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(tuán)購(gòu)買并重組，更名為“勝利露天礦”，進(jìn)行了擴(kuò)建。由于勝利一號(hào)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(diǎn)之一。近年來(lái),隨著我礦開(kāi)采規(guī)模和采場(chǎng)面積的不斷擴(kuò)大,排土逐漸由外排轉(zhuǎn)為內(nèi)排,從2012年開(kāi)始,我礦自營(yíng)剝離全部轉(zhuǎn)為內(nèi)排,所以內(nèi)排土場(chǎng)和邊坡的穩(wěn)定性對(duì)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(zhǎng)45km,平均寬7.6km,面積約342km2。勝利煤田一號(hào)露天區(qū)位居煤田西南段偏北部,南北長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè),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(hào)煤層裂隙承壓含水層,6號(hào)煤層裂隙承壓含水巖組。4個(gè)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(xì)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(hào)煤層裂隙承壓含水層頂、底隔水層,6號(hào)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(lái)自第四系孔隙潛水含水層,且水量較穩(wěn)定。從我礦對(duì)觀測(cè)井水位數(shù)據(jù)的分析可以看出,東幫涌水的主要來(lái)水方向?yàn)闁|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(diǎn)主要有3處,分布形式在平面上成線狀分布,在每個(gè)出水的面上成蜂窩狀分布。具體分布情況見(jiàn)圖1。3地下水滲流對(duì)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(jìn)度為360m,高度為160m。目前內(nèi)排排棄總量為3300萬(wàn)m3,排棄高度為960水平,與采煤臺(tái)階的安全距離為50m,邊坡角為26°。影響內(nèi)排土場(chǎng)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(jìn)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(dòng)、靜水壓力。隨著內(nèi)排量不斷增加、含水量增加和長(zhǎng)時(shí)間浸泡,將會(huì)造成排棄物和基底泥巖物理力學(xué)指標(biāo)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(chǎng)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(dāng)排水不暢時(shí),排土場(chǎng)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(huì)使排土場(chǎng)產(chǎn)生沉降和橫向位移,最終發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)。3)排棄物荷載作用。內(nèi)排土場(chǎng)排棄高度越高、內(nèi)排土場(chǎng)邊坡角越陡,對(duì)基底壓力越大,越容易發(fā)生滑坡。4)排棄物強(qiáng)度。內(nèi)排土場(chǎng)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(xué)強(qiáng)度較低,而且粉砂巖、粘性土親水,遇水強(qiáng)度明顯減弱,進(jìn)一步降低了排土場(chǎng)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(chǎng)關(guān)系的特殊性,需將兩個(gè)問(wèn)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(jìn)行綜合治理。目前,已經(jīng)采取了以下辦法來(lái)預(yù)防內(nèi)排土場(chǎng)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(lái)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(wú)法正常使用。目前正常運(yùn)行的疏干井有112口。同時(shí),為了更好的監(jiān)測(cè)疏干井的運(yùn)行情況,加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)督,還設(shè)置了12口觀測(cè)井(見(jiàn)圖2)。2011年,疏干井全年排水379萬(wàn)t,采場(chǎng)全年排水279萬(wàn)t,兩項(xiàng)總計(jì)全年排水658萬(wàn)t。為了進(jìn)一步減少地下水涌入采場(chǎng),降低東幫地下水水位,確保東幫邊坡和內(nèi)排土場(chǎng)的穩(wěn)定,預(yù)計(jì)在2012年再增補(bǔ)31口疏干井(見(jiàn)圖4),主要分布在東幫現(xiàn)有疏干井外側(cè),井間距設(shè)計(jì)為50m。根據(jù)我礦多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn),新增疏干井將減少30%的涌水。2)加強(qiáng)內(nèi)排土場(chǎng)基底強(qiáng)度。在6煤底板挖設(shè)多條疏水盲溝(見(jiàn)圖5、圖6),利用我礦西部強(qiáng)度和透水性較好的礫巖充填盲溝和鋪墊內(nèi)排土場(chǎng)基底,并在內(nèi)排底部形成一個(gè)5～10m的小臺(tái)階,再經(jīng)壓路機(jī)將石料壓實(shí)。利用盲溝和礫巖臺(tái)階在內(nèi)排底部形成的導(dǎo)水通道,使?jié)B流至內(nèi)排土場(chǎng)內(nèi)的殘余水經(jīng)導(dǎo)水通道流出內(nèi)排,并且石料還會(huì)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(chǎng)內(nèi)的水倉(cāng),再進(jìn)行處理。3)在內(nèi)排土場(chǎng)與東幫出水點(diǎn)之間留溝,修筑防隔水壩。利用采場(chǎng)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(yīng)小于30cm,每2m一層,進(jìn)行分層碾壓、壓實(shí),防隔水壩的寬度應(yīng)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(dāng)防隔水壩高度達(dá)到15m時(shí),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(biāo)高,參見(jiàn)圖7。防隔水壩的施工應(yīng)與東幫出水點(diǎn)疏排水配合進(jìn)行,以保證隔水壩施工時(shí)沒(méi)有殘余水進(jìn)入內(nèi)排土場(chǎng)。同時(shí),內(nèi)排土場(chǎng)應(yīng)在預(yù)留溝的前部發(fā)展,形成邊坡反壓的效果。4)對(duì)東幫出水點(diǎn)進(jìn)行治理。將東幫3片出水點(diǎn)劃分為3個(gè)區(qū)域,前期采用第三條的辦法修筑水壩,采用集水倉(cāng)+管道的方式,將涌水統(tǒng)一疏排到地面進(jìn)行排放。當(dāng)水壩達(dá)到15m高度時(shí),再采用第三條的辦法繼續(xù)施工。5)內(nèi)排土場(chǎng)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(diǎn)與內(nèi)排最底部排土臺(tái)階的安全距離為500m。當(dāng)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(shí)內(nèi)排的安全距離達(dá)到要求時(shí),可將東幫留溝回填。6)未來(lái)疏干井用途。當(dāng)我礦內(nèi)排土場(chǎng)形成較大規(guī)模,同時(shí)防隔水壩修筑完成,內(nèi)排臺(tái)階與東幫出水點(diǎn)留有足夠的安全距離時(shí),可停止東幫疏干井抽水。當(dāng)灑水降塵和綠化需要用水時(shí),可使用疏干井中的水。疏干井停止抽水后一段時(shí)間,依靠大氣降水和其他途徑的補(bǔ)給,可使東幫地下水水位恢復(fù),達(dá)到恢復(fù)生態(tài)的目