煤矿采空区治理方案.doc

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1、第一章 概 述第一节 项目简介一、项目来源内蒙古自治区XX煤田宝日希勒东部详查区顺兴煤矿为达到安全地治理其矿田周围的原小煤窑的采空区，恢复草原地貌，提高煤炭资源的回收率，特委托内蒙古自治区煤炭科学研究所编制内蒙古自治XX煤田宝日希勒东部详查区顺兴煤矿采空区治理方案。二、目 的本治理方案编制目的是为安全、合理、有效地治理采空区，最大限度地回收煤炭资源提供技术依据，使本矿环境得以恢复及改善，使宝贵的资源得以回收利用。三、任 务1.受呼伦贝尔市海拉尔区煤炭开发总公司顺兴煤矿的委托，本采空区治理方案针对其矿田范围内及其周围的采空区进行治理设计出一个指导性的方案。本治理方案的制定，本着以人为本，因地制宜

2、，分步实施的原则，充分考虑当地气候条件和地质环境条件，采取“以工程措施和生物措施”相结合的手段，清理整平采空区的塌陷坑，用耕植土覆盖矿区，植树造林，恢复草原及农田，从根本上改善矿区及周边地区的生态环境，改善居民的生产生活条件，促进地方经济发展，实现人类经济活动与自然和谐发展的目标。2. 根据治理范围内的工程总量、可采煤层的煤炭资源储量、储量级别及保有资源储量，最终确定设计可采储量及服务年限。4.根据地质报告成果，矿区水文地质、工程地质、环境地质条件和其它开采技术条件，确定治理方案的开采工艺、选择合理的开拓方式。对采空区治理过程中将遇到的以及可能发生的灾害、和不安全因素提出防治措施。5. 对本次

3、资源开发利用进行经济意义概略研究和估算。根据以上任务，依据国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局2006年10月25日颁发的煤矿安全规程，煤炭工业露天矿设计规范GB50197-2005。编制本采空区治理方案。四、设计方案编制的依据1、 人民共和国国务院另394号地质灾害防治条例；2、 内蒙古自治区人大常委会内蒙古自治区地质环境保护条例；3、 内蒙古自治区国土资源厅内蒙古自治区矿山环境影响评估技术要求；4、 呼伦贝尔市海拉尔区煤炭开发总公司顺兴煤矿采空区治理方案设计委托书；5、 相关地质、水文地质、气象水文资料。第二节 矿田概况一、矿田位置、隶属关系和企业性质（一）矿田位置顺兴煤矿位于XX煤

4、田宝日希勒矿区东部详查区的东北部4-16勘探线间，行政区划隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区谢尔塔拉镇。其地理坐标为：东经: 1195213-1195358北纬: 492427-492527顺兴煤矿位于海拉尔区东北方，距海拉尔区约25km，距宝日希勒镇约5km , 宝日希勒镇至海拉尔有水泥公路相通，本区至宝日希勒镇有草原土路相通,距在建电厂约16km ；301国道在本区以南约15km处通过，滨洲铁路在本区以南约20km处通过，宝日希勒煤矿铁路专用线在本区西南约8km处通过。（二）隶属关系项目名称：内蒙古自治区XX煤田宝日希勒东部详查区顺兴煤矿采空区治理方案。项目发起人为：呼伦贝尔市海拉尔区煤炭

5、开发总公司。（三）企业性质内蒙古自治区XX煤田宝日希勒东部详查区顺兴煤矿（60万吨/年）属股份制企业。二、自然地理1、地形地貌宝日希勒矿区的地貌，其宏观显示为略有起伏的高平原，北部及东北部与低山丘陵相接。南有海拉尔河谷，西北有莫格勒尔河谷，地势北东高而南西低，海拔标高最高724.09m，最低601.88m。本区内地形呈缓波状，起伏不大，西北高，东南低，海拔标高在630-660m之间。2、气 象本区属大陆性亚寒带气候，经常遭受西伯利亚寒流的袭击。春秋两季风较多，风力较大，冬季严寒，夏季较热。气温为摄氏-4837.7度，年平均-2.6度，年最大降水量542.9mm，平均315.0mm，年平均蒸发量

6、1344.8mm。春季多东南风，冬季多西北风，风力3-5级，风速最大17m/s。平均积雪日数149.9d，平均降雪日数11d。平均结冰日期172d。季节性冻结深度2.41m，永久性冻土厚度2-4m。霜期年平均日数170.1d。3、地 震根据中国地震动参数区划图（GB-18306-2001）,该区地震动峰值加速度（g）为0.05，对照地震烈度为6度。4、水 系区内既无河流又无湖泊，本区南有海拉尔河，距本区南部边界约20km，西北有莫格勒尔河，距本区约15km。5、区域经济简况本区人口稀少，居住较分散，以牧业为主，农业次之，工业以采煤业为主，发电厂的建设也在进行当中，海拉尔煤矿及煤化工一体化项目的

