黑岱沟露天煤矿防洪设计及防洪设施

杨建国

(神华准格尔能源有限公司, 内蒙古鄂尔多斯市 010300)

黑岱沟露天煤矿防洪设计及防洪设施

杨建国

(神华准格尔能源有限公司, 内蒙古鄂尔多斯市 010300)

以黑岱沟露天煤矿为例,阐述了“上疏、中拦、下排”的露天矿防洪设计思路,并提出防洪设施布置方案,对土挡墙、土工布、集水坑等露天矿常用的防洪设施及功用进行了说明。生产实践表明,在年总降雨量 502.8 mm情况下,保证了采剥生产顺利进行。

露天矿;防洪设计;防洪设施;土挡墙;集水坑

近年来,随着国内经济的快速发展,各行业对煤炭等矿产资源的需求急剧增加,也引发了露天采矿进入了一个崭新的时期。但是,露天矿受气候影响较大,尤其是较大的降水量将有可能造成采掘场地水毁、设备被淹等重大事故,甚至造成停产。本文以神华准格尔煤田黑岱沟露天煤矿为例,探讨露天矿山的防洪设计与防洪措施。

1 矿区气候条件概况

黑岱沟露天煤矿位于鄂尔多斯高原的东北部,属大陆性半干旱气候,春秋两季气温变化剧烈,昼夜温差大。年降水量 231～635 mm,多年平均 408 mm。降水多集中于 7、8、9月份,约占全年降水量的60%～70%。月平均最大降水量 247.5 mm(1967年 8月),最大小时降水量为 44 mm,最大一次降水量 88.1 mm(1973年 8月)。年总蒸发量 1824.7～2896.1 mm。

2 露天矿防洪设计方案

(1)上疏。“上疏”是指将露天矿场上部境界以外的地面水依靠重力疏导到地面天然水系中去,通常是以端帮道路为界并通过端帮道路边沟排出矿外,这就要求端帮道路要设计成一个略倾向外的纵坡,以保证拦截这部分水流不至于流入矿坑内;排土场的设计排水方向也要设计成与矿坑相反的方向,排土场入口的标高要高于场内标高,由于排土台阶土质松散且高度较高,所以在制作排土场边缘土挡墙时要充分考虑到土体的沉降和垮塌,建议在距排土线边缘 5～10 m就开始起坡,尽量加高、加大土挡墙,以保证排土场具有一定的库容,从而避免溃坝的发生。

(2)中拦。“中拦”是指在露天矿场下部境界线以上各采剥台阶及内排台阶等依靠自然排水不能排除地表水的区域利用土挡墙将地表水拦截在各自的台阶内,以自然蒸发和入渗方式排水,阻止地表水下泻到下一层台阶。采剥台阶同时也要储存一部分来自端帮道路和坡面的降水,各台阶至下层台阶的道路出口标高要高于场内标高,台阶表面起伏不平时,要特别注意做好低洼处的围挡工作。

(3)下排。“下排”是指将矿坑最底部的积水用抽水机通过管道运输或大型洒水车排出矿外。在汛期,矿坑底部必须设置集水坑,集水坑设在与工作帮相对的内排场地一侧,并保证有一定的蓄水容积且不影响生产;按照暴雨在坑底储排平衡的方法计算排水量,选取合适的水泵,必要时预先安装好排水管道,并保证管道、水车等所有排水疏干设备和用具处于完好状态。

3 防洪设施及构筑物

露天开采的特点使得不可能建造永久性的构筑物来防范洪水,除排土场和两侧端帮的设施稍微长久以外,其余部位的设施都会在很短的时间内结束它的使命,所以防治设施必须以经济实用为原则。黑岱沟露天煤矿防洪布置如图1所示。

(1)土挡墙。该设施使用最广泛也最简易,通常都与安全土挡墙合二为一,主要用在各采剥、排土台阶,阻止地面径流流向下层台阶。在已经完成、面积较大的排土或回填台阶要用土挡墙分隔成若干区域分段蓄渗,防止水流过于集中。土挡墙的断面尺寸为高 1.5 m、顶宽 1 m、底宽 5.5 m(自然边坡),尽量选用粘土填筑,填筑时用机械拍实。

