露天煤矿排土场疏干排水系统改进

1排土场地形与地质构造

普阳露天煤矿排土场剥离物沿山坡排弃，原始地形呈南高北低，山坡底板标高为806水平，山坡顶部标高为1250水平。排土场基底地质构造由下往上依次为：坚硬岩组、软塑岩组、松散松软岩组。

1）坚硬岩组。排土场基底灰岩坚硬致密，岩溶发育弱，本岩组分为3个岩性段，下部为中厚层白云岩、灰岩，分布于排土场西南侧及西南外围；中段薄层状泥质条带灰岩，夹多层泥岩、上段厚层状白云质灰岩，分布在山谷底部、排土场中部和北部。该层厚度0～6.6m，平均为3.78m。

2）软塑岩组。该岩组含3个小层。①底部含砾粉质粘土：呈褐黄色、可塑至硬塑状，天然密度为1.91～1.98g/cm3，孔隙比为0.73~0.83，是本岩组中力学性质最好、分布面积最大的土层，岩性及厚度较为稳定，一般含有碎石；②中部淤泥质土：褐黄色，含大量腐植质和少量碎石；常具滑感，地表未出露。分布在排土场下部和中部，该层厚度一般在1.55～4.70m，平均为3.13m；③上部粉砂质粘土：褐黄色为主，有灰白、灰绿、褐黑等杂色，含少量次圆状砾石和粗、中、细砂岩，一般呈可塑状，天然密度为1.89～1.97g/cm3，孔隙比为0.84~0.96，分布在排土场中下部，层厚1.6~4.8m，平均3.2m。力学性质介于上述的含砾粉质粘土和淤泥质土之间。

3）松散松软岩组。即人工排弃土层，排弃物来自含煤岩系的各种岩石，主要是第三系中龙潭煤组的泥灰岩、粉砂质泥灰岩和砂质泥灰岩，上新统河头组泥质岩、砂质泥灰岩及少量砂砾岩，以及第四系的粘土、亚粘土、钙质粘土，由于岩性不同，抗风化能力各异，填土形成后，在地下水的条件下，抗风化弱的岩石先变成粘性土，而抗风化能力强的岩块相互嵌组成骨架，在排弃土的重力作用下，先软化的粘土被挤进骨架之中，使堆土层的整体稳定度减少。加之堆积过程杂乱，导致形成的排弃土层整层的岩性、含水性以及物理力学性质不均[2]。

2排土场现状

排土场位于普阳村南西面约400m的一溶蚀谷地内，距离露天采场1.5km，排弃终了占地面积为1.26km2；最低排卸水平为810，最终排弃标高为1100，排弃总高度为290m，台阶坡面角为35°最终边坡角为13.5°；排土台阶高度860水平以下为15m；860水平以上为10m，台阶坡面角为30°，最终松散系数为1.1。截止2013年末，排土场已排弃至1030水平，排土台阶高度860水平以下为15m，860m水平以上10m，台阶坡面角为30°，边坡角度为13.5°，形成台阶22个，排弃总高度220m，其中940~1030m水平台阶尚未排弃到界，总共排弃土石方4200余万m3，排土运输道路位于排土场东面。已采取工程技术防范措施如下：

1）根据排土场水文地质条件和地表汇水流向，在820水平的泉眼出水点处分别修建了集水井和疏水暗涵。

2）按照排土台阶的升段情况，在排土场的基底由南向北共修建了长1820m的疏水暗涵；同时对已覆盖的880水平防洪沟、940水平防洪沟、1010水平防洪沟均改建成了盲沟，确保了上游的汇水流入盲沟自然疏出排土场。

3）在830至810水平由上至下分别修建了1条长570m的复式沟排水沟，1道长40m、高8m、厚3.5m的挡土坝和直径1.4m、18棵平均深度23.4m的抗滑桩。4）对排土到位的台阶边坡进行了植被恢复，植被恢复区域面积已达0.46km2。5）在排土场930至806水平台阶布设了监测线，采用RTK实时动态GPS测量仪器进行监测。

3排土场860水平以下存在危险源的分析

3.1内在因素

1）普阳露天煤矿一号排土场自上而下由人工填土、粉质粘土、淤泥质土、残积土及基底岩层构成，而场地内基岩，存在有小规模断层，泥岩产状零乱，并伴生有多个泉点（该区域共有14个泉点）；由此可见，场内断层是充水断层，水量随季节而变化。

2）由于该区域由钙化、洪积、沙砾和基岩风化裂隙所组成谷底通道的存在，一部分水顺谷底通道向下渗透，并补给基岩含水层和人工填土含水层；另外由于谷底通道直接和人工填土层相通，导致谷底通道的潜流，更多的补给了人工填土含水层，造成排土场底部长时间有浸泡作用，将会引起排土场滑动[3]。

