煤矿安全工程中内排边坡的治理

煤矿安全工程中内排边坡的治理

1露天煤矿防治水和边坡工作胜利露天矿始建于1972年，由神华集团购买并重组，更名为“胜利露天矿”，进行了扩建。由于胜利一号露天煤矿位置的特殊性(位于古河床附近),防治水和边坡防治工作一直是露天矿工作的重点之一。近年来,随着我矿开采规模和采场面积的不断扩大,排土逐渐由外排转为内排,从2012年开始,我矿自营剥离全部转为内排,所以内排土场和边坡的稳定性对我矿的安全生产有着至关重要的意义。2矿区水文地质条件1)概况:胜利煤田位于内蒙古锡林浩特市西北部胜利苏木境内,煤田呈北东向延展,长45km,平均宽7.6km,面积约342km2。胜利煤田一号露天区位居煤田西南段偏北部,南北长6km,东西宽3km,面积18km2。2)水文:锡林河为胜利煤田内最大一条河流,全长175km。该河位于露天区东部边界以东30～300m。该河年平均流量0.61m3/s,年平均迳流量0.1922亿m3。3)矿区水文地质条件:胜利露天矿稳定的含水层主要有4个,分别是第四系孔隙潜水含水层,煤系顶砾岩段裂隙、孔隙承压含水岩组,5号煤层裂隙承压含水层,6号煤层裂隙承压含水岩组。4个含水层之间基本发育有较稳定的隔水层,岩性以泥岩、砂质泥岩,粉、细砂岩为主,分别是第四系隙孔潜水含水层底部隔水层,砾岩段裂隙、孔隙承压含水岩组顶、底隔水层,5号煤层裂隙承压含水层顶、底隔水层,6号煤层裂隙承压含水岩组顶、底隔水层。4)矿区涌水分析。我矿东帮涌水水源主要来自第四系孔隙潜水含水层,且水量较稳定。从我矿对观测井水位数据的分析可以看出,东帮涌水的主要来水方向为东南方向,主要涌水水源为锡林河古河道内的残余水。东帮出水点主要有3处,分布形式在平面上成线状分布,在每个出水的面上成蜂窝状分布。具体分布情况见图1。3地下水渗流对抗滑胜利露天煤矿主要可采煤层为5煤和6煤,煤层倾角小于5°。从2012年,我矿的排土全部转为内排,排弃物料为粘性土、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砾岩和砂砾岩。2012年内排推进度为360m,高度为160m。目前内排排弃总量为3300万m3,排弃高度为960水平,与采煤台阶的安全距离为50m,边坡角为26°。影响内排土场稳定的主要因素。1)地下水。我矿目前主要涌水水源为东帮第四系松散层内潜水,因内排依托于东帮建立,所以东帮涌水直接流入内排,经渗漏进入内排底部。由于内排的排弃物主要为粘性土、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砾岩和砂砾岩,遇水后发生软化、泥化,部分物料透水性差,造成内排部分地段含水,产生动、静水压力。随着内排量不断增加、含水量增加和长时间浸泡,将会造成排弃物和基底泥岩物理力学指标降低,增加了下滑力,降低了抗滑力,从而使边坡稳定状态恶化。2)内排土场基底。内排底部沿6煤底板排弃,6煤底板主要以粉砂岩、砂质泥岩为主,隔水性良好。当排水不畅时,排土场含水量增加,水位上升,使基底产生弱化。加之,上部排弃物的荷载作用,会使排土场产生沉降和横向位移,最终发生滑坡的危险。3)排弃物荷载作用。内排土场排弃高度越高、内排土场边坡角越陡,对基底压力越大,越容易发生滑坡。4)排弃物强度。内排土场排弃物主要为粘性土、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砾岩和砂砾岩,粘性土、泥岩和砂质泥岩均为软岩,原始岩石力学强度较低,而且粉砂岩、粘性土亲水,遇水强度明显减弱,进一步降低了排土场的稳定性。4地下水渗流治理由于我矿东帮涌水和内排土场关系的特殊性,需将两个问题综合考虑,采取统筹分析、统一规划、化零为整的办法进行综合治理。目前,已经采取了以下办法来预防内排土场发生滑坡。1)在东帮地表处设置疏干井。由于我矿涌水主要来自东帮,所以疏干井设置主要在东帮地表处,成线状分布,井间距为30m。自2004年至今,先后在东帮设置了196口疏干井,但由于东帮部分地段发生滑坡,造成部分疏干井无法正常使用。目前正常运行的疏干井有112口。同时,为了更好的监测疏干井的运行情况,加强对地下水位的监督,还设置了12口观测井(见图2)。2011年,疏干井全年排水379万t,采场全年排水279万t,两项总计全年排水658万t。为了进一步减少地下水涌入采场,降低东帮地下水水位,确保东帮边坡和内排土场的稳定,预计在2012年再增补31口疏干井(见图4),主要分布在东帮现有疏干井外侧,井间距设计为50m。根据我矿多年实际经验,新增疏干井将减少30%的涌水。2)加强内排土场基底强度。在6煤底板挖设多条疏水盲沟(见图5、图6),利用我矿西部强度和透水性较好的砾岩充填盲沟和铺垫内排土场基底,并在内排底部形成一个5～10m的小台阶,再经压路机将石料压实。利用盲沟和砾岩台阶在内排底部形成的导水通道,使渗流至内排土场内的残余水经导水通道流出内排,并且石料还会提高基底泥岩的内摩擦角,增加抗滑力,有利于边坡稳定。我矿还在残余水流出的低洼处挖设集水坑,利用污水泵将集中的水统一抽排到采场内的水仓,再进行处理。3)在内排土场与东帮出水点之间留沟,修筑防隔水坝。利用采场内5煤与5下煤之间隔水性较好的剥离物作为修筑隔水坝的主要物料,物料的粒度应小于30cm,每2m一层,进行分层碾压、压实,防隔水坝的宽度应不小于20m。并利用土工膜等隔水性较好的材料覆盖在沟内,当防隔水坝高度达到15m时,可用粘土将水坝与边帮填堵,然后在上层采用相同方法继续修筑水坝,直至地表标高,参见图7。防隔水坝的施工应与东帮出水点疏排水配合进行,以保证隔水坝施工时没有残余水进入内排土场。同时,内排土场应在预留沟的前部发展,形成边坡反压的效果。4)对东帮出水点进行治理。将东帮3片出水点划分为3个区域,前期采用第三条的办法修筑水坝,采用集水仓+管道的方式,将涌水统一疏排到地面进行排放。当水坝达到15m高度时,再采用第三条的办法继续施工。5)内排土场安全距离。根据以往地质资料综合确定我矿内排物料渗透系数为0.877m/d。根据内排物料的渗透系数,结合我矿内排向西发展的速度,综合确定东帮出水点与内排最底部排土台阶的安全距离为500m。当内排整体发展为一定的规模,上部防隔水坝形成,同时内排的安全距离达到要求时,可将东帮留沟回填。6)未来疏干井用途。当我矿内排土场形成较大规模,同时防隔水坝修筑完成,内排台阶与东帮出水点留有足够的安全距离时,可停止东帮疏干井抽水。当洒水降尘和绿化需要用水时,可使用疏干井中的水。疏干井停止抽水后一段时间,依靠大气降水和其他途径的补给,可使东帮地下水水位恢复,达到恢复生态的目