煤礦安全工程中內(nèi)排邊坡的治理

煤礦安全工程中內(nèi)排邊坡的治理

1露天煤礦防治水和邊坡工作勝利露天礦始建于1972年，由神華集團購買并重組，更名為“勝利露天礦”，進行了擴建。由于勝利一號露天煤礦位置的特殊性(位于古河床附近),防治水和邊坡防治工作一直是露天礦工作的重點之一。近年來,隨著我礦開采規(guī)模和采場面積的不斷擴大,排土逐漸由外排轉(zhuǎn)為內(nèi)排,從2012年開始,我礦自營剝離全部轉(zhuǎn)為內(nèi)排,所以內(nèi)排土場和邊坡的穩(wěn)定性對我礦的安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。2礦區(qū)水文地質(zhì)條件1)概況:勝利煤田位于內(nèi)蒙古錫林浩特市西北部勝利蘇木境內(nèi),煤田呈北東向延展,長45km,平均寬7.6km,面積約342km2。勝利煤田一號露天區(qū)位居煤田西南段偏北部,南北長6km,東西寬3km,面積18km2。2)水文:錫林河為勝利煤田內(nèi)最大一條河流,全長175km。該河位于露天區(qū)東部邊界以東30～300m。該河年平均流量0.61m3/s,年平均逕流量0.1922億m3。3)礦區(qū)水文地質(zhì)條件:勝利露天礦穩(wěn)定的含水層主要有4個,分別是第四系孔隙潛水含水層,煤系頂?shù)[巖段裂隙、孔隙承壓含水巖組,5號煤層裂隙承壓含水層,6號煤層裂隙承壓含水巖組。4個含水層之間基本發(fā)育有較穩(wěn)定的隔水層,巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖,粉、細砂巖為主,分別是第四系隙孔潛水含水層底部隔水層,礫巖段裂隙、孔隙承壓含水巖組頂、底隔水層,5號煤層裂隙承壓含水層頂、底隔水層,6號煤層裂隙承壓含水巖組頂、底隔水層。4)礦區(qū)涌水分析。我礦東幫涌水水源主要來自第四系孔隙潛水含水層,且水量較穩(wěn)定。從我礦對觀測井水位數(shù)據(jù)的分析可以看出,東幫涌水的主要來水方向為東南方向,主要涌水水源為錫林河古河道內(nèi)的殘余水。東幫出水點主要有3處,分布形式在平面上成線狀分布,在每個出水的面上成蜂窩狀分布。具體分布情況見圖1。3地下水滲流對抗滑勝利露天煤礦主要可采煤層為5煤和6煤,煤層傾角小于5°。從2012年,我礦的排土全部轉(zhuǎn)為內(nèi)排,排棄物料為粘性土、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、礫巖和砂礫巖。2012年內(nèi)排推進度為360m,高度為160m。目前內(nèi)排排棄總量為3300萬m3,排棄高度為960水平,與采煤臺階的安全距離為50m,邊坡角為26°。影響內(nèi)排土場穩(wěn)定的主要因素。1)地下水。我礦目前主要涌水水源為東幫第四系松散層內(nèi)潛水,因內(nèi)排依托于東幫建立,所以東幫涌水直接流入內(nèi)排,經(jīng)滲漏進入內(nèi)排底部。由于內(nèi)排的排棄物主要為粘性土、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、礫巖和砂礫巖,遇水后發(fā)生軟化、泥化,部分物料透水性差,造成內(nèi)排部分地段含水,產(chǎn)生動、靜水壓力。隨著內(nèi)排量不斷增加、含水量增加和長時間浸泡,將會造成排棄物和基底泥巖物理力學指標降低,增加了下滑力,降低了抗滑力,從而使邊坡穩(wěn)定狀態(tài)惡化。2)內(nèi)排土場基底。內(nèi)排底部沿6煤底板排棄,6煤底板主要以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主,隔水性良好。當排水不暢時,排土場含水量增加,水位上升,使基底產(chǎn)生弱化。加之,上部排棄物的荷載作用,會使排土場產(chǎn)生沉降和橫向位移,最終發(fā)生滑坡的危險。3)排棄物荷載作用。內(nèi)排土場排棄高度越高、內(nèi)排土場邊坡角越陡,對基底壓力越大,越容易發(fā)生滑坡。