3.2外在因素

1）普阳露天煤矿一号排土场自建成投入使用期间，堆积的物料均由松散混杂的剥离物构成，剥离物大部分属泥质成份，风化松散后含水性变化极大，对基底泉水的正常排放具有阻碍作用。

2）由于整个排土场属沟谷地形，大量降雨汇水将集中于沟底排放，而基底原修建的806至832水平标高段暗涵某处已损坏堵塞，部分泉水和大量的降雨汇水汇集于沟底后无法畅通，致使该区域汇水充分地向填土层补给地下水，长时间浸泡后，排放的剥离物软化、自重增加，受力失衡，易造成边坡失稳[4]。

4疏干排水的措施方案

根据排土场存在安全隐患的根源主要为排土场基底涌水，为确保基底涌水和大气降雨的汇水能有效排出，提高整个排土场的边坡稳定，只有对860m水平以下的基底涌水进行疏干排放。针对排土场860m水平以下基底涌水疏干处理设想，提出了以下3个方案[5]。

1）方案1。在排土场填土体中设置水平疏干孔，将堆体含水层内的水排出排土场外。

2）方案2。在排土场基底灰岩内设置排水廊道的方法，从而将下层白云质灰岩内的裂隙水及溶岩水排出排土场；再通过竖向的排渗孔将填土含水层内的水导入排水廊道中一并排出排土场。

3）方案3。在排土场表面通过旋挖或长螺旋引孔设置连续排渗墙，从而将排土场内的水通过排渗墙排出排土场。

5疏干排水措施的技术特征

1）方案1设置水平疏干孔。按照排土场汇水面积0.37km2，洪水设防标准（重现期、年）50年，线路全长２52km，由主疏干孔和副疏干孔构成，流水方向由南至北，流水坡度为0.2%，施工方法为：以排土场堆体下部的806水平用钻机沿着860平台层底进行钻孔，在水平疏干孔末端设置排渗墙。方案1的优点是：填土层含水层内水通过疏干孔直接排出填土层，针对性强，但不能有效地将裂隙水、熔岩水排出，后期无法检修，易被破坏。

2）方案2排水廊道+排渗孔。按照排土场汇水面积0.37km2，洪水设防标准（重现期、年）50年，线路全长1210m，由1条主排水廊道、4条副排水廊道、排渗孔构成，流水方向由南至北，流水坡度起点段1%，出口0.2%，施工方法：在排土场底部中风化灰岩中采用人工掘进排水廊道，并在廊道中设置连通地表的排渗孔。方案2的优点是通过排水廊道+排渗孔的设置能够将含水层及裂隙水有效地排出，后期易维护，但在施工中需对未掘进廊道进行探访，防止突涌。

3）方案3设置排渗墙。按照排土场汇水面积0.37km2，洪水设防标准（重现期、年）50年，线路全长２52km，排渗墙长3.2km，流水方向由南至北，流水坡度0.2%，施工方法：在排土场表面横纵布置连续排渗墙，呈井字形，通过旋挖机引孔，并在孔内填入碎石。方案3的优点是：通过连续拍渗墙的设置，能够将含水层及裂隙水有效地排出。但因需打穿填土层，因此，对成孔要求高。

6疏干排水方案的选择

1）工程投资。方案1成孔长２52km、排渗墙长10.3km、碎石量0.824万m3，预算投资1500万元；方案2排水廊道长1210m，排渗孔长1760m，碎石0.5万m3，预算投资1250万元；方案3排渗墙总长3２0km，碎石2万m3，预算投资1820万元。

2）技术特征。方案1、方案2、方案3从排土场水文地质、地层结构来看，均可实现排土场860水平以下疏干排水的功能，但方案1、方案3从施工难度大外，方案1不能有效将裂隙水、岩溶水排出，后期无法检修、易被破坏；方案3因须打穿填土层，因此对成孔要求较高，资金投入较大；而方案2（排渗孔+排水廊道）针对基底岩溶裂隙水采用排水廊道疏排，排土场堆体内的孔隙水则采用排渗孔疏排，且排渗孔接入下埋排水廊道，统一由廊道排出排土场外，2种疏排措施的有机结合，经济投入较方案1、方案3小，因此，最终选择方案2作为对排土场进行疏干排水治理[6]。

7结语

通过对普阳煤矿排土场860水平以下疏干排水治理措施进行研究，并得出最优方案。方案对该地区降雨丰富，地下水涌水量大，基底汇水的有效排放有着广范的可操作性和实用性，对当地露天煤矿防排水工程具有很大的现实意义和指导作用。

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