7、建成投产，势必带动地区经济的发展，安置富余劳动力，提高人民群众的生活水平。6、水文地质条件（1）、第四系孔隙含水岩组本区位于在国防公路以东的波状高平原区，由于普遍发育了粘土、亚粘土及泥砾层，具良好含水性的砂砾层几乎完全不发育，且第四系的底板因高于区域地下水位，致使矿区大面积第四系不存在含水条件。故确认本区为第四系“无水区”。（2）、裂隙孔隙含水岩组本区发育共包括以各煤层为主的2个相对独立的含水层即（、号含水层），各含水层之间水力联系不明显，煤层是其主要含水介质。各含水层的稳定性受煤层稳定性限制，含水介质特征及含水层类型基本相同，它们具相似或相近的水文地质条件。故本次工作以号含水层水文地质特征概

8、述本区的水文地质特征。号含水层：发育于整个矿区，其岩性组合以煤层为主，包括其顶、底板部分中、粗砂岩和砂砾岩，含水层厚度2-58m（平均24.23m）。号含水层与大气降水无直接联系，侧向径流是其主要补给源。地下水质类型一般为HCO3Cl- Na型，矿化度为1.1-1.6g/ L，由东向西矿化度有增高的趋势。其单孔涌水量为0.48-4.43L/s，单位涌水量0.020-0.538L/s.m，其富水性较差，补给、径流及排泄条件较差。（3）矿坑充水因素分析、矿坑充水水源矿区各主要含水层的水文地质特征及露天开采的开采方式，决定了该矿区充水水源以地下水和大气降水为主，而地表水（莫格勒尔河）则由于远离矿区且

9、被透水性能差的地层所隔，故认为其对矿坑涌水不会产生影响。、充水通道有直接充水含水层的水文地质特征容易确定，矿坑的充水通道多属渗入型通道，即含水层中的地下水通过其裂隙、孔隙“均匀”地渗入矿坑，其中裂隙通道主要是煤层本身的构造和风化裂隙，而孔隙通道则是指发育于煤层顶、底板砂岩、砂砾岩中的孔隙。前已述及煤层是主要含水介质，可见，矿坑的充水通道以裂隙通道为主。、矿床水文地质类型根据上述直接充水含水层的岩石性质、蓄水构造类型及其渗透条件、富水性，按照煤、泥炭资源地质勘查规范的划分原则，该区直接充水含水层以裂隙含水层为主，其单位涌水量一般小于2.0L/s.m，煤层位于地下水位和当地侵蚀基准面之下，但矿区远

10、离地表水体，结合直接充水含水层的水文地质特征、矿区蓄水构造类型，可确定该区水文地质条件的复杂程度为中等，该区的矿床水文地质勘探类型应属二类二型。7、工程地质（一）、地层及岩石的工程地质特征1、第四系松散岩组：本区位于宝日希勒东部详查区东北部，属高平原地带，第四系松散岩组厚度11.70-39.55m，平均25.43m，其变化规律由东向西、由北向南逐渐增厚。第四系底板起伏较大，与下伏含煤地层为不整合接触。兹将各类土的特征自上而下分述如下：（1）砂土类：由黄色和黄灰色亚砂土（略塑性）、砂土和少量粉细砂岩组成的风积层，颗粒均匀，质纯，厚度2.20-23.50m，遍布全区，砂土的天然湿度一般为14-18

11、%，比重2.66-2.70，容重1.7-1.8，隙比0.609-0.872m，给水度2.4-4.3%.（2）粘土类：中上部为浅棕、深棕褐色粘土、含砾粘土，具鲕状结构，致密，塑性强（塑性指数17.6-44.2平均28.6）并含有铁锰结核及少量砂粒、小砾石、顶部具“V”型泥裂，被上覆风积物所充填。粘土的天然湿度为19.6-29.1%，比重2.68，容重为1.81。粘土矿物成分：高岭石含量为0-37.5%，伊利石0-67.7%，蒙脱石含16.1-62.5%，本层粘土的液限一般为4463，最高达73.1,从差热分析和水理试验证明，粘土中含有较高导水性的蒙脱石，伊利石（水云母），同时，液限已大大超过了经