4)排棄物強度。內(nèi)排土場排棄物主要為粘性土、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、礫巖和砂礫巖,粘性土、泥巖和砂質(zhì)泥巖均為軟巖,原始巖石力學強度較低,而且粉砂巖、粘性土親水,遇水強度明顯減弱,進一步降低了排土場的穩(wěn)定性。4地下水滲流治理由于我礦東幫涌水和內(nèi)排土場關(guān)系的特殊性,需將兩個問題綜合考慮,采取統(tǒng)籌分析、統(tǒng)一規(guī)劃、化零為整的辦法進行綜合治理。目前,已經(jīng)采取了以下辦法來預防內(nèi)排土場發(fā)生滑坡。1)在東幫地表處設(shè)置疏干井。由于我礦涌水主要來自東幫,所以疏干井設(shè)置主要在東幫地表處,成線狀分布,井間距為30m。自2004年至今,先后在東幫設(shè)置了196口疏干井,但由于東幫部分地段發(fā)生滑坡,造成部分疏干井無法正常使用。目前正常運行的疏干井有112口。同時,為了更好的監(jiān)測疏干井的運行情況,加強對地下水位的監(jiān)督,還設(shè)置了12口觀測井(見圖2)。2011年,疏干井全年排水379萬t,采場全年排水279萬t,兩項總計全年排水658萬t。為了進一步減少地下水涌入采場,降低東幫地下水水位,確保東幫邊坡和內(nèi)排土場的穩(wěn)定,預計在2012年再增補31口疏干井(見圖4),主要分布在東幫現(xiàn)有疏干井外側(cè),井間距設(shè)計為50m。根據(jù)我礦多年實際經(jīng)驗,新增疏干井將減少30%的涌水。2)加強內(nèi)排土場基底強度。在6煤底板挖設(shè)多條疏水盲溝(見圖5、圖6),利用我礦西部強度和透水性較好的礫巖充填盲溝和鋪墊內(nèi)排土場基底,并在內(nèi)排底部形成一個5～10m的小臺階,再經(jīng)壓路機將石料壓實。利用盲溝和礫巖臺階在內(nèi)排底部形成的導水通道,使?jié)B流至內(nèi)排土場內(nèi)的殘余水經(jīng)導水通道流出內(nèi)排,并且石料還會提高基底泥巖的內(nèi)摩擦角,增加抗滑力,有利于邊坡穩(wěn)定。我礦還在殘余水流出的低洼處挖設(shè)集水坑,利用污水泵將集中的水統(tǒng)一抽排到采場內(nèi)的水倉,再進行處理。3)在內(nèi)排土場與東幫出水點之間留溝,修筑防隔水壩。利用采場內(nèi)5煤與5下煤之間隔水性較好的剝離物作為修筑隔水壩的主要物料,物料的粒度應小于30cm,每2m一層,進行分層碾壓、壓實,防隔水壩的寬度應不小于20m。并利用土工膜等隔水性較好的材料覆蓋在溝內(nèi),當防隔水壩高度達到15m時,可用粘土將水壩與邊幫填堵,然后在上層采用相同方法繼續(xù)修筑水壩,直至地表標高,參見圖7。防隔水壩的施工應與東幫出水點疏排水配合進行,以保證隔水壩施工時沒有殘余水進入內(nèi)排土場。同時,內(nèi)排土場應在預留溝的前部發(fā)展,形成邊坡反壓的效果。4)對東幫出水點進行治理。將東幫3片出水點劃分為3個區(qū)域,前期采用第三條的辦法修筑水壩,采用集水倉+管道的方式,將涌水統(tǒng)一疏排到地面進行排放。當水壩達到15m高度時,再采用第三條的辦法繼續(xù)施工。5)內(nèi)排土場安全距離。根據(jù)以往地質(zhì)資料綜合確定我礦內(nèi)排物料滲透系數(shù)為0.877m/d。根據(jù)內(nèi)排物料的滲透系數(shù),結(jié)合我礦內(nèi)排向西發(fā)展的速度,綜合確定東幫出水點與內(nèi)排最底部排土臺階的安全距離為500m。當內(nèi)排整體發(fā)展為一定的規(guī)模,上部防隔水壩形成,同時內(nèi)排的安全距離達到要求時,可將東幫留溝回填。6)未來疏干井用途。當我礦內(nèi)排土場形成較大規(guī)模,同時防隔水壩修筑完成,內(nèi)排臺階與東幫出水點留有足夠的安全距離時,可停止東幫疏干井抽水。當灑水降塵和綠化需要用水時,可使用疏干井中的水。疏干井停止抽水后一段時間,依靠大氣降水和其他途徑的補給,可使東幫地下水水位恢復,達到恢復生態(tài)的目