黑岱溝露天煤礦防洪設計及防洪設施

楊建國

(神華準格爾能源有限公司, 內蒙古鄂爾多斯市 010300)

黑岱溝露天煤礦防洪設計及防洪設施

楊建國

(神華準格爾能源有限公司, 內蒙古鄂爾多斯市 010300)

以黑岱溝露天煤礦為例,闡述了“上疏、中攔、下排”的露天礦防洪設計思路,并提出防洪設施布置方案,對土擋墻、土工布、集水坑等露天礦常用的防洪設施及功用進行了說明。生產實踐表明,在年總降雨量 502.8 mm情況下,保證了采剝生產順利進行。

露天礦;防洪設計;防洪設施;土擋墻;集水坑

近年來,隨著國內經濟的快速發展,各行業對煤炭等礦產資源的需求急劇增加,也引發了露天采礦進入了一個嶄新的時期。但是,露天礦受氣候影響較大,尤其是較大的降水量將有可能造成采掘場地水毀、設備被淹等重大事故,甚至造成停產。本文以神華準格爾煤田黑岱溝露天煤礦為例,探討露天礦山的防洪設計與防洪措施。

1 礦區氣候條件概況

黑岱溝露天煤礦位于鄂爾多斯高原的東北部,屬大陸性半干旱氣候,春秋兩季氣溫變化劇烈,晝夜溫差大。年降水量 231～635 mm,多年平均 408 mm。降水多集中于 7、8、9月份,約占全年降水量的60%～70%。月平均最大降水量 247.5 mm(1967年 8月),最大小時降水量為 44 mm,最大一次降水量 88.1 mm(1973年 8月)。年總蒸發量 1824.7～2896.1 mm。

2 露天礦防洪設計方案

(1)上疏。“上疏”是指將露天礦場上部境界以外的地面水依靠重力疏導到地面天然水系中去,通常是以端幫道路為界并通過端幫道路邊溝排出礦外,這就要求端幫道路要設計成一個略傾向外的縱坡,以保證攔截這部分水流不至于流入礦坑內;排土場的設計排水方向也要設計成與礦坑相反的方向,排土場入口的標高要高于場內標高,由于排土臺階土質松散且高度較高,所以在制作排土場邊緣土擋墻時要充分考慮到土體的沉降和垮塌,建議在距排土線邊緣 5～10 m就開始起坡,盡量加高、加大土擋墻,以保證排土場具有一定的庫容,從而避免潰壩的發生。

(2)中攔。“中攔”是指在露天礦場下部境界線以上各采剝臺階及內排臺階等依靠自然排水不能排除地表水的區域利用土擋墻將地表水攔截在各自的臺階內,以自然蒸發和入滲方式排水,阻止地表水下瀉到下一層臺階。采剝臺階同時也要儲存一部分來自端幫道路和坡面的降水,各臺階至下層臺階的道路出口標高要高于場內標高,臺階表面起伏不平時,要特別注意做好低洼處的圍擋工作。

(3)下排。“下排”是指將礦坑最底部的積水用抽水機通過管道運輸或大型灑水車排出礦外。在汛期,礦坑底部必須設置集水坑,集水坑設在與工作幫相對的內排場地一側,并保證有一定的蓄水容積且不影響生產;按照暴雨在坑底儲排平衡的方法計算排水量,選取合適的水泵,必要時預先安裝好排水管道,并保證管道、水車等所有排水疏干設備和用具處于完好狀態。

3 防洪設施及構筑物

露天開采的特點使得不可能建造永久性的構筑物來防范洪水,除排土場和兩側端幫的設施稍微長久以外,其余部位的設施都會在很短的時間內結束它的使命,所以防治設施必須以經濟實用為原則。黑岱溝露天煤礦防洪布置如圖1所示。

(1)土擋墻。該設施使用最廣泛也最簡易,通常都與安全土擋墻合二為一,主要用在各采剝、排土臺階,阻止地面徑流流向下層臺階。在已經完成、面積較大的排土或回填臺階要用土擋墻分隔成若干區域分段蓄滲,防止水流過于集中。土擋墻的斷面尺寸為高 1.5 m、頂寬 1 m、底寬 5.5 m(自然邊坡),盡量選用粘土填筑,填筑時用機械拍實。

