s 。大箐冲沟见 1 1个弱富水泉 点 ， 旱季沟 口流量 0 1 0 2 L s 。其余大岭岗东侧冲沟 见 5个弱富水泉点 ， 杨梅箐见 9个弱富水泉点 ， 平地 箐见 1 个弱富水泉点。 冲沟流量受季节控制明显 ， 旱 季近于干枯 ， 雨季显著增大。 各冲沟地表水均流入盆 地南缘蟒蛇河。 1 1 马茨地排土场合 ( 隔) 水层( 组) 特征 1 ) 松散岩类孔隙含水层( 组 ) 。主要为第四系松 散岩土层 ，上第三系残余层不含水 ，厚度一般小于 2 0 m， 岩性 以砂砾石层 、 含砾粘土 、 砂层 ， 亚砂 土为 主 ， 分选性极差， 富水性随沉积类型岩性组合有较大 差异。洪积一 残坡积层 ， 一般属弱孔 隙透水层 ， 冲沟 中洪冲积层形成地表迳流或潜流 ， 富水性强 ， 平均迳 流模数 2 5 I J ( s k m ) 。 2 ) 碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层 ( 组 ) 。由震旦系 灯影组 、 寒武系渔户村组构成 ， 厚度 6 0 0 m， 分布约 3 k m 。灯影组属古风化壳溶蚀裂隙含水层 ， 区内泉 流量小于 0 0 0 60 6 1 L s ， 一般小于 0 O 1 L s 。富水 性均弱 ， 相对富水段为灯影组 24段岩组 ， 属弱富 水层 。渔户村组沿 F 断层东缘 ， 见弱富水断层泉点 数个 ， 流量小于 0 0 0 2 0 1 4 0 L s 。 3 ) 泥质岩类相对隔水层( 组) 。 由昆阳群组 、 寒武 系中宜村组 、 筇竹寺组等构成 ， 其中昆阳群组 为主要 隔水层( 组) ， 其裂隙泉水流量小于 0 0 0 2 0 7 9 0 Us ， 一 般小于 0 0 2 L s 。 中宜村组 、 筇竹寺组受北西西和北 东东断层切割 ，断层裂隙泉水流量小于 O 0 0 4 L s ， 属局部弱富水性相对隔水层 。 1 2水 文地质 类型 马茨地排土场东西两侧广布碳酸盐岩类岩溶裂 隙含水层。泉水出露于冲沟切割较深地段或断层线 附近 ， 富水性不均一 ， 受岩性及风化破碎溶蚀发育所 制约 ； 局部明显与断裂构造破碎带密切相关。 灯影组 常处下游地带 ， 汇水面积大， 旱季时主要 由中上游冲 沟地表水渗透补给 ， 此间富水性较弱， 局部形成向深 部泄漏 。雨季时兼有大气降水补给 ，富水性显著增 加。 区内地下水大致 由北向南迳流， 东部由北东 向南 迳流 ， 区内南缘 以泉水溢 出， 汇人地表水 ， 部分继续 潜入盆地基底 ， 形成基底中等富水性岩溶承压水。 纵 观马茨地排土场 ， 水文地质条件属中等。 2防排水工程现状 马茨地排土场包括 5条箐沟 ， 从西至东分别是 ： 杨梅箐 、 平地箐 、 大箐、 代理堡箐和菜子箐 ， 先锋露天 煤矿采场及马茨地排土场位置示意 图如图 1 。代理 堡箐是马茨地排土场容量最大的箐沟 ，设计 中马茨 地排土场 5条箐沟的启用顺序为 ：代理堡箐一 菜子 箐一 大箐一 平地箐一 杨梅箐 ； 先锋露天煤矿 1 9 9 8年建 矿以来 ，一直使用马茨地排土场的代理堡箐进行排 土作业。 根据水文地质条件及地表汇水流向， 代理堡 箐沟已建有地面防洪沟 1 条 ，本防洪沟设计标准P = 2 ， 底宽 1 6 m， 高 1 4 I 1 1 ， 浆砌 片石结构 ， 防洪沟 汇人大箐沟内的自然冲沟 ，由自然冲沟流入西部的 大 白龙潭河 ， 最终注入盆地南缘 的蟒蛇河 。 