普阳露天煤矿排土场疏干排水系统改进.pdf

露天采矿技术 2 0 1 5 年第6 期 4 3 D O I ： 1 0 ． 1 3 2 3 5 ~ ． c n k i ． h c m． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 1 4 普阳露天煤矿排土场疏干排水系统改进 杨华德 ( 文山州煤业有限责任公司， 云南 文山 6 6 3 0 0 0) 摘要： 通过分析普阳露天煤矿排土场的水文地质特征 ， 确定了排土场疏排水工程 中存在的危险 源， 并由此提 出排土场疏排水工程治理的 3种方案。 通过合理的技术、 经济分析和比较， 确定 了合 理 方案 。 关 健词 ： 排 土场 ； 疏 干排 水 ； 治理措 施 中图分类号： T D 7 4 5 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 1—9 8 1 6( 2 0 1 5 ) 0 6—0 0 4 3—0 3 W a t e r d r a i n a g e s y s t e m i mp r o v e me n t i n P u y a n g Op e n -p i t Co a l Mi n e d u mp YANG Hua d e ( We n s h a n C o a l C o ． ， L t d ． ，We n s h a n 6 6 3 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h r o u g h a n a l y z i n g t h e h y d r o g e o l o g i e al c h a r a c t e ri s t i c s i n P u y a n g Op e n — p i t C o al Mi n e d u mp ，t h e a u t h o r d e t e r mi n e s t h e h a z a r d s i n t h e p roc e s s o f w a t e r d r a i n a g e e n g i n e e ri n g ，a n d p u t s f o r wa r d t h r e e s c h e me s o f wa t e r d r a i n a g e e n g i n e e rin g c o n t ro1 ． T h rou g h t h e r e a s o n a b l e t e c h n i c a l a n d e c o n o mi c a n a l y s i s a n d c o mp a ri s o n ， t h e a u t h o r d e t e rm i n e s t h e r e a s o n a b l e s c h e me ． Ke y wo r d s ：d u mp ；w a t e r d r a i n a g e ； c o n t r o l me a s u r e 普阳褐煤矿区地处云南省文山壮族苗族 自治州 富宁县木央镇普 阳村 ，矿 区东西长 6 k m，南 北宽 0 ． 2 5～1 ． 2 k m， 面积 4 ． 1 k m 2 。 矿 区以普阳河为界 ， 分 为东 、 西 2个井 田， 东井田面积 1 ． 5 k m ， 西井 田面积 1 ． 6 k m ， 探 明资源储量 9 6 5 5万 t B ] 。 自 1 9 8 0年建矿至今 已有 3 0余年 ，为适应文 山 及周边地区社会经济的发展 。普 阳露天煤矿 自建矿 以来 ， 历经 5次技改 、 扩建 ， 现煤矿设计生产能力为 9 0万 t ／ a 。 1 排 土场 地形 与地 质构 造 普 阳露天煤矿排土场剥离物沿山坡排弃 ，原始 地形呈南高北低 ， 山坡底板标高为 8 0 6水平 ， 山坡顶 部标高为 1 2 5 0水平 。 排土场基底地质构造 由下往上 依次为 ： 坚硬岩组 、 软塑岩组 、 松散松软岩组 。 1 ) 坚硬岩组。 