12、验值的指标，因此可以确认，本层属膨胀土。它对于建筑物和边坡稳定可产生破坏作用。（3）泥砾层下部到层底为一套冰水沉积的灰白、棕褐、砖红色的含泥砂石和泥砾。砾石被粘土紧密充填，磨园度较差，多呈不规则粒状，扁豆状并带有棱角，在砖红色粘土中混杂着一些砂砾和碎石，局部含有漂石，最大砾径可达300-400mm。岩石成分多为喷出岩，其次为花岗岩，角砾岩、凝灰岩等。泥砾混杂，结构致密，比重大，塑性强。泥砾有比重是2.62-2.73，塑性指数28.0-48.4，平均为32.1。2、白垩系大磨拐河组碎屑岩岩组该组地层由砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成。（1）砂砾岩灰、黄灰、灰绿色砂砾岩为泥质或钙质胶

13、结，由于成岩作用低，厚层砂砾岩主要赋存于1号煤层以上、1-2号煤层间，2-3煤层间其含量相对减少。砾岩的成分主要为中酸性溶岩、碎屑岩等，砾径一般为0.5-3cm，大者可达6-8cm，磨园为次园-次棱角状，分选性较差，厚度变化大。比重2.57-2.75，容重1.96-2.01，含水率18.3-19%，孔隙率15.6-57.4%，抗压强度（）绝大多数小于10Kg/cm2，属很软级。(2) 砂 岩以灰、灰白和灰黄色的细砂岩为主，较疏松的粗砂岩和中砂岩呈薄层出现，厚度变化较大，细砂岩粒均，质纯、一般胶结较好，值一般为15-38Kg/cm2个别可达100Kg/cm2。中粗砂岩处于半胶结状态，岩芯疏松破碎

14、，采样率很低，值多在8-20Kg/cm2之间。比重为2.58-2.61容重1.93-2.04，含水率18.2-20.9%。(3) 粉砂岩深灰色，粒度均一、胶结性与分选性较好，水平层理清晰，具斜层理与微波状层理，有时与细砂岩、泥岩呈互层出现。位于浅部的粉砂岩风化裂隙比较发育，裂隙宽度1-3mm，被泥质或钙质所充填。粉砂岩硬度属软-中硬级，刀刻1-0.5mm，值一般在20-60kg/cm2之间，位于中深部可达100kg/cm2以上。粉砂岩的完整程度比较好，单块岩芯长度0.15-0.50m（中等级）占55.8%，钻进小时效率为2.56-1.14m/h，可钻性也较强。(4) 泥 岩：灰、深灰色，个别为

15、灰绿色，呈薄层或厚层状，多出现于各煤层顶底板和煤层间。浅部泥岩质软、具塑性、强度低、中深部较坚实，具硬塑，强度增高。泥岩层节理和微裂隙比较发育，裂隙面光滑。泥岩采取率最高，达96%以上，岩芯较完整，中等级以上的占44.5%。因其具有塑性、致密和粘聚力大的特点，故可钻性较差。泥岩的比重2.55-2.58，容重1.92-1.97，含水率22.5-24.8%，孔隙率为22.3-53.4%，在22-40kg/cm2之间，中部为40-80kg/cm2位于深部泥岩的值可达100kg/cm2。3、煤岩岩组本区煤具有光泽暗淡，含丝炭，木质结构，性脆的特征。由于煤的节理和层理发育，煤芯多呈短柱状、碎块状或片状。

16、可钻性也较强，效率2.56-1.34m/时，煤芯完整程度较差，中等级仅占20.2%，其他都为碎一很碎。煤的比重为1.56-1.75，容重1.07-1.13，含水率46.0-51.3%，孔隙率28.7-53.65%。煤的硬度较大，一般刀刻不动或刀刻有痕迹，软煤刀进0.5mm，抗压强度一般为54.8-167.5kg/cm2。综上所述，本区岩石的特点是：垂直或斜交裂隙比较发育，胶结程度不均一，软硬程度非常悬殊，沿水平与垂直方向岩相变化大。岩石抗强度的大小，除了与岩石的矿物成分、结构、胶结物及胶结程度、节理、裂隙等因素有关外，还与岩石的赋存深度有关。实际资料表明，垂深150m以下泥岩、细砂岩的值一般为

17、30-80kg/cm2，部分岩石可达120kg/cm2，其硬度由软变为中硬或硬级，因而抗压强度增加约50%至一倍。煤层的抗压强度变化幅值较小，强度增加率为20-30%。但是处于半胶结疏松的砂砾岩和粗砂岩的强度依然很低。本区除煤层的抗压强度波动在60-150kg/cm2（属中一硬级）外，3号煤层以上以软弱岩石为主体，值小于60kg/cm2的软岩含量占95.45%，值在60-100kg/cm2占中硬岩石占3.04%，值大于100kg/cm2的硬岩仅占总是的0.51%.。试验结果表明，岩石的抗压强度与面切割力强度的比值为8.6:1，即面切割强度为1kgcm2时其相应的抗压强度为8.6kg/cm2。4

