云南先锋露天煤矿排土场防排水工程设计

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
【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.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】4页(P8-11)
【关键词】南方排土场;防排水;防洪沟改暗涵
【作者】宋景辉;王建华;侯娇龙;吴建圻;毛永祥
【作者单位】昆明煤炭设计研究院,云南昆明650011;昆明煤炭设计研究院,云南昆明650011;昆明煤炭设计研究院,云南昆明650011;昆明煤炭设计研究院,云南昆明650011;昆明煤炭设计研究院,云南昆明650011
【正文语种】中文
【中图分类】TD744
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1018.6 mm，雨量多集中在5~9月间，约占全年降雨量的81%。

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2415等高线，南距采场地表境界400 m。

东西长4 km，南北宽1～2 km，面积4.14 km2。

马茨地排土场由5条箐沟、6道山梁组成，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、治水入手。

对流入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[1-2]。

表1 马茨地排土场水对边坡稳定系数的影响验算剖面滑移破坏模式最终边坡高度/m最终边坡角/（°）稳定系数Fs剖面位置未考虑水压作用考虑1/3水压作用A-A′ 圆弧形切层滑移沿基底面滑移225 15 1.3611.6821.2061.420 杨梅箐B-B′ 圆弧形切层滑移沿基底面滑移代理堡箐C-C′ 圆弧形切层滑移沿基底面滑移215 15 1.4002.9851.3402.296210 15 1.5172.2301.2301.655 菜子箐
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1.090 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18个弱富水泉点，沟口流量3.64～18.15 L/s。

代理堡箐冲沟见12个弱富水泉点，沟口流量为0～0.826 L/s。

大箐冲沟见11个弱富水泉点，旱季沟口流量0.102 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 马茨地排土场含（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20 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-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25 L/（s·km2）。

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600 m，分布约3 km2。

灯影组属古风化壳溶蚀裂隙含水层，区内泉流量小
于0.006～0.61 L/s，一般小于0.01 L/s。

富水性均弱，相对富水段为灯影组2～4段岩组，属弱富水层。

渔户村组沿F1断层东缘，见弱富水断层泉点数个，流量小于0.002～0.140 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0.002～0.790 L/s，一
般小于0.02 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0.004 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，汇入地表水，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-菜子箐-大箐-平地箐-杨梅箐；先锋露天煤矿1998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 m，浆砌片石结构，防洪沟汇入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入采场北东防洪沟,最终流入盆地南缘蟒蛇河；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入暗涵，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]。

图1 先锋露天煤矿采场及马茨地排土场位置示意图
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14 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[4-6]。

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 km，设计洪水频率取50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/mmψZ/mmF/km2Q/（m3·s-1）代理堡箐沟防洪沟 20 0.13 5 0.31 2.96
洪水流量计算公式如下：
式中：Q为洪水流量，m3/s；ψ为地貌系数，取0.13；Z为滞流厚度，mm，取5 mm；h为径流厚度，mm，取20 mm；F为汇水面积（km2）根据地形汇水面积取 3.4 km2。

根据洪水流量计算，新修浆砌片石防洪沟纵坡1%，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：
式中：q为填土的垂直压力，kN/m2；ρ为填土的平均密度，t/m3；H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C20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280元，挖方每米造价30元，根据方案1防洪沟
断面，方案1总造价434万元。

根据方案2已竣工的工程得出每米造价1200元，竣工结算总费用210万元。

图4 方案2防洪沟改暗涵工程断面示意图
方案1及方案2均可实现马茨地排土场代理堡箐的防排水措施，但方案1（代理
堡箐沟北部到界位置重新修筑防洪沟）除工程投资外，还需征用土地，征用的土地位于排土场境界50 m以外，征地数量6.6 hm2，先锋煤矿征用土地平均价格为5万元/亩，方案1征地费用约495万元。

以上2个方案，不考虑方案一的征地费用，仅从工程投资比较，方案2比方案1
减少投资224万元；考虑征地费用，方案2比方案1减少投资719万元；况且近年来，征地工作难度大，由于征地工作的滞后，先锋煤矿采场工作帮达不到最小工作平盘宽度，马茨地排土场接替箐沟的工程无法实施，土地征用已严重影响和制约着露天矿正常生产。

经详细的技术和经济比较，马茨地排土场代理堡箐防排水工程推荐方案2，即利用现有防洪沟，将其改造为暗涵工程。

4 工程改造后的排土方式
防洪沟改造为暗涵工程实施后，马茨地排土场代理堡箐底部将形成2个暗涵，即
原有暗涵和本次防洪沟改暗涵工程，原有暗涵主要用于解决地下水及场内汇水疏导，本次防洪沟改暗涵工程用于疏导地表汇水，2个暗涵起点处设反坡排土，预留暗涵洞口，以便地表水及场内水汇入2个暗涵内，排土形式如图5。

随着排土场的进一步升段，2个暗涵继续向北部接长。

5 结语
先锋露天煤矿马茨地排土场代理堡箐沟的防排水工程研究为将来其他箐沟的使用提供了可借鉴的经验；南方露天煤矿降雨量丰富，地下水水量大，防洪沟改暗涵工程的实施针对于南方露天煤矿排土场具有广泛的实用性，从征地角度出发，也具有较大的可操作性和经济效益，同时，对南方露天煤矿排土场的防排水工程具有很大的现实意义和指导作用。

参考文献：
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