排土场基底灰岩坚硬致密 ， 岩溶发 育弱 ，本岩组分为 3 个岩性段 ，下部为 中厚层 白云 岩 、 灰岩 ， 分布于排土场西南侧及西南外 围； 中段薄 层状泥质条带灰岩， 夹多层泥岩、 上段厚层状 白云质 收稿 日期 ： 2 0 1 5 — 0 l 一 0 4 作者简 介 ： 杨华德 ( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 云 南马 关人 ， 助理 工程 师 ， 大专学历， 现任文山州煤业有限责任公 司安全技术部经 理 ， 主要从 事煤矿 生产技 术管理 工作 。 灰岩 ， 分布在山谷底部、 排土场 中部和北部 。该层厚 度 0～6 ． 6 I T I ， 平均为 3 ． 7 8 I T I 。 2 ) 软塑岩组。 该岩组含 3 个小层。 ①底部含砾粉 质粘土 ： 呈褐黄色、 可塑至硬塑状 ， 天然密度为 1 ． 9 1 ～ 1 ． 9 8 g ／ c m 。 ， 孔 隙比为 0 ． 7 3—0 ． 8 3 ， 是本岩组 中力 学性质最好 、 分布面积最大的土层 ， 岩性及厚度较为 稳定 ， 一般含有碎石 ； ② 中部淤泥质土： 褐黄色 ， 含大 量腐植质和少量碎石 ； 常具滑感 ， 地表未出露 。分布 在排土场下部和中部 ，该层厚度一般在 1 ． 5 5—4 ． 7 0 in ， 平均为 3 ． 1 3 in； ③上部粉砂质粘土： 褐黄色为主， 有灰 白、 灰绿 、 褐黑等杂色 ， 含少量次 圆状砾石和粗 、 中、 细砂岩 ， 一般呈可塑状 ， 天然密度为 1 ． 8 9～1 ． 9 7 g ／ c m ， 孔隙 比为 0 ． 8 4—0 ． 9 6 ， 分布在排土场 中下部 ， 层厚 1 ． 6—4 ． 8 i n ， 平均 3 ． 2 In。 力学性质介于上述的 含砾粉质粘土和淤泥质土之间。 3 ) 松散松软岩组。 即人工排弃土层 ， 排弃物来 自 含煤岩系的各种岩石 ，主要是第 三系中龙潭煤组的 泥灰岩 、 粉砂质泥灰岩和砂质泥灰岩 ， 上新统河头组 泥质岩 、 砂质泥灰岩及少量砂砾岩 ， 以及第四系的粘 土 、 亚粘土 、 钙质粘土 ， 由于岩性不同， 抗风化能力各 异 ， 填土形成后 ， 在地下水的条件下 ， 抗风化弱的岩 石先变成粘性土 ，而抗风化能力强的岩块相互嵌组 成骨架 ， 在排弃土的重力作用下 ， 先软化的粘土被挤 4 4 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 5 年 第 6 期重 雷 圈 进骨架之中 ， 使堆土层的整体稳定度减少 。 加之堆积 过程杂乱 ， 导致形成的排弃土层整层 的岩性 、 含水性 以及物理力学性质不均[ 2 ] 。 2 排 土场现 状 排土场位于普阳村南西面约 4 0 0 m的一溶蚀谷 地 内， 距离露天采场 1 ． 5 k m， 排弃 终 了占地面积为 1 ． 2 6 k m ；最低排卸水平为 8 1 0 ，最终排弃标 高为 1 1 0 0 ， 排弃总高度为 2 9 0 m， 台阶坡面角为 3 5 。 最终 边坡角为 1 3 ． 5 。 ；排土台阶高度 8 6 0水平 以下为 1 5 m； 8 6 0水平 以上为 1 0 m， 台阶坡面角为 3 0 。 ， 最终松 散 系数为 1 ． 1 。截止 2 0 1 3年末 ，排 土场 已排弃 至 1 0 3 0水平 ， 排土台阶高度 8 6 0水平以下为 1 5 m， 8 6 0 m水平以上 1 0 m，台阶坡面角为 3 O 。 ，边坡角度为 1 3 ． 5 。 ， 形成台阶 2 2个 ， 排弃总高度 2 2 0 m， 其 中 9 4 0 — 1 0 3 0 m水平 台阶尚未排弃到界 ， 总共排弃土石方 4 2 0 0余万 m ， 排土运输道路位于排土场东面。 已采取工程技术防范措施如下 ： 1 ) 根据排土场水文地质条件和地表汇水流向， 在 8 2 0水平的泉眼 出水点处分别修建了集水井和疏水 暗涵 。 2 ) 按照排土台阶的升段情况 ， 在排土场 的基底 由南向北共修建了长 1 8 2 0 n l 的疏水暗涵 ；同时对 已覆盖的 8 8 0水平防洪沟 、 9 4 0水平防洪沟 、 1 0 1 0水 平防洪沟均改建成 了盲沟 ，确保 了上游的汇水流入 盲沟 自然疏出排土场。 