18、、各煤层顶底板岩石工程地质特征2号煤层：由于该层位于中部，岩石强度逐渐增高，顶板泥岩的值一般为14-39kg/cm2，顶板砂砾岩的值一般在5-20kg/cm2，个别胶结好的部位可达60kg/cm2以上，但厚度很薄。底板泥岩、粉砂岩的值为28-61kg/cm2。3号煤层：顶板以粉砂岩、砂砾岩、泥岩为主，大部分胶结较好，值10-43kg/cm2，底板泥岩、粉细砂岩的值一般为17-53kg/cm2。从上述情况不难看出，3号煤层以上仍以松软和疏松岩层为主，抗压强度小于60kg/cm2软岩含量占97.6。6号煤层（组）以下各层的岩石强度略有增高，其部分软岩一泥岩、粉细砂岩则由软渐变为中硬。煤层顶板多为粉

19、砂岩或泥岩，胶结疏松或中等，遇水膨胀，。8、其他开采技术条件1、瓦 斯一九八六和一九八七两年，宝日希勒煤矿先后对一井和二井进行瓦斯含量测定，其中，二井的瓦斯相对涌出量（m3/t）：沼气（CH4）3.01，二氧化碳（CO2）3.86，瓦斯的绝对涌出量（m3/min）：沼气0.67，二氧化碳（CO2）0.86，瓦斯的等级为低沼气矿井。2、煤 尘一九八二年宝日希勒煤矿采集了煤尘样送煤炭部抚顺煤研所化验室外作煤尘宝性分析，其结论是“该煤尘具有爆炸性危险”。但经我矿生产实践和我盟所有生产矿井从未发生过煤尘爆炸事故。分析其原因主要是：（1）煤类为褐煤，呈块状且瓦斯含量低。（2）矿井生产的机械化程度低，煤尘

20、飞扬少或无煤尘。（3）煤层含水率高，湿度大。虽然如此，但在生产过程中也应关注和防止煤尘爆炸事故的发生。3、煤的自燃：根据宝日希勒煤矿一、二井的生产实践所得，由于井下丢煤较多，煤柱回收不好和采空区封闭不严而常常引起煤层自燃（该两矿井的煤层仍在自燃）其自燃期为3-6个月。第三节 矿山建设外部条件一、交 通顺兴煤矿位于海拉尔区东北方，距海拉尔区约25km，距宝日希勒镇约5km , 宝日希勒镇至海拉尔有水泥公路相通，本区至宝日希勒镇有草原土路相通,距在建电厂约16km；301国道在本区以南约15km处通过，滨洲铁路在本区以南约20km处通过，宝日希勒煤矿铁路专用线在本区西南约8km处通过，故矿区交通条

21、件便利。详见交通位置图131。二、供 电本矿区周围电源比较方便，由海拉尔西山变电所至宝日希勒区有35kV输电线路。采空区治理方案供电电源可自宝日希勒35kV变电所不同母线段引两回10kV线路，保证治理区形成双回路电源。三、通 信矿区距呼伦贝尔市海拉尔区约25km，距宝日希勒镇5 km，当地已形成较为先进和完善的通信网络，条件优越。四、供 水水源引自第四纪潜水，工业场地有自备井，可满足生产、生活用水。第四节 矿山建设与生产情况一、矿区建设与生产情况宝日希勒矿区的正式开发始于1980年3月，至今已有20多年历史。1980年3月设计年产9万t的宝日希勒第一、二煤矿斜井破土动工，于1985年1月1日正

22、式投产。1985年3月设计年产60万t的宝日希勒第三煤矿开始建设，1987年由于国家压缩基本建设投资，建设中的宝日希勒二矿和三矿先后终止。宝一矿划归国家统配管理，宝二矿和宝三矿划归原呼盟管理。此时，小煤窑遍地开花，小井开采占据了该地区煤炭产量的绝对优势，至1996年末，整个矿区除宝一矿一座设计生产能力0.45Mt/a的皮带斜井和宝二矿设计生产能力0.45Mt/a的串车斜井外，均为小煤窑开采，小煤窑数最多时达218个，矿区总产量355万t。为合理开发利用煤炭资源，适应煤炭企业改革、发展的需要，以宝一矿为主体，将宝一矿、原呼地煤集团公司、XX地方矿和其它不同所有制形式的小煤窑，组建成宝日希勒煤炭公

