劉佩璽 馬春雷 姜永鵬
工程管理
淺談泗河下采煤沉陷治理段河道的運行管理
劉佩璽馬春雷姜永鵬
泗河是南四湖湖東地區(qū)最大的山洪河道,保護著濟寧市7個縣市區(qū)、37個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、1514個鄉(xiāng)村、211.8萬畝耕地和200.8萬人的防洪安全。河道全長159km,流域面積2357km2,流域內(nèi)有古城煤礦、鮑店煤礦、濟二、濟三等國家和地方特大、大型煤礦10余座,一直是濟寧市經(jīng)濟最具實力和活力的區(qū)域。
泗河下采煤自1993年開始,至今有20余年的時間,泗河下采煤共涉及鄒城、兗州、高新區(qū)、曲阜、任城5個縣(市)區(qū),10多個煤礦,40余個作業(yè)面。截至目前,泗河塌陷堤防治理長度共32.09km,其中右岸17.28km,左岸14.81km,占泗河堤防總長度的23%,同時仍有增加的趨勢,對泗河的影響極大。
河下采空后會導(dǎo)致河道下沉,改變河勢,引起河流沖淤變化以及上下游河岸沖刷破壞,同時引起堤防、灘地及護堤地產(chǎn)生裂縫,破壞堤防的邊坡穩(wěn)定性和防滲能力,使局部堤防嚴重下沉,喪失堤防功能。
1.裂縫危害
開采引起的裂縫主要有兩種:一是位于采煤工作邊界以外的永久性拉伸裂縫,另一種是在采煤工作面上方的可閉合裂縫。特別是由于沉陷的不均勻,在垂直堤防方向產(chǎn)生的拉伸貫通裂縫,最大裂縫寬度可達20cm以上,極易誘發(fā)管涌和流土,甚至直接形成漏水通道,在短時間內(nèi)發(fā)生潰堤的風(fēng)險。
2.河勢改變
河下采煤塌陷后,可能會在原先河道穩(wěn)定的河段,影響水流的挾沙力,引起河底、河岸和堤防的沖刷及河道中泓的改變,損壞地形地貌,加劇水土流失,對上下游橋梁和堤防的安全造成威脅。
截至目前,泗河已進行了近20余次的采煤塌陷段治理,涉及的堤防大部分位于防洪壓力較大的泗河中下游。因此要加大對采煤塌陷治理的管理力度,在實施工程措施時,加大非工程措施的實施,確保泗河的運行安全。
治理的主要內(nèi)容包括堤防、灘地和外護堤地的修復(fù)治理以及裂縫處理,經(jīng)過治理,河道斷面得到恢復(fù),但治理效果未經(jīng)大洪水考驗,仍需在實踐中進行檢驗,為泗河的日常管理和防洪安全帶來了較大隱患。
1.裂縫處理措施
在修復(fù)治理中,必須先對裂縫進行治理,然后才能對堤防及灘地進行加高恢復(fù)。
(1)拉伸貫通裂縫治理:對于地表形成的較大裂縫,一般在裂縫發(fā)展基本穩(wěn)定,不再出現(xiàn)明顯的擴展時進行,采用開挖后重新回填壓實的方法處理。裂縫開挖深度采用石灰水灌注裂縫方式確定。
(2)閉合裂縫治理:在工作面上方的裂縫受開采影響后出現(xiàn),裂縫逐漸發(fā)育,工作面推進一段距離后,裂縫由于進入壓縮變形區(qū),受周圍壓力作用,裂縫又趨于閉合。此種裂縫應(yīng)在裂縫開始閉合時采用灌漿進行處理,此時的灌漿體在堤防自身重力作用下進行修復(fù),會對裂縫內(nèi)的充填體進一步擠密壓實,達到更好的效果。
2.堤防修復(fù)措施
泗河堤防目前全線已達到20年一遇防洪標準,由于采煤沉陷的特殊性,為強化沉陷治理段的安全儲備,對沉陷堤防的修復(fù)采用50年一遇防洪標準。
在裂縫處理完后,對堤防按標準進行加高、加固的修復(fù)治理,分層上土,分層碾壓,達到設(shè)計標準。
對河下采煤工作面比較集中的堤段,常采取預(yù)加固與沉陷后修復(fù)治理相結(jié)合的方式。根據(jù)礦區(qū)的采煤規(guī)劃,預(yù)測各工作面采煤的影響范圍,在沉陷位置按照預(yù)測進行預(yù)加固及備土,穩(wěn)沉后再對裂縫和堤岸進行修復(fù)。
3.灘地、護堤地修復(fù)
在裂縫處理完成后,灘地和護堤地按規(guī)范高程和寬度進行恢復(fù),確保與上下游相銜接,為保護新筑灘地,防止水流沖刷,在河岸處進行拋石護腳或砌石護坡。
