楊建國

(神華準(zhǔn)格爾能源有限公司, 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市 010300)

黑岱溝露天煤礦防洪設(shè)計及防洪設(shè)施

楊建國

(神華準(zhǔn)格爾能源有限公司, 內(nèi)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(shè)計思路,并提出防洪設(shè)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(shè)施及功用進(jìn)行了說明。生產(chǎn)實踐表明,在年總降雨量 502.8 mm情況下,保證了采剝生產(chǎn)順利進(jìn)行。

露天礦;防洪設(shè)計;防洪設(shè)施;土擋墻;集水坑

近年來,隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各行業(yè)對煤炭等礦產(chǎn)資源的需求急劇增加,也引發(fā)了露天采礦進(jìn)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(shè)備被淹等重大事故,甚至造成停產(chǎn)。本文以神華準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝露天煤礦為例,探討露天礦山的防洪設(shè)計與防洪措施。

1 礦區(qū)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(fā)量 1824.7～2896.1 mm。

2 露天礦防洪設(shè)計方案

(1)上疏?！吧鲜琛笔侵笇⒙短斓V場上部境界以外的地面水依靠重力疏導(dǎo)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(shè)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(nèi);排土場的設(shè)計排水方向也要設(shè)計成與礦坑相反的方向,排土場入口的標(biāo)高要高于場內(nèi)標(biāo)高,由于排土臺階土質(zhì)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(fā)生。

(2)中攔?！爸袛r”是指在露天礦場下部境界線以上各采剝臺階及內(nèi)排臺階等依靠自然排水不能排除地表水的區(qū)域利用土擋墻將地表水?dāng)r截在各自的臺階內(nèi),以自然蒸發(fā)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(biāo)高要高于場內(nèi)標(biāo)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?！跋屡拧笔侵笇⒌V坑最底部的積水用抽水機(jī)通過管道運(yùn)輸或大型灑水車排出礦外。在汛期,礦坑底部必須設(shè)置集水坑,集水坑設(shè)在與工作幫相對的內(nèi)排場地一側(cè),并保證有一定的蓄水容積且不影響生產(chǎn);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(yù)先安裝好排水管道,并保證管道、水車等所有排水疏干設(shè)備和用具處于完好狀態(tài)。

3 防洪設(shè)施及構(gòu)筑物

露天開采的特點使得不可能建造永久性的構(gòu)筑物來防范洪水,除排土場和兩側(cè)端幫的設(shè)施稍微長久以外,其余部位的設(shè)施都會在很短的時間內(nèi)結(jié)束它的使命,所以防治設(shè)施必須以經(jīng)濟(jì)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(shè)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(jīng)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(qū)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(jī)械拍實。

(2)擋水墻。在輪斗皮帶走廊或其他安裝有設(shè)備、設(shè)施的無法設(shè)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(shè)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(xué)性能,主要是保護(hù)一些易受水流沖擊的部位(如端幫道路臨空的一側(cè))。鋪設(shè)時原地面做成由外向內(nèi) 10%的橫坡,最外側(cè) (臨空的一側(cè))做 0.5 m高的小土擋墻 (拍實),鋪設(shè) 4～5 m寬的夾膜土工布,上面覆蓋 10 cm厚的土以防止風(fēng)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(nèi)的地表水。截水溝應(yīng)結(jié)合地形和地質(zhì)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(gòu)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(shè)置跌水構(gòu)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(zhì)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(shè)防滑臺階,出水口設(shè)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(shè)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(fā)池,適用于氣候干旱的地區(qū))設(shè)在排水困難的地段,主要通過蒸發(fā)和滲透來消散地表水。集水坑的容積要根據(jù)匯水面積來計算確定,蓄水深度不應(yīng)大于 1.5～2.0 m。坑底的集水坑在不影響生產(chǎn)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(jù)洪水的設(shè)計頻率計算最終的積水區(qū)容積,再根據(jù)排水揚(yáng)程、排水時間效能確定水泵的型號,并配置相應(yīng)的管道、水泵支架備用。通常情況下則采用較小功率和揚(yáng)程的潛水泵配合大容積的水車將水排出。

4 結(jié) 論

黑岱溝露天礦的防洪系統(tǒng)從 2004年擴(kuò)能改造即開始實施,2007年防洪設(shè)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(qū)年總降雨量最大為 502.8 mm(2008年),且經(jīng)過了 2010年 7月 10日最大降雨量 68.7 mm的考驗,所有設(shè)施都能正常發(fā)揮作用且完好無損,達(dá)到了預(yù)期的目的,保證了采剝生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

[1] 中國礦業(yè)學(xué)院.露天采礦手冊 (第六冊)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1987.

[2] 駱中洲.露天采礦學(xué) (上冊)[M].江蘇:中國礦業(yè)學(xué)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(shè)計洪水研究進(jìn)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(shè)計洪水計算規(guī)范[S].

[6] JTJ 018-97.公路排水設(shè)計規(guī)范[S].

[7] JTGD30-2004.公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

2011-05-13)

楊建國 (1967-),男,內(nèi)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。