23、司。随着国家关井压产政策的进一步实施和加强及宝日希勒露天煤矿的正式建设，为该矿区的合理开发提供了有力的保障。本矿原生产能力很小，主要开采21+2煤层，目前已在矿田的西部形成了部分的采空区，加之原有矿田范围外的井工矿的采空区，形成大大小小的塌陷坑，对草原的环境造成了极大的破坏，对农牧民的生产生活构成严重危胁。第二章 采空区工程治理第一节 矿山地质环境治理工程部署（一）、矿山环境恢复治理原则顺兴矿区采空区治理工程主要对原有矿区内的采空区剩余煤炭进行露天复采，先复采后整平复垦，此项工程实施首先应保障当地居民的人身安全，改善居民的生存环境，按照以人为本的原则，科学地恢复治理。（二）、技术可行、经济合理

24、矿区地质环境恢复治理需要大量资金投入，治理工作应讲求实效，以济合理，设计应按照工程可行性与经济合理的原则，对治理方案进行优化。体现科学性和可操作性，以最小的投入获取最大的效益。3、量力而行、分步实施基于人力、物力、财力的考虑，渡口矿区地质环境治理投入应量力而行，治理工程应分步实施。4、因地制宜、综合治理，达到经济可持续发展矿区地质环境恢复治理是一项系统工程，地质环境恢复治理工作要与恢复治理后的开发利用相结合，与当地的经济建设相结合。提倡因地制宜，综合治理，使当地经济可持续发展。（二）本次工程主要内容针对矿区地质环境现状及造成的危害，本次治理工程包括：复采工程、复垦工程及绿化工程（图2-1-1）

25、表土剥离工程恢复治理工程复采工程复垦工程绿化工程平整压实工程覆土工程种植草坪种植林带露天复采工程图2-1-11、复采工程复采工程包括剥离表层耕植土工程、露天复采原有采空区工程。 剥离表层耕植土工程：为了确保覆土工程顺利实施，首先须对治理范围（包括塌陷区）内的表面耕植土全部剥离，运至指定地点集中存放，以备后用。 露天复采原有采空区工程：沿治理区的北部境界东西向拉沟，工作线向南推进，开拓至3号煤层底板即完成复采区的开拓降深工作。煤台阶及两层煤之间的岩台阶采用倾斜分层，岩台阶采用水平分层，将21+2煤层采空区残煤及其下部的3煤层的煤炭资源全部回收，待内排条件成熟后，即开始内排回填，即复垦工程，并从根

26、本上治理采空区，防止出现沉降及塌陷。2、复垦工程复垦工程平整压实工程及覆土工程，复垦面积约89.78104m2。通过该工程实施使矿区改造成农田或草原，恢复原有草原农田生产能力。3、绿化工程绿化工程主要内容为在治理区网格状种植林带，林带总长约6000m，边缘林带宽5m，网格间林带宽2m，林带间农田耕作或恢复草原地貌。（三）治理工程实施方案1、复采工程首先将治理区地表耕植土全部剥离运送至排土场单独存放。然后沿采场北部境界东西向拉沟，沿采场境界稳定帮坡角向下降深，工作线由北向南推进。采用工作帮移动坑线的开拓方式，采用露天开采单斗汽车工艺。初期工程量380万立方米全部外排至外排土场。此时即可形成内排条

27、件，待到开采至排土场时，即开始回填复垦工程。2、复垦工程将治理范围内的露天复采剥离物按照工程布置设计进行整平、压实，整平过程中要分层压实，分层厚度约50cm左右，压实后再覆盖上层。在整平压实的复垦区基础上覆耕植土，覆土0.5m，整平压实。具体工程量如下：（1）整平压实工程量治理区范围内全部整平压实，固体废弃物约2781104m3，覆土采用剥离后的地表耕植土。3、绿化工程（1）草坪治理区修建草坪，总面积89万m2。（2）植树沿治理区进行网格带种植林木，树种以杨树、柳树或经济林。（四）实物工作量依据顺兴煤矿采空区治理中复采、复垦、绿化工程设计，计算实物工作量见顺兴矿区恢复治理工程量汇总表（表1）顺

28、兴矿区采空区恢复治理工程量汇总表 表1工程项目单位工程量说明复采工程万m32781其中380万m3需外排。可复采煤炭590万吨复垦工程剥离表土万m353.4治理区平均厚度0.6m整平压实万m289.78治理区平均厚度约2m，包括固体废弃物2104m3覆土工程万m32781剥离的表土覆盖于表面，平均厚度0.5m绿化工程草坪万m289植树万株10种植杨树、柳树或杏树、其它果树，采空区边缘种植2行，株行距2m2m；网格间种植1行，株距2m。第三章 复采工程一、工作制度根据煤炭工业露天矿设计规范规定并结合本矿气候和软岩土等自然条件和开采工艺等因素，确定本露天矿采煤及剥离工作制度分别制定。（一）采煤工作

