基坑降深法在露天疏干排水工程中的实践.pdf

露天采矿技术 2 0 1 3 年第1 2 期 5 1 基坑降深法在露天疏干排水工程 中的实践 陈德有 ( 神华国能宝清煤电化有限公司露天煤矿 ，黑龙江 双鸭山 1 5 5 1 0 0 ) 摘要： 露天矿疏干排水效果的好坏直接影响着剥离工程的进度。由于我矿特殊的水文地质条件， 疏干 孔降水效果不理想 。 开挖面残余水较多， 只能采用平面开采方式作业， 严重制约着矿建剥 离工作。 利用基坑降 深法在冬季进行 冻结法施工， 在采场底部形成两个集水坑 ， 设置明排抽水 系统， 以基坑为 中心向四周扩帮， 工 作 面出水经排水沟导入下部集水坑 中， 很好地解决了工作面 出水影响剥离的难题 ， 极 大改善 了作业条件 ， 提 高了剥离生产水平， 使采场形成较规整的作业台阶成为可能。 关键词： 露天矿 疏干排水； 基坑降深法； 冻结法施 工； 集水坑 中图分类号： T D 8 2 4 6 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 l一9 8 1 6( 2 0 1 3 )1 20 0 5 10 3 P r a c tic e o f f o u n d a ti o n p i t d r a wd o wn me t h o d i n o p e n - p i t d r a i n a g e e n g i n e e r i n g C HEN De y o u S k 阳 G u o nea d o a o q i a e C o a l E l e c t r o c h e mi c a l C o ， L td , O p e n - p it C o Mi n e S h u a n a s h a n 1 5 5 1 o o , c h # ) A b s t r a c t ： E ff e c t o f o p e n - p i t m i n e d r a i n a g e a ff e c t s t h e p rog r e s s of t h e s t r i p p i n g p r o j e c t s d i r e c tl y ， b e c a u s e s p e c i a l h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n ， t h e d r a i n a g e h o l e p r e c i p i t a ti o n i s n o t e ffic i e n c y e x c a v a t i o n s u r f a c e res i d u a l wa t e r i s mo r e tha n u s i n g the p l a n e mi n i n g mo d e o pe rat i o n ，s e r i o u s r e s t r i c t s the mi n e s t r i p p i n g w o r k Us e f o u n d a t i o n p i t d r a wd o w n me tho d i n w i n t e r f r e e z i n g me tho d c o n s t r u c t i o n ，i n the s t o pe b o t t o m f o rm t wo s u mp ，s e t rui n g r o w p u mp i n g s y s t e m t o f o u n d a t i o n p i t f o r t h e c e n t e r a r o u n d t o e n l s _, g e h e l p ，f a c e t h e wa t e r d r a i n i n t o t h e b o t t o m s u mp ， we l l s o l v e d t h e p r o b l e m o f wo r k i n g f a c e wa t e r i n fl u e n c e s t r i p p i n g ，g r e e d y i mp r o v e t h e o per a ti o n c o n d i ti o n s ，i mp rev e the s t r i p p i n g p r o d u c ti o n l e v e l ， ma k e the s t o p e f o r m a n e a t o pe r a ti o n s t e p s p o s s i b l e 。 