(2)挡水墙。在轮斗皮带走廊或其他安装有设备、设施的无法设置大型土挡墙的位置,挡水墙用以拦截皮带走廊或台阶道路的积水,并汇集雨水至排水沟、急流槽,将雨水排至下一台阶。考虑使用年限,可使用浆砌片石或装土的草袋、编织袋等砌筑。

图1 防洪设施布置

(3)土工布。土工布是公路工程及水利工程常用的一种材料,其中的夹膜土工布具有良好的防水及力学性能,主要是保护一些易受水流冲击的部位(如端帮道路临空的一侧)。铺设时原地面做成由外向内 10%的横坡,最外侧 (临空的一侧)做 0.5 m高的小土挡墙 (拍实),铺设 4～5 m宽的夹膜土工布,上面覆盖 10 cm厚的土以防止风力损坏和延缓老化。土工布也可在雨季做成临时用的急流槽,用以防止边坡冲刷。

(4)截水沟。主要用于拦截采剥境界外流向坑内的地表水。截水沟应结合地形和地质条件沿等高线布置,将拦截的水顺畅地排向自然沟谷或水道。一般采用梯形断面,长度以 200～500 m为宜。

(5)排水沟。连接截水沟或急流槽的排水构筑物,主要分为梯形断面和矩形断面 2种,矩形断面适用于坡度较大的地段;在陡坡或深沟地段的排水沟,为避免冲刷可设置跌水构筑物。

(6)急流槽。在端帮公路有较长的低洼路段时,水流容易聚集对端帮造成威胁,需要用急流槽将水排到下一层台阶排出,适用于土质边坡。急流槽一般采用 100号浆砌片石砌筑,矩形断面,开口宽80～120 cm、深 80 cm、墙厚 50 cm,中间设防滑台阶,出水口设一字挡水墙。汛期临时防洪也可用土工布和草袋制作。

(7)集水坑。集水坑一般设在坑口和坑底,用以收集地面无法排出、蓄渗的降水量,坑口的集水坑(也称为蒸发池,适用于气候干旱的地区)设在排水困难的地段,主要通过蒸发和渗透来消散地表水。集水坑的容积要根据汇水面积来计算确定,蓄水深度不应大于 1.5～2.0 m。坑底的集水坑在不影响生产和方便的前提下放置潜水泵,坑底坡度宜缓,容积也不宜太小。

(8)排水潜水泵与洒水车。首先要根据洪水的设计频率计算最终的积水区容积,再根据排水扬程、排水时间效能确定水泵的型号,并配置相应的管道、水泵支架备用。通常情况下则采用较小功率和扬程的潜水泵配合大容积的水车将水排出。

4 结 论

黑岱沟露天矿的防洪系统从 2004年扩能改造即开始实施,2007年防洪设施基本完成,排干管道安装及潜水电泵的采购等于 2008年全部完成。2007～2010年,该地区年总降雨量最大为 502.8 mm(2008年),且经过了 2010年 7月 10日最大降雨量 68.7 mm的考验,所有设施都能正常发挥作用且完好无损,达到了预期的目的,保证了采剥生产的顺利进行。

[1] 中国矿业学院.露天采矿手册 (第六册)[M].北京:煤炭工业出版社,1987.

[2] 骆中洲.露天采矿学 (上册)[M].江苏:中国矿业学院出版社,1986.

[3] 陈家琦,张恭肃.小流域暴雨洪水计算[M].北京:水利电力出版社,1985.

[4] 郭生练.设计洪水研究进展与评价[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[5] SL 44-2006.水利水电工程设计洪水计算规范[S].

[6] JTJ 018-97.公路排水设计规范[S].

[7] JTGD30-2004.公路路基设计规范[S].

2011-05-13)

杨建国 (1967-),男,内蒙古鄂尔多斯市人,高级工程师,从事工程管理工作,Email:yangjianguo97137@sohu.com。