29、制度为了保障用煤单位对煤炭需要的连续性，考虑法定假日及气候影响，采煤采用全年连续工作制，每年330天，每天三班，每班8小时。（二）剥离工作制度本矿确定剥离工作制度主要依据气候影响。考虑严寒季节，设备故障率高，剥离台阶的冻帮冻顶需要爆破，会增加剥离成本。同时，由于台阶内部未被冻结的软岩和土含有较多水分，在挖掘机挖掘过程中，会冻粘在勺斗内壁，在汽车装运中会冻粘在车厢内壁上。这样均须采用清除措施，所有这些都会降低效率，影响经济效益。鉴于此，设计确定每年严寒季节停止剥离作业，从每年的12月起至翌日的4月1日止，停止作业4个月。每年雨季会对本矿土层和软岩的剥离工作带来影响，雨天会引起矿山道路和采掘工作面

30、，道路泥泞，挖掘机和汽车作业困难。因此，设计确定扣除雨季影响剥离作业0.5个月。综上，冬季停止剥离4个月，雨季不定期影响0.5个月，共停产4.5个月。年工作230d，每天3班，每班8小时。二、治理区境界东部及南部治理区境界以顺兴矿所给定的采空区境界为底部边界，以稳定帮坡角26度上推至地表，划定地表境界。北部以顺兴矿的矿权境界为地表境界，按稳定帮坡角26度下推至3号煤层底板。为其底部境界。西部考虑相邻矿的关系，保留保安煤柱。治理区地表拐点坐标见表3-1-1治理区境界地表拐点坐标表 表3-1-1序号坐标点X坐标Y坐标1L15476480.3040490730.502L25476704.404049

31、1400.003L35475288.7040491117.504L45475679.1040490226.20治理区底部拐点坐标见表3-1-2治理区境界底板拐点坐标表 表3-1-2序号坐标点X坐标Y坐标1D15476395.0040490798.002D25476551.0040491265.003D35475550.0040490981.504D45475762.0040490496.50三、工程量计算经平面法进行工程量的计算，本采空区治理工程共需剥离土岩2781万立方米，可复采采空区的残煤590万吨。四、采场及排土场边坡稳定设计采场边坡稳定取决于岩体强度,而岩体强度取决于岩块强度。由于报告

32、中无关于岩石节理,裂隙密度的统计资料,设计中不能依此来计算岩体与岩块之间的整体凝聚力减弱系数,只能根据临近矿山和地区相比较选取减弱系数为0.045。根据报告提供有限资料与类似矿山经验统计岩石力学指标见表3-1-3。岩石力学指标统计表表3-1-3项目指标岩系名称数值（）C（kPa）r(g/cm3)含水率（）砂质泥岩28324.512.35细砂岩31259.392.30粉砂岩30320.372.37泥 岩27270.452.37煤30.5151.001.28松散砂324.911.95表 土29.545.131.951、计算基础和方法边坡稳定与内摩擦系数，凝聚力、边坡岩性构成、分布、地下水位等诸多因

33、素有关，只能通预想与计算逼近值求解。本次设计采用Bishop法进行计算，条分法验算。假想滑动模式为圆弧滑动和圆弧直线滑动，滑动数学模型如下：F=式 中：XCi+（hi-.hwi）tgiXi/cosiYtgai.tgiZhiXisingaiQWZ2.a/R对每一条块必须满足的条件：cosai（1+Y/F）0.2式 中：F稳定系数C瞬时粘结力岩石容重h条块高度w水位的高度瞬时内摩擦角X条块宽度ai条块底面倾角Q张裂隙水的水平作用力有效正应力2、计算结果在采场的各个台阶高度和平盘宽度等帮坡要素设计之前，进行了帮坡稳定计算。对工作帮、端帮、最终工作帮均采用Bishop法。选取的帮坡暴露高度为80m，即

34、选取了还没有内排的那段帮坡的最大暴露高度；用Bishop法的边坡稳定计算程序进行了计算。从计算结果关系图中看到，当边坡角等于26时，边坡稳定系数为1.27。可以满足露天矿采场边坡稳定的要求，所以露天矿帮坡角取为26，但在本矿进行进一步的边坡工程地质勘探工作后根据具体条件对上述露天矿帮坡角进行修正。3、排土场边坡稳定计算（1）、计算参数的确定由于没有排土场稳定计算所必须的不同配比的排弃物料物理力学性质试验资料，设计只能按排弃物中各种岩性所占比例综合确定力学指标，并结合经验数据确定计算参数。排弃物料可分土沙与岩石两大部分。土岩混合后的内摩擦角为26，凝聚力为1Kpa，容重为1.95t/m3。（2）

