發布時間：2022-10-09 09:19:49
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇煤礦排土場全基巖隧洞疏水措施，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
云貴高原群山環繞，地勢陡峭，群山之間大多形成狹窄的沖溝，但在合理的運輸距離范圍內，可供選擇的理想排土場并不多。因此，提高排土場邊坡穩定性，可增加排土容量，帶來顯著經濟價值，且煤礦對排土場的安全負有終生責任。經驗表明，水對邊坡的影響巨大[1]。南方露天礦雨季降雨集中，而排土場中排棄物料大多為黏性土，對水吸附力強[2]，一旦出現疏排水工程失效，容易在壓腳區積水，對安全生產帶來挑戰[3]。對于排土場邊坡的疏排水措施，以往大多集中于疏干孔等抽排手段。于鵬等[4]在分析了勝利露天煤礦水文地質資料的基礎上，采用地面疏干降水孔的方法對礦區地下水進行疏干，并分析了其可行性；馬熹焱[5]研究了撫順西露天礦的實際情況，采用水平疏干排水方式對礦區進行疏干排水，降水效果明顯；宋景輝等[6]分析了小龍潭礦務局新鄧耳排土場水文地質特點，采用貼坡疏排水的措施，疏干效果良好；王衛衛[7]在內蒙古某露天煤礦礦床疏干研究中提出運用礦床疏干、采坑排水、地面防水聯合降水；楊麗萍[8]對伊敏三號露天煤礦疏干排水工程提出了降水孔和地面截排水方案；吳建等[9]對于疏干條件下隧洞涌水量及襯孔隙水壓力的變化規律進行了研究；施成華[10]推導了隧道開挖疏水滲降漏斗曲線方程和考慮水滲流作用的隧道周邊巖土體中有效應力的計算公式。由此可見對于地下水天然疏排措施的還研究得較少。
1工程概況
研究區屬于一溶蝕谷地，場地總體上呈近南北向展布，東、西、南三面為溶蝕中山，自然地形坡度8°左右。排土場自1989年運營至今，堆填形成了20個水平臺階，總排棄高度達225m，總排棄量達4000萬m3。排土場安全等級為一級。排土場原始地形分布有第四系淤泥質黏土層（層厚2．60～10．40m，平均厚度6．48m）和殘坡積層黏土（層厚0．70～10．10m，平均厚度3．83m）。而人工排土層厚度一般小于40m，黏土含量高，力學強度低。排土場區域地下水總體向北部徑流、排泄。補給水源主要為大氣降水的入滲補給和下伏基巖中承壓水的滲透補給，2個補給水源相遇后沿原始地形的溝谷向北水位低的溶洞、裂隙徑流排泄。排土場曾于1994年、2007年發生的2次滑坡，均是由于集中降雨后，大氣降水及排土場下伏基巖巖溶承壓水對填土段不斷補給造成。排土場底部排水暗涵已破壞，845m水平以下排水不暢積水，排土物料受水軟化造成的滑坡。滑坡變形又進一步破壞已有排水設施，加劇排土場底部積水。排土場底部積水的危害主要表現在：①浸泡軟化邊坡土體，降低邊坡土體強度，②產生水壓力增大邊坡土體下滑力，引發滑坡。根據某勘察公司2019年11月27日—2020年1月22日旱季期間對排土場坡腳地段的水位觀測，測得地下水積水范圍面積約為0．158km2（該區的大小隨地下水位的升降而發生變化），在點821．57～822．29m水平和806．32～807．21m水平之間均呈線狀分布滲出。可見排土場底部地下水較為豐富，坡腳地段地下水積水嚴重。
2排土場底部積水區疏干措施
2．1疏干措施方案
針對排土場填土層潛水，傳統的垂直疏干難以得到長期穩定持續有效的疏干效果，主要是由于該排土場基底承壓水富水性、巖溶裂隙發育不均勻，且填土層堆積物成分、密實度不同，導致填土區含水性變化大。為了降低地下水位，礦山需頻繁啟泵排水，運行過程中疏干孔容易出現過涌砂堵孔、損壞水泵設備等情況，加大了垂直降水孔疏干的管理維護難度及費用。另一種常見的疏干措施有昂斜鉆孔疏干，該方式在排土場邊坡臺階坡角處，通過鉆機向排土場鉆鑿微向上傾斜（約3°～10°，考慮排砂的最低要求）的鉆孔，可使排土場地下水通過該鉆孔自流淌出。根據排土場積水情況，計算出排除排土場底部積水需要施工的單個疏干鉆孔長約260m。目前國內昂斜疏干鉆孔最大深度100m，超過100m施工困難。昂斜疏干孔不僅施工長度短，還僅能對排土場較低坡腳地帶地下水進行疏排，無法覆蓋大部分積水區，疏干效果有限。經分析，排土場積水主要由下伏基底承壓水補給造成，若能考慮在基巖中實施疏干隧洞，一方面可降低地下水位，達到快速排水目的，也可實現快速施工，滿足低成本維護需求。