排土场内的泉眼及地下水一般汇集于排土场的 沟底 ， 滞 留水一般形成于排土场上部排弃物料 内， 代 理堡箐除防洪沟外 ， 沟底部还设有暗涵工程 ， 排泄代 理堡箐沟场内汇水及地下水，暗涵水经挡土坝底部 汇人采场北东防洪沟， 最终流人盆地南缘蟒蛇河 ； 本 暗涵采用钢筋混凝土拱涵 ，暗涵的结构 由外力计算 确定，外力主要来源于排土场排弃后产生填土 的压 1 0 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 4 6 期l 冒 固 图 1 先锋 露天煤矿 采场 及马 茨地排土场位置 示意 图 力 ， 暗涵的断面根据洪峰流量及设计参数选取 ， 洪峰 流量包括地下水及泉眼流量、 排土场渗透量 ， 本拱涵 净断面 0 8 m ， 高 1 6 m， 为防止渗透水将露天矿的排 弃物料带人暗涵 ， 暗涵周围设反滤层 ， 排土场内滞留 水通过暗涵的反滤层 ， 经暗涵泄水孔进入暗涵内 3 1 。 3 防排水工程设计 3 1 防排 水 工程 方 案 马茨地排土场代理堡箐防洪沟已使用 1 4 a ， 随 着排土场的升段 ， 代理堡箐沟暗涵向北延长 ， 排土工 作标高达到防洪沟位置， 本防洪沟面临被填埋的局面 ， 针对于代理堡箐防洪沟工程提出 2个方案设想 。 方案 1 ：代理堡箐沟北部到界位置重新修筑防 洪沟 ， 废弃现有防洪沟。 方案 2 ： 利用现有防洪沟 ， 将其改造为暗涵工程 继续发挥作用。 马茨地排土场代理堡箐沟防洪沟工程方案如图 2 。 图 2 马茨地排土场代理堡箐沟防洪沟工程方案图 3 2防排 水 方案特 征 3 2 1 方案 1 特征 方案 1 于代理堡箐沟北部到界位置重新修筑防 洪沟 ， 防洪沟总长 3 - 3 k m， 设计洪水频率取 5 0年一 遇。方案 1防洪沟设计洪水流量计算见表 2 。 表 2 方案 1防洪沟设计洪水流量计算表 名称h l m m Z l mm F l k m Q ， ( m ) 代理堡 箐沟防洪 沟 2 0 0 1 3 5 0 3 1 2 9 6 洪水流量计算公式如下 ： p = ( 一Z) 。 式 中 ： Q为 洪水 流量 ， m3 s ； 为 地貌 系 数 ， 取 0 1 3 ； Z为滞流厚度 ， mm，取 5 mm； h为径 流厚 度 ， mm， 取 2 0 m m； F为汇水面积( k m 2 ) 根据地形汇水面 积取 3 4 k m 。 根据洪水流量计算 ，新修浆砌片石防洪沟纵坡 l ， 底宽 1 0 m， 高 1 1 m， 防洪沟断面如图 3 。 图 3 方案 1 防洪沟断面示意图 3 2 2 方案 2特征 方案二将现有 防洪沟改造为 暗涵继续使用 ， 防 洪沟 内设直径 1 m的管涵 ， 管涵由厂家特制， 管涵壁 采用钢筋混凝土结构 ，配筋密度根据上部排土的压 力计算得出 ， 填土产生的垂直压力公式如下 ： q =P g t 式中 ： g为填土 的垂直压力 ， k N m ； p为填土 的 平均密度 ， t m。 ； 日为填土的厚度 ， m； g为重力加速度。 管涵纵坡 2 0 ， 下部用粗砂铺垫 0 2 m， 上部浇 筑 C 2 0 混凝土， 方案 2防洪沟改暗涵工程断面如图4 。 3 3防排水推荐方案 方案 1 和方案 2工程投资如下 ： 方案 1 预算浆砌片石每米造价 2 8 0元 ，挖方每 米造价 3 O元 ， 根据方案 1防洪沟断面 ， 方案 1总造 价 4 3 4万元 。根据方案 2已竣工 的工程得出每米造 价 1 2 0 0元 ， 竣工结算总费用 2 1 0万元 。 方案 1 及方案 2均可实现马茨地排土场代理堡