35、、预想滑坡破坏模式排土场帮坡体是由土沙和岩石混合物料排弃而成，分车排弃的土沙和岩石，在顺台阶坡面上分层不很明显，松散体又经压实已产生再生凝聚力。所以滑坡破坏模式也是上部垂直裂缝，下部呈圆弧面滑落，如果基底不稳定，还将牵动基底隆起或基底顺层滑坡。（3）、计算方法由于排土场条件与采场相似，故亦采用Bishop法。计算结果为当排土场帮坡角为18时，边坡稳定系数为1.25。可以满足露天矿排土场边坡稳定的要求，所以露天矿排土场帮坡角取为18。同采场一样，在本矿进行进一步的边坡工程地质勘探工作后根据具体条件对上述露天矿边坡角进行修正。五、采场的防排水结合本矿规模及实际地形情况，露天矿采用地表截水与坑内排水

36、相结合的防排水方式。本矿所处位置地表迳流较小，为了使降雨所形成的地表迳流不流入采场，以减少采掘场排水量，在露天采场地面境界外用剥离物设置一定的简易防洪堤，并将地表迳流引自矿区低洼处，并根据地形特点对上游可能形成的洪水提前进行疏导。 1、露天矿采场防排水（1）采场排水方式的确定根据露天开采工艺、开采程序及矿床水文地质条件，综合考虑排水系统构成，设计在采场内设截水沟、导水沟，在采场最低处设集水坑。坑下采用移动泵站的排水方式。沿东北端帮设排水管线，通过坑下排水管网排至地面总排水沟内或汇集后作为矿区绿化用水或道路洒水。随着采剥时段的不同,煤层底板的出露面积大小是循环往复动态变化的,相应的积水空间也是动

37、态变化的。由于汇水空间狭小,排水和生产相互有干扰,需要及时调整泵站的位置和排水设备的能力,泵站移设较频繁,另外应在煤层顶板接排水管设置消防管路,防止煤层着火。（2）正常排水量的计算a、正常降雨迳流量采用多年雨季月平均降雨量116.67mm计算采场正常降雨量,采场正常降雨迳流系数为0.4。b、暴雨迳流量设计频率P=2%,采掘场暴雨迳流系数为0.5,内排土场为0.2,暴雨月平均降雨量201.30mm。达产后正常生产时期矿坑涌水量计算见表3-1-4。坑内正常排水量表表3-1-4季月平均降雨量（mm）汇水面积（km2）迳流系数最大暴雨量（m3/7d）地下涌水量(m3/d)正常降雨迳流量（m3/d）11

38、6.670.423045616.03135641.83（3）矿坑排水设备选择坑内正常时期排水设备的选择主要考虑地下水和雨季日平均降雨量所形成的地表迳流汇入坑内的排水。根据计算出的正常时期排水量和设计频率下的暴雨迳流限时排出量，露天矿达产年主要排水设备见表3-1-5。根据煤炭工业露天矿设计规范的要求，排水管路设双排管路，排水泵的电源采用双回路供电，其中一回工作，一回备用。露天矿达产年主要排水设备表表3-1-5时期设备名称主要技术参数数量备注正常生产时期IS135-68A流量Q=55m3/h扬程H=85m功率N=45kW2台1台备用检修分排水管直缝卷焊钢管D=80mm210m总排水管直缝卷焊钢管D

39、=225mm870m快速接头D80*830套快速接头D225*630套暴雨时期MD50-304多级耐磨离心泵流量Q=85m3/h扬程H=85m功率N=55Kw，1台六、开采与开拓1、开采工艺根据该矿煤层赋存条件、剥离物岩性、煤质及其物理力学性质，本露天矿可适用多种多样开采工艺。但考虑到本矿规模及相关条件，本设计推荐现在多数露天矿山使用的单斗汽车工艺为本矿的开采工艺。2、开采程序（1）、采区划分本采空区治理工程的规模比较小，采场的年推进强度不大。根据本矿煤层赋存情况及地形特点，对本治理区范围分为一个采区进行开采。（2）、拉沟位置的选择在治理范围的北部沿东西向进行拉沟。该处煤层距地表最近，初期剥采