3 ) 在 8 3 0至 8 1 0水平 由上至下分别修建 了 1 条 长 5 7 0 m的复式沟排水沟 ， 1 道长 4 0 m、高 8 m、 厚 3 ． 5 m的挡土坝和直径 1 ． 4 m、 1 8 棵平均深度 2 3 ． 4 m 的抗 滑桩 。 4 )对排土到位 的台阶边坡进行 了植被恢复， 植 被恢复区域面积 已达 0 ． 4 6 k m 。 5 ) 在排土场 9 3 0至 8 0 6水平台阶布设了监测线， 采用 R T K实时动态 G P S测量仪器进行监测。 3 排土场 8 6 0水平以下存在危险源的分析 3 ． 1 内在 因素 1 ) 普阳露天煤矿一号排土场 自上而下 由人工填 土、 粉质粘土 、 淤泥质土、 残积土及基底岩层构成 ， 而 场地 内基岩 ， 存在有小规模断层 ， 泥岩产状零乱 ， 并 伴生有多个泉点 ( 该区域共有 l 4个泉点 ) ；由此可 见 ， 场内断层是充水断层 ， 水量随季节而变化 。 2 ) 由于该 区域由钙化 、 洪积、 沙砾和基岩风化裂 隙所组成谷底通道的存在 ，一部分水顺谷底通道 向 下渗透 ， 并补给基岩含水层和人工填土含水层 ； 另外 由于谷底通道直接和人工填土层相通 ，导致谷底通 道的潜流 ， 更多的补给了人工填土含水层 ， 造成排土 场底部长时间有浸泡作用 ， 将会引起排土场滑动【 3 j 。 3 ． 2 外在 因素 1 ) 普阳露天煤矿一号排土场 自建成投入使用期 间， 堆积的物料均由松散混杂的剥离物构成 ， 剥离物 大部分属泥质成份 ， 风化松散后含水性变化极大 ， 对 基底泉水的正常排放具有 阻碍作用 。 2 ) 由于整个排 土场属沟谷地形 ， 大量降雨汇水 将集中于沟底排放 ，而基底原修建的 8 0 6至 8 3 2水 平标高段暗涵某处 已损坏堵塞 ， 部分泉水和大量 的降 雨汇水汇集于沟底后无法 畅通 ，致使该区域汇水充 分地向填土层补给地下水 ， 长时间浸泡后 ， 排放的剥 离物软化 、 自重增加 ， 受力失衡 ， 易造成边坡失稳【4 J 。 4 疏干排水的措施方案 根据排土场存在安全 隐患的根源主要为排土场 基底涌水 ，为确保基底涌水和大气降雨 的汇水能有 效排 出， 提高整个排土场的边坡稳定 ， 只有对 8 6 0 m 水平 以下 的基底涌水进行 疏干排放 。针对排 土场 8 6 0 m水平以下基底涌水疏干处理设想 ，提 出了以 下 3个方案[ 5 1 。 1 ) 方案 1 。在排土场填土体 中设置水平疏干孔 ， 将堆体含水层内的水排出排土场外。 2 ) 方案 2 。在排土场基底灰岩内设置排水廊道 的方法 ，从而将下层 白云质灰岩内的裂隙水及溶岩 水排出排土场 ；再通过竖向的排渗孔将填土含水层 内的水导入排水廊道中一并排出排土场。 3 ) 方案 3 。在排土场表面通过旋挖或长螺旋引 孔设置连续排渗墙 ，从而将排土场 内的水通过排渗 墙排 出排土场。 5 疏干排水措施的技术特征 1 ) 方案 1 设置水平疏干孔 。按照排土场汇水面 积 0 ． 3 7 k mz， 洪水设 防标准( 重现期 、 年 ) 5 0年 ， 线路 全长 2 ． 5 2 k m， 由主疏干孔和副疏干孔构成， 流水方向 由南至北 ， 流水坡度为 0 ． 2 ％， 施工方法为 ： 以排土场 堆体下部的 8 0 6水平用钻机沿着 8 6 0 平 台层底进行 钻孔， 在水平疏干孔末端设置排渗墙。方案 1的优点 是 ： 填土层含水层内水通过疏干孔直接排 出填土层 ， 针对性强 ， 但不能有效地将裂隙水 、 熔岩水排 出， 后 重 雷 圈 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 5 g - g 6 期 4 5 期无法检修 ， 易被破坏 。 2 ) 方案 2排水廊道+ 排渗孔。 按照排土场汇水面 积 0 ． 3 7 k m ， 洪水设防标准 ( 重现期 、 年 ) 5 0年 ， 线路 全长 1 2 1 0 m， 由 1条主排水廊道 、 4条副排水廊道 、 排渗孔构成 ，流水方向由南至北 ，流水坡度起点段 l ％， 出口 0 。 