以兗礦集團鮑店煤礦為例,鮑店煤礦在泗河下有近10個工程面,影響泗河堤防達10km,最大塌陷深度達9m,是對泗河影響的最大的煤礦之一。為保證沉陷治理段的日常運行和防洪安全,按照“誰損壞,誰負責(zé)”的原則,對采煤沉陷治理段實施重點維修養(yǎng)護措施和非工程措施,并形成有針對性的制度化管理。
1.編制采煤深陷段重點維修養(yǎng)護方案
由河道主管單位編制沉陷治理段的維修養(yǎng)護方案,在《堤防工程養(yǎng)護修理規(guī)程》(SL595-2013)要求的基礎(chǔ)上,有針對性地強化了相關(guān)項目的養(yǎng)護力度。重點加強了對灘地、堤防、馬道、護堤地的裂縫巡查觀測,布置了沉陷段河勢觀測網(wǎng),每月進行高程和位移觀測,定期進行堤身內(nèi)部隱患探測。
2.日常養(yǎng)護
根據(jù)水利部、財政部頒布的《水利工程維修養(yǎng)護定額標準》,沉陷段常規(guī)養(yǎng)護主要內(nèi)容包括堤頂、堤坡、上堤馬道及附屬設(shè)施等項目的維修養(yǎng)護。通過專業(yè)化的日常養(yǎng)護,使堤防斷面滿足設(shè)計標準要求,堤坡平順,堤頂?shù)缆菲秸麜惩?,管理設(shè)施完備,堤防整潔有序,使工程保持良好運行狀態(tài)。
3.專項養(yǎng)護
針對采煤沉陷的特點,重點加強了裂縫巡查觀測、河勢位移觀測和堤身內(nèi)部隱患探測。
(1)裂縫巡查觀測
安排專業(yè)技術(shù)人員定期對灘地、堤防、馬道、護堤地進行裂縫巡查,填寫巡查報告。如遇強降雨或上游來水,應(yīng)加強觀測頻次,視降雨和來水強度,進行24h值班巡查。
(2)河勢觀測
布置河勢觀測網(wǎng),每月進行高程和位移測量。強降雨或洪水過后,要立即測量,繪制累計變化曲線,做好變化趨勢對比分析。
(3)堤身內(nèi)部隱患探測
由于采煤沉陷造成堤身內(nèi)部的情況較為復(fù)雜,掌握其內(nèi)部應(yīng)變可以提前應(yīng)對可能發(fā)生的變化。采用地質(zhì)雷達或利用高密度電法定期進行探測,每季度探測一次,確保及時發(fā)現(xiàn)深層誘發(fā)裂縫。
4.非工程管理措施
根據(jù)防洪實踐運用的經(jīng)驗,用防洪工程措施控制洪水是有限度的,而且代價也較大,防洪工程措施必須與非工程措施相結(jié)合,才能發(fā)揮更大效能,防洪非工程措施作為減少洪災(zāi)的綜合措施之一,越來越受到重視。為最大限度地降低采煤沉陷區(qū)的防洪風(fēng)險,在防洪工程措施管理的基礎(chǔ)上,制定針對采煤沉陷區(qū)的防洪非工程措施,主要有以下內(nèi)容:
(1)做好洪水預(yù)警預(yù)報。泗河流域上游為山區(qū),下游為平原,落差大,流域面積主要集中在上游的泗水縣和曲阜市。可利用泗河洪水傳播歷時圖,根據(jù)上游的降雨和洪水情況,及時向各煤礦發(fā)出相應(yīng)級別的預(yù)警,以便為抗洪搶險和井下撤離提供信息,確保安全并減少損失。
(2)制定汛期管理措施。進入汛期除進行常規(guī)的巡查和值守工作外,各煤礦成立專業(yè)防汛搶險隊,針對塌陷區(qū)可能出現(xiàn)的各種險情進行專業(yè)的搶險培訓(xùn),并定期演練。做好防汛料物儲備,由于塌陷區(qū)的特殊性,料物的數(shù)量應(yīng)在現(xiàn)狀堤防級別的基礎(chǔ)上按定額提高一級進行儲備。
(3)與各煤礦簽訂防汛責(zé)任狀。要提高對防洪工作的認識,克服僥幸心理,每年汛前對各煤礦的防汛隊伍和料物的準備情況進行檢查,并落實年度搶險演練計劃的內(nèi)容和時間,簽訂防汛責(zé)任狀。
采煤沉陷治理的河道管理是目前泗河工程和防汛管理的重要內(nèi)容之一,利用養(yǎng)護工程措施和非工程措施對沉陷治理段進行制度化管理,取得了一定的實效,目前整個工程運行良好。由于沉陷河道內(nèi)部及河道外部邊界條件存在不確定性和復(fù)雜性,沉陷治理段河道的管理也不是一成不變的,應(yīng)在動態(tài)管理的模式下,積極探索新的方法和措施,確保泗河沉陷段河道日常運行和防洪安全■
(作者單位:山東省濟寧市泗河管理處272100)