Ke y wo r d s ： o p e n - p i t mi n e ； d r a i n age ； f o u n d a ti o n p i t d r a wd o w n me tho d ；f r e e z i n g me tho d c o n s t r u c t i o n ； s u mp 1 概述 宝清朝阳露天煤矿位于黑龙江省双鸭山市宝清 县朝阳乡境内， 地理坐标 ： 东经 1 3 2 o 2 2 3 0 一1 3 2 o 3 9 3 0 ， 北纬 4 6 。 1 1 0 0 ， - 4 | 5 。 2 4 3 o ， 。 矿区属于寒温带大陆 性季风气候， 夏短冬长， 春秋两季多风， 夏秋两季多雨。 露天可采境界内煤 田走向长约 1 6 k m， 倾向宽约 6 k m， 可采商品煤储量 9 7 1 1 4 Mt ， 设计能力 1 1 0 M t a ， 服务年限为 8 0 a 。 主要可采煤层为 l 0 号煤层， 煤质为 中高热值褐煤， 平均厚度 l 2 2 2 m， 煤层倾角 3 5 o q 。 朝阳露天煤矿于 2 0 0 9年 7 月正式开工建设 ，由两个 施工单位进行矿建剥离 ， 基建工程量为 2 8 2 3万m3 ， 已 完成土方剥离 I 6 0 0 万 m ， 目前采场地表长 1 8 0 0 m 、 宽 5 0 0 m、 深 3 0 m， 计划 2 0 1 3 年下半年建成投产。 2 问题的由来 煤矿建设初期为了抢抓工程进度， 缩短基建周期 ， 矿区疏干排水工程并没有从实质上超前剥离工程施 工 。2 0 0 9年初在首采区基建坑 四周一共施工 了 8 6 口疏干降水孔 ， 孔距为 8 0 m， 水泵流量为 2 5 m 3 h 。 经 工程实践证明疏干孔降水速度较慢 ，工作面一直出 水 ，严重制约 了剥离工程进度 ， 2 0 0 9年仅剥离 1 1 0 万 m 3 ， 2 0 1 O年完成剥离 670万 m 。 2 0 1 1 年 8 月开始对疏干系统进行改造 ， 在采场 内又施工了 1 6个放水孔 ， 对上部、 中部 2个含水层 及中部隔水层中的滞水进行疏干 ；在工作平盘开拉 纵横方向沟渠 ， 把水引到采场 中部临时集水坑 ， 由水 泵经管路排出采场。改造后的露天疏干排水系统仍 以疏干降水孔为主， 以明排系统为辅， 实践证明整套 疏干系统降水能力不能满足要求 ，工作面积水现象 仍很普遍， 依然严重制约矿建剥离工作， 当年仅完成 剥离 8 5 0万 m3 。因此疏干排水工作是我矿矿建工作 的瓶颈 ， 矿建近两年半均未能完成计划任务 。 收稿日 期： 2 0 1 3 - 0 8 - 0 1 3 原因分析及解决方法 作者简介： 陈德有( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 黑龙江鸡西人， 现任神华 国能集团宝清煤电化有限公司朝阳露天煤矿生产副矿长。 3 1 原 因分析 5 2 露天采矿技术 2 0 1 3 年第1 2 期 我矿水文地质条件较为特殊 ，共赋存有 3层地 下含水层且连续性较差、 泥岩砂岩互层严重、 含水层 渗透系数较小( 上、 中、 下部承压含水层渗透系数分 别选取为 5 4 O m d 、 1 3 4 4 m d 、 5 8 5 6 n 1 ， d ) 翻 。 煤炭工 业露天矿设计规范规定降水孔方法要求渗透系数 大于 2 n d d ， 该值已接近降水孔疏干的下限值 ， 此时 降压漏斗影响范围不大于 3 0 m O 。 根据我矿实践，疏干降水孔降压漏斗影响半径 小， 疏干效果不好， 即使采用降水孔加密、 增大水泵 流量或者工作面挖纵横排水沟等方法都不能彻底解 决采场工作面积水问题。 疏干巷道方法工程量大 ， 施 工困难 ， 对 于软岩露天矿同样不适用。 因此只能根据 本矿的特殊条件采用其它可行方法来制定适合本矿 的明排方案 ， 建立合理的联合疏干系统。 3 2 基坑 降深法的提 出 ， 根据地质分析， 煤层顶部有两处褶 曲向斜构造 ， 可形成 2个汇水 中心， 如图 1 所示 。 因此考虑在两个 向斜位置建设 2个较大容量 的集水坑 ，将工作面含 水层残余水汇人集水坑。 集水坑施工方案设计 ： 根据我矿气候条件 ， 考虑冬季冻结法作业 ， 利用 基坑降深 ， 待集水坑形成后 ， 以基坑为中心向四周扩 帮， 工作面涌出的水可以直接引到下部集水坑 中， 再 由水泵将水排到地表 。 建立合理的明排系统【 猢。 1 ： 1 2 5 6 O 晨 6 0 1 8 5 7 8 l 5 5 5 6 58 7 5 8 4 袭 髹 ， Z 一 呕 3 1 7 2 3 2 6 9 如辽 i ( 一 橱 示) 向察 处 l ： 20 0 O 图 1 走 向方 向煤层顶板剖面 图 从 2 0 1 1 年 1 1 月上旬我矿开始进行集水坑工程 的设计 ， 于中旬完成 了施工设计 ， 并在 l 2月中旬开 始集水坑工程的施工。因采场坑底标高平均在V5 5 水平 ， 集水坑设计标高在 3 O 2 5水平 ， 为减少 工程量 ， 加快集水坑建设 ， 采用冬季冻结方法进行基 坑降深最终形成集水坑。 基坑位置平面图如图 2 所示。 