40、比最小，相比基建量最小，且离所选择的外部排土场最近，该处拉沟比较合理。因此本设计确定在露天北部沿东西向进行拉沟。（3）、开采台阶划分台阶划分和台阶高度的确定，应满足以下基本原则：a、保证主要设备的作业安全；b、保证生产设备正常作业，并获得较高效率；c、有利于合理开采煤炭资源，减少煤炭开采的损失和贫化。根据以上原则，结合选则的开采工艺，设备选型以及地质条件，该矿台阶划分采取水平台阶形式。台阶高度划分为：煤层：按煤层的自然厚度划分台阶。松散层与岩层：5m10m。3、露天矿开拓露天矿采用工作帮移动坑线双出入沟的开拓方式，剥离台阶采用水平分层，采煤台阶采用倾斜分层。采剥工作平盘要素见表3-1-6。采剥

41、工作平盘要素表表3-1-6符 合符号意义单 位要素值采 煤剥 离H台阶高度m12.510A采掘带宽度m88a台阶坡面角6565C安全距离m33TA坡底安全距离m33T运输通道宽度m1111Bmin最小工作平盘宽度m25254、排土场（1）、排土场选择的原则、外排土场依靠采场就近设置，减少外排运距，降低运输成本。、有条件时应尽早实现内部排土，宜采用加高内排土场标高的方法实现全部内部排弃。、内、外排土场的最终排弃高程相适宜。、外部排土场的设置应与矿山其它地面设施统筹考虑。、施行复土造田工程，恢复和改善原有地表的植被状况，排土场的建设亦按有利于环境的恢复而施行。、排土场的建设应符合环境保护及环境治理

42、的要求，尤其要防止水土流失，实施水土保护。（2）外部排土场选择及容量计算、外部排土场选择根据本工程拉沟位置选择，设计考虑在治理区南部建立外排土场。待到内排条件成熟后，全部内排，并将外排量回填至采场内。、外排土场容量计算露天矿剥离物在实现内排以前需要外排，外排土场容量计算如下：计算公式：Vp=VoKsKb式 中：Vp外排土场所需容量， m3；Vo总外排量 m3；380.5104m3Ks排弃物最终松散系数，1.10；Kb外排土场容量备用系数，1.10。经计算，外排土场所需容量为460.40104m3，设计排弃高度为20m，排土台阶数2个，外排土场总占地11.9hm2。（3）内部排土场按照该矿煤层赋

43、存条件，当矿坑推进，沟底达到一定宽度时可以逐渐实行内排，并通过加高内排土场总高度实现全部内排。排土方法为推土机配合自卸卡车。当外排总量达到380万立方米时，即可实现内排。排土场最小工作平盘宽度50米； 台阶高度20米； 排土场最终排弃高度40米； 最终边坡角185、设备选型本采空区治理所用主要设备见表3-1-7。露天矿达产年主要设备表表3-1-7序号设备名称设备型号及规格单位数量备注1液压反铲2.0 m3台82前装机ZL50台43推土机T180台44T220台25自卸汽车20t台6运煤6自卸汽车20t台25剥离7平路机台18洒水车10t台29加油车5t台110指挥车皮卡台36、穿孔爆破本采空区

44、治理方案采装设备是由液压挖掘机进行采煤和剥离，本矿煤及岩较软，无需爆破就可由液压挖掘机直接进行采装，所以在本开发利用方案中不设穿孔爆破环节，不涉及穿爆内容。第四章 安全措施一、在老窑及采空区上方作业的安全措施本项目为采空区治理工程，井工开采后采空区的存在，对本工程的安全构成极大威胁。因此，必须引起生产管理人员的高度重视：首先矿山应设立采空区作业的专门管理机构，对采空区作业进行专门管理，具体做法为：首先将原有井下全部巷道及采空区的位置、范围反映在露天采掘工程平面图上，进行井上下严格对照，并在现场进行测量标定，设置警示牌示警；其次，要制定具体的采空区生产作业规程，对具体作业人员进行培训，让作业人员

45、对面临的现实危险有足够的认识，能够严格按作业规程进行生产，对异常情况有思想准备；再次，管理机构要对生产作业情况经常进行核查，发现异常及时进行处理；最后要制定突发事故的抢险救援预案。作业中的具体注意事项为：利用空巷探测仪器首先对采剥作业区进行空巷探测，确定采空区的大体方位，在上部10米以内进行剥离作业时，采、运及辅助设备不得横垮旧巷及采空区，必须由挖掘机站立在旧巷及采空区暴露端头的另一侧进行挖掘，使旧巷及采空区顶板冒落充实后，挖掘机及其它设备才可横垮旧巷和采空区进行作业，此两条作业规程不得随意改变。在旧巷及采空区上部覆盖层厚度超过10米进行剥离作业时，由于挖掘机及其它设备均属小型设备，自重不大，可以横跨旧巷和采空区作业，但要随时观察。采空区作业必须实行特殊作业专项负责制，专门管理机构要指派人