2 ％， 施工方法 ： 在排 土场底部中风化灰 岩中采用人工掘进排水廊道 ，并在廊道 中设置连通 地表的排渗孔。方案 2的优点是通 过排水廊道+ 排 渗孔的设置能够将含水层及裂隙水有效地排出 ， 后 期易维护 ， 但在施工 中需对未掘进廊道进行探访 ， 防 止 突涌 。 3 ) 方案 3 设置排渗墙 。 按照排土场汇水面积0 ． 3 7 k m 2 ， 洪水 设 防标准 ( 重 现期 、 年 ) 5 0年 ， 线 路全 长 2 ． 5 2 k m， 排渗墙长 3 ． 2 k m， 流水方 向由南至北 ， 流水 坡度 0 ． 2 ％， 施工方法 ： 在排土场表面横纵布置连续 排渗墙 ， 呈井字形 ， 通过旋挖机引孔 ， 并在孔 内填入 碎石 。方案 3的优点是 ： 通过连续拍渗墙 的设置 ， 能 够将含水层及裂隙水有效地排出。但 因需打穿填土 层 ， 因此 ， 对成孔要求高。 6 疏千排水方案的选择 1 ) 工程投资。方案 1 成孔长 2 ． 5 2 k m、 排渗墙长 1 0 ．3 k m 、 碎石量 0 ．8 2 4 万 m ， 预算投资 1 5 0 0 万元； 方案 2排水廊道长 1 2 1 0 m，排渗孔长 1 7 6 0 m， 碎 石 0 ． 5万 m， ， 预算投资 1 2 5 0万元 ； 方案 3排渗墙总 长 3 2 ． 0 k m， 碎石 2万 m 3 ， 预算投 资 1 8 2 0万元 ， 方 案比选表见表 1 。 表 l 方案 比选 表 方案排渗墙， m 成：f L ／ m 碎石／ m 3排水廊道／ m 成本合计， 万元 2 ) 技术特征。方案 1 、 方案 2 、 方案 3 从排土场水 文地质 、 地层结构来看 ， 均可实现排土场 8 6 0水平 以 下疏干排水的功能 ， 但方案 1 、 方案 3从施工难度大 外， 方案 1 不能有效将裂隙水 、 岩溶水排出 ， 后期无法 检修、 易被破坏 ； 方案 3因须打穿填土层， 因此对成孔 要求较高 ， 资金投入较大 ； 而方案 2 ( 排渗孔+ 排水廊 道 ) 针对基底岩溶裂隙水采用排水廊道疏排 ， 排土场 堆体内的孔隙水则采用排渗孑 L 疏排 ， 且排渗孔接人下 埋排水廊道 ，统一由廊道排出排土场外 ， 2种疏排措 施的有机结合 ， 经济投入较方案 l 、 方案 3小 ， 因此 ， 最终选择方案2 作为对排土场进行疏干排水治理闸 。 7 结语 通过对普阳煤矿排土场 8 6 0水平以下疏干排水 治理措施进行研究 ， 并得 出最优方案。 方案对该地区 降雨丰富 ， 地下水涌水量大 ， 基底汇水的有效排放有 着广范 的可操作性和实用性 ，对当地露天煤矿防排 水工程具有很大的现实意义和指导作用。 参考文献 ： [ 1 ] 云南省地质矿产局第二地质大队． 云南省富宁县普阳 褐煤矿 区精查地质报告 [ R] ． 文 山： 云南省地质矿产 局第二地质大队， 2 0 0 9 ： 8 7 — 9 3 ． [ 2 ] 周寿涛 ， 杜竞中， 郭增涛 ， 等． 露天矿边坡稳定[ M] ． 徐 州 ： 中国矿业大学出版社 ， 1 9 9 0 ． [ 3 ] 骆中洲． 露天采矿学[ M] ． 徐州： 中国矿业学院出版社 ， l 9 8 4 ． [ 4 ] 熊贵华， 聂开省． 磨坊露天矿排土场防洪排水系统 的 优化[ J ] ． 化工矿物与加工 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 2 5 — 2 6 ． [ 5 ] 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院． 普阳露天煤 矿排土场疏干排水工程初步设计[ R] ． 昆明： 中国有色 金属工业昆明勘察设计研究院， 2 0 1 2 ： 2 5 ． [ 6 ] 宋景辉， 王建华 ， 侯娇龙 ， 等． 云南先锋露天煤矿排土 场防排水工程设计[ J ] ． 露天采矿技术 ， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 1 1 ． 【 责任编辑 ： 张东旭】