3 3 基 坑规格 辽煤基坑地面尺寸长宽 1 0 3 m1 0 2 m，土方量 1 5万 I T I 3 , 标高由V5 5降至V3 0 水平 ， 共 7 个台阶 ， 设 计最终帮坡角为 4 0 4 2 o ， 集水坑容量约为 3 0 0 0 m 3 。 图2 基坑位置平面圈 中煤基坑地面尺寸长宽 1 4 0 5 m1 1 4 9 m， 土方量 2 5 万IT I3 , 标高由V5 9 降至 2 4 6 l 水平， 共计 1 0 个台阶， 最终帮坡角为 4 o一 4 2 。 ， 集水坑容量约为 4 0 0 0 I 1 1 3 。 4 基坑降深法施工工艺 4 1 冬季基坑 施 工 我矿属于软岩露天矿 ，第 四系覆盖层主要为松 散的粗砂、 中砂 、 细砂、 粉砂及粘土 ， 抗压强度小于 1 MP a 。两个基坑的施工主要从V5 5水平降深到煤层 顶板V3 0一V2 5水平。 泥层和砂层夏季作业时工作 面承载力较低 、 陷车、 物料粘车较为严重 ， 作业 困难。 经严寒冻结后的工作面道路有 了足够的承载力 ， 基 坑边坡更为坚 固， 稳定系数提高 ， 工作面少量出水可 冻成冰易于处理 ，我矿正是利用冬季冻结法进行基 坑工程的施工， 有效地解决了工作面难以作业的难题。 4 2开拓 方 式 采用液压反铲和 自卸汽车开拓 ， 沿基坑设计境界 分层掘沟降深。在基坑外部做出人沟道 ， 这样可以减 少基坑工程量。设计分层 台阶高度 3 1 7 1 ， 各平盘推进 到设计位置时， 留 3 1 7 1 的安全平台， 利于帮坡稳定。 最 下部集水坑由反铲后退式拉沟并段形成。 基坑设计施 工图如图 3所示 。冬季施工时地表存在一定量 的冻 土， 冻土深度在 0 52 n l ， 可采用松土器进行松碎网 4 3临 时 出水 处理 方 式 施工地层位于中部含水层 ，工作面出水较为严 重， 不解决好水的问题工作 面难以降深。 在工程实践 中即采用挖环沟渗水排水法 ，每进行下一水平降深 前在工作面四周开拉 4 1 7 1 深 、 1 m宽环沟 ， 这样工作 面中的残余水都能渗到环沟中。环沟底部留设 2 的 坡度， 使环沟中的积水都汇到设计的最低点， 在最低 汇水点设临时泵把水倒至外部排水沟 。工作面环沟 断面图如图 4所示 。这种拉环沟的方法非常有效地 解决了工作面出水 的问题 ， 保证了基坑的顺利降深。 4 4 集水坑蓄水 利用基坑降深法最终在采场形成 2个集水坑 ， 工作面渗出的残余水汇到集水坑 中。少量的积水可 能被冻结 ， 但集水坑形成后积水越积越多 。 在水面上 臣 重 固 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 3 年 第 l 2 期 5 3 图 3 中煤基坑设计施工图 V 5 5 图 4工作面环沟断面 图 形成一层冻层 ， 冻层起到了一定的保温作用 ， 冻层下 仍为活水 ，这样水泵安置在集水坑冻层之下仍能满 足冬季抽水需求。 5 结论 应用基坑 降深法在冬季进行集水坑工程施工 ， 在采场形成集水坑， 建立合理 的明排系统 ， 很好地解 决了工作面出水问题 ， 实现了台阶式剥离作业 ， 极大 地提高了剥离生产能力 ， 加快了矿建速度 ， 在很大程 度上减少了基建成本。 对于处于基建期、 同样条件的 露天矿，利用疏干降水孔不能很好解决疏干排水问 题时， 可以参考本矿的工程实践， 应用基坑降深法施 工集水坑， 预计可以达到很好的疏干排水效果。 参考文献： 1 中煤国际工程集团沈阳设计研究院 鲁能宝清煤电化开 发有限公司朝阳露天煤矿修改初步设计说明书 R 中 煤国际工程集团沈阳设计研究院 2 0 1 0 2 李秉森， 孟庆发 黑龙江省宝清县朝阳露天煤矿首采区专 门水文与工程地质勘查报告 R 黑龙江省煤田地质一 一 0勘探队， 2 0 0 9 3 中国煤炭建设协会 煤炭工业露天矿设计规范 S 中华 人民共和国国家标准 2 0 0 5 4 李文江 地铁站深基坑明排二次降水施工方法 J 大陆 桥视野 ， 2 0 1 0 ， ( 1 3 ) 5 邢玉芳， 陈达强 某深基坑降水设计 J 低温建筑技术， 2 0 0 7， ( 6 ) 6 李敏 基坑降水设计浅谈 J 山西建筑 ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 1 ) ( 上接第 5 O页) 图 S 沿上部土段边坡圆弧滑动计算结果 图 7 沿煤层底板弱层圆弧滑动计算结果 图 9 沿煤层顶板弱层组合滑动计算结果 价 D 北京： 中国地质大学， 2 0 0 8 2 罗勇清， 周云 毕肖普法确定填石路堤高边坡稳定安全 系数 J 长沙： 公路与汽运， 2 0 0 7 3 韩永春。 高谦， 钱洪涛 毕 肖 普法和有限差分法应用于边 图 6 沿煤层顶板弱层圆弧滑动计算结果 图 8 沿上部土段边坡组合滑动计算结果 图 l O 沿煤层底板弱层组合滑动计算结果 坡稳定性分析 J 山西建筑。 2 0 0 7 4 胡新红 ， 张可能 ， 王跃飞， 等 剩余推力法中稳定安全系 数折减方法分析 J 西部探矿工程， 2 0 0 8 5 煤炭工业露天煤矿设计规范 M 中国计划出版社， 2 0 0 5