(2)擋水墻。在輪斗皮帶走廊或其他安裝有設備、設施的無法設置大型土擋墻的位置,擋水墻用以攔截皮帶走廊或臺階道路的積水,并匯集雨水至排水溝、急流槽,將雨水排至下一臺階。考慮使用年限,可使用漿砌片石或裝土的草袋、編織袋等砌筑。

圖1 防洪設施布置

(3)土工布。土工布是公路工程及水利工程常用的一種材料,其中的夾膜土工布具有良好的防水及力學性能,主要是保護一些易受水流沖擊的部位(如端幫道路臨空的一側)。鋪設時原地面做成由外向內 10%的橫坡,最外側 (臨空的一側)做 0.5 m高的小土擋墻 (拍實),鋪設 4～5 m寬的夾膜土工布,上面覆蓋 10 cm厚的土以防止風力損壞和延緩老化。土工布也可在雨季做成臨時用的急流槽,用以防止邊坡沖刷。

(4)截水溝。主要用于攔截采剝境界外流向坑內的地表水。截水溝應結合地形和地質條件沿等高線布置,將攔截的水順暢地排向自然溝谷或水道。一般采用梯形斷面,長度以 200～500 m為宜。

(5)排水溝。連接截水溝或急流槽的排水構筑物,主要分為梯形斷面和矩形斷面 2種,矩形斷面適用于坡度較大的地段;在陡坡或深溝地段的排水溝,為避免沖刷可設置跌水構筑物。

(6)急流槽。在端幫公路有較長的低洼路段時,水流容易聚集對端幫造成威脅,需要用急流槽將水排到下一層臺階排出,適用于土質邊坡。急流槽一般采用 100號漿砌片石砌筑,矩形斷面,開口寬80～120 cm、深 80 cm、墻厚 50 cm,中間設防滑臺階,出水口設一字擋水墻。汛期臨時防洪也可用土工布和草袋制作。

(7)集水坑。集水坑一般設在坑口和坑底,用以收集地面無法排出、蓄滲的降水量,坑口的集水坑(也稱為蒸發池,適用于氣候干旱的地區)設在排水困難的地段,主要通過蒸發和滲透來消散地表水。集水坑的容積要根據匯水面積來計算確定,蓄水深度不應大于 1.5～2.0 m。坑底的集水坑在不影響生產和方便的前提下放置潛水泵,坑底坡度宜緩,容積也不宜太小。

(8)排水潛水泵與灑水車。首先要根據洪水的設計頻率計算最終的積水區容積,再根據排水揚程、排水時間效能確定水泵的型號,并配置相應的管道、水泵支架備用。通常情況下則采用較小功率和揚程的潛水泵配合大容積的水車將水排出。

4 結 論

黑岱溝露天礦的防洪系統從 2004年擴能改造即開始實施,2007年防洪設施基本完成,排干管道安裝及潛水電泵的采購等于 2008年全部完成。2007～2010年,該地區年總降雨量最大為 502.8 mm(2008年),且經過了 2010年 7月 10日最大降雨量 68.7 mm的考驗,所有設施都能正常發揮作用且完好無損,達到了預期的目的,保證了采剝生產的順利進行。

[1] 中國礦業學院.露天采礦手冊 (第六冊)[M].北京:煤炭工業出版社,1987.

[2] 駱中洲.露天采礦學 (上冊)[M].江蘇:中國礦業學院出版社,1986.

[3] 陳家琦,張恭肅.小流域暴雨洪水計算[M].北京:水利電力出版社,1985.

[4] 郭生練.設計洪水研究進展與評價[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[5] SL 44-2006.水利水電工程設計洪水計算規范[S].

[6] JTJ 018-97.公路排水設計規范[S].

[7] JTGD30-2004.公路路基設計規范[S].

2011-05-13)

楊建國 (1967-),男,內蒙古鄂爾多斯市人,高級工程師,從事工程管理工作,Email:yangjianguo97137@sohu.com。