本方案隧洞全部在基巖內開挖，即隧洞水平全長596．76m，全部建在中風化灰巖中，且位于潛在滑動面下不小于7．12m。隧洞不受排土場變形、滑坡的影響。1）隧洞疏干水文地質。基巖疏干隧洞布置在基底薄菜田組灰巖內，結合已有的排土場基底水文地質資料，疏干隧洞采用呈單線列的承壓轉無壓完整井型水文地質計算模型，預測隧洞涌水量及降落曲線。經計算，隧洞涌水量為956m3/d，當該灰巖地下水被隧洞疏干之后，降落曲線也將變得更加平緩而貼近底板隔水層直至消失。2）疏水隧洞斷面大小及支護形式。隧洞入口段其下覆基巖為基底薄菜田組灰巖，屬Ⅲ～Ⅳ圍巖。在平面定線確定后，可通過調整隧洞入口段標高及起始段縱坡，使得隧洞盡早落至基巖。經公路科學院合理化公式計算，確定疏水隧洞橫斷面尺寸為凈寬4．00m、凈高2．50m的半圓拱斷面。隧洞支護形式，采用錨噴支護，錨桿長2．0m，間距1．0m，80mm厚噴射C35砼。前后洞口段長分別為15m，采用鋼筋混凝土襯砌。3）疏水隧洞放水孔布置。全基巖疏水措施需配合放水孔，才能夠實現對排土場的地下水疏干，選用短機身全液壓坑道鉆機。由于放水孔出水口向下，故能夠長期持續穩定的疏干上部填土層積水。考慮到薄菜田組灰巖含水層富水性、巖溶裂隙發育的不均勻性，為了盡可能減少該層承壓水向排土場排棄物料補給，削弱其對排土場底板的上頂推力作用，布置疏干隧洞的同時，在每個專用放水硐室處的隧洞橫向兩側側壁上各設置2個斜向放水孔，在每個專用放水硐室處的巷道底板上設置1個垂直放水孔，用以溝通灰巖導水裂隙通道，加強隧洞對灰巖含水層的疏干排水效果。根據灰巖風化程度可暫不設置孔口管。4）建立地下水位觀測網。礦山可利用已有的垂直降水孔或新設置地下水觀測孔。若觀測孔存在涌砂堵塞，煤礦應盡快對涌砂堵塞的鉆孔進行修復，形成完整的地下水動態觀測網，以便掌握現有疏降水條件下的地下水位變化規律。5）疏水效果評價。經過對土工試驗成果的分析，在試驗方法、土樣類型相似條件下，土體飽和固結快剪指標約為天然固結快剪指標的0．5～0．75；飽和快剪指標約為天然快剪的0．5～0．75。因此，排土場底部在疏干后邊坡土體抗剪強度，可在飽和抗剪強度的基礎上提高33％～100％。根據推測的排土場底部疏干后邊坡巖體抗剪強度指標，選取典型剖面對排土場疏干后達到預計的90％疏水效果，即排土場底部基本不存在積水，及僅能達到疏水效果的80％、70％、60％等不同疏干效果情況下，對現狀及最終排棄邊坡穩定系數進行了驗算。邊坡穩定計算結果見表1。通過穩定性計算可知，疏干效果達到90％時，邊坡穩定系數可滿足GB50197—2015《煤炭工業露天礦設計規范》邊坡穩定系數不小于1．2的要求。
3結語
1）隧洞全部位于中風化基巖中，位于潛在滑動面下不小于7．12m。隧洞不受排土場變形、滑坡的影響。工程地質條件良好。2）全基巖疏水措施配套放水孔，能夠實現長期持續穩定的疏干上部填土層積水。創造天然排水條件，有利于收集、排除排土場地下水。較傳統的疏干措施比，具有運行管理簡單、施工容易、施工工期短的優勢。3）全基巖疏水措施配套地下水位觀測，可形成完整的地下水動態觀測網，以便掌握現有疏降水條件下的地下水位變化規律。實踐和理論計算表明，該排土場實施疏水效果后，排土場穩定性大大提高。
參考文獻：
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［3］趙權利．緩傾滑坡中承壓水作用機理研究［D］．杭州：浙江大學，2013．
［4］于鵬，石廣洋，徐進軍，等．勝利露天煤礦防治水研究及綜合治理［J］．露天采礦技術，2017，32（7）：67－70．
［5］馬熹焱．撫順西露天礦邊坡治理中不同疏干排水方案的對比［J］．露天采礦技術，2020，35（2）：73－75．
［6］宋景輝，何以劍，毛永祥，等．小龍潭礦務局新鄧耳排土場隔水地層貼坡疏排水［J］．露天采礦技術，2015（10）：1－4．
［7］王衛衛．凹陷型露天煤礦疏干防治水措施研究［J］．露天采礦技術，2018（5）：41－43．
［8］楊麗萍．伊敏三號露天礦疏干防排水設計［J］．露天采礦技術，2014（11）：16－19．
［9］吳建，周志芳，莊超，等．疏干條件下隧洞涌水量及孔壓分布解析研究［J］．巖土工程學報，2020，42（10）：1894．
［10］施成華．隧道開挖及疏水引起的地表沉降與變形［J］．中國公路學報，2007（1）：91－95．
作者:毛永祥 何以劍 王然 王膽 單位:昆明煤炭設計研究院 云南先鋒煤業開發有限公司
