发布时间：2023-10-10 17:16:15
绪论：一篇引人入胜的露天煤矿灾害防治，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
煤炭是我国的主体能源，是国民经济健康稳定发展的重要基石［1］。煤炭生产往往面临水害的威胁，其是与瓦斯、煤尘、火和顶板灾害并列的五大灾害之一，将长期伴随煤矿建设和生产活动，水害防治工作任重而道远［2］。露天煤矿受自然条件影响较大，尤其是夏季连续降大雨、暴雨而引发的洪水，给露天矿的安全和生产都会造成重大影响［3］。洪水灾害作为露天矿主要灾害之一，我们必须引起高度重视。防水和排水是露天矿山的辅助生产工作，但它却是保证矿山安全和正常生产的先决条件［4］。露天矿坚持地面水地上排，通过修建拦截水沟把水排到采区外，地面防排水主要是防、堵、疏、排、截的综合治理［5］。如果将截排的地表水、露天矿坑内积水与地下水进行综合利用，实现变害为宝、变废为宝，这样会带来显著的经济效益与社会效益［6］。本文以红沙泉露天煤矿北侧局部防治水为例，充分利用现代测量设备和计算机软件，通过方案对比与概略经济评价，最后确定防洪渠参数和修建位置，实现变害为宝。
1矿区水文地质
1．1地形地貌
红沙泉露天煤矿处于准噶尔盆地东部腹地，南为天山、北为克拉麦里山。由于南部天山强烈的上升作用，在山前堆积了巨厚的冲－洪积物，组成了沿山麓向聚煤盆地内部倾斜的倾斜平原，形成了较好的储水构造，成为潜水和自流水分布区。潜水埋深由天山山麓向盆地中心逐渐变浅，径流条件变差，水质变坏;地下水依靠蒸发与蒸腾而排泄，盐分大量集中形成盐碱地。区域地势总体呈向南缓倾的斜坡，但地势东、南高，北、西低;地貌形态为残丘状的剥蚀平原，海拔657～753m，最大高差96m，相对高差一般在30m左右。接近盆地边缘地带，径流非常微弱，基本属于垂直交替带。
1．2气象
本地区属大陆干旱荒漠气候，年温差和昼夜温差较大，6～8月份为夏季，气候炎热，白天气温常在40℃以上，绝对最高气温达43．2℃(2004．7．13);11月～次年2月份为冬季，气候严寒，绝对最低气温达－49．8℃(1969．1．26)。年平均降水量106mm，年蒸发量1202～2382mm，全年日照3053h，8月份偶有雷阵雨，冬季积雪稀少。矿田内常年多风，多以西北风为主，风力一般4～5级，经常有7～8级大风，最大可达10级以上并伴有强大的沙尘暴天气。
1．3水文
矿田内大多数地段地表无常年水流。在露天矿南缘著名的红沙泉是唯一的泉水点。以泉水为源头，形成径流，流向北，流出约200m后径流下渗或蒸发终结。暂时性水流主要由夏季偶降暴雨形成的地表水，顺自然冲沟流向古河床，从矿区西北方向流出，或向低洼地段汇集、滞留。低洼处滞留的地表水在原地下渗或就地蒸发，最终形成淤积泥板地(俗称白板地)或盐渍化砂土。
2红沙泉露天矿北部状况
2．1水害概况
红沙泉露天煤矿北部总体地势北高、南低，面临的主要洪水威胁来自北部山丘地表汇水。随着基建的进行，新修铁路运输环线破坏了原有北部挡水坝，短时强降雨过后，地势低洼处产生大面积积水，铁路路基被积水浸泡，给铁路运输带来了安全隐患，同时也威胁到外排土场边坡。
2．2防排水系统分析
对红沙泉露天煤矿北部和铁路环线进行实地踏勘，经过分析研究可知:铁路路基被浸泡的主要原因是北部汇水面积过大，暴雨洪峰流量已超越了东侧地面铁路沿线防洪渠的排水能力。因防洪渠距离国信电厂运煤皮带转运点太近，无法进行加宽加高，所以决定在红沙泉露天矿北部山坡上修建一条南北走向防洪渠，最大限度地拦截北部山坡汇水，减轻东侧铁路沿线防洪渠的排水压力，确保运煤铁路安全。
3防洪渠设计与研究
3．1绘制地形图
地形测绘是设计防洪渠的前提，利用3D激光扫描仪－RIEGLVZ－2000i对红沙泉露天煤矿北部地形进行扫描，提取高程点与坐标数据，减少野外工作时间和体力劳动。利用南方CASS软件绘制地形图，本次选用比例尺为1∶2000，等高距为1m的地形图。
3．2初步修建位置
参考自然水流路径，根据山脊线和山谷线的位置、走向，避开等高线密集处和剧烈弯曲地段，最大限度地拦截北部地表水，保持防洪渠平直，利用自然地形，减弱地表汇水对防洪渠的冲刷，与现有防洪工程相连。初步确定防洪渠修建位置如图1与图2所示，形成两个方案。方案1:建a－d段防洪渠，汇水从a点流向d点，最后汇入1号防洪渠，全长1550m。利用RTK进行放线，绘制防洪渠地表断面图如图3所示，由图3可以看出，从a点到d点高程逐渐下降，局部地段落差最大值为0．53m。优点:充分利用现有防洪系统，汇水直接流入1号防洪渠，最后进入古河床。缺点:防洪渠较长，破坏备用运煤砂石路，给矿区运输带来了麻烦。方案2:建a－c段防洪渠，汇水从a点流向c点，利用自然水流路径，汇水通过铁路排水沟排水口流入矿区主干道路旁树林带，全长1000m，汇水可用于绿化灌溉。优点:防洪渠短，与现有防洪系统结合，充分利用了地表水资源。缺点:暴雨时，汇水量大，铁路环线排水沟排水压力大。
3．3工程水力计算
3．3．1汇水面积由于雨水是沿山脊线向两侧山坡分流，所以汇水面积的边界线是由一系列的山脊线连接而成的。为了更准确圈定汇水面积，选择在等高距为0．4m的1∶2000地形图上进行圈定如图4所示，方案1的汇水面积为794949m2，方案2的汇水面积为407403m2。3．3．2暴雨径流量计算红沙泉露天煤矿年产800万t原煤，服务年限超过50a，属于大型露天煤矿，采用50a一遇、Ti日最大降雨量的地面防水工程的防洪标准。依据《全国分区经验公式成果表》和该防洪标准，先按暴雨频率2%计算洪峰流量，再按暴雨频率1%进行校核。暴雨频率2%的洪峰流量:Q2=K×Fn1(1)式中:F—汇水面积，km2;查表K=0．54～1;因F＜3，K取值为0．55，n1取值为0．75;按1%暴雨频率校验，查表得Q1÷Q2=1．09，则暴雨频率1%的洪峰流量:Q1=1．09Q2(2)将F、K、n1数据代入公式(1)，并按公式(2)计算防洪渠的洪峰流量，详见表1。3．3．3防洪渠设计露天开采的特点使矿区不可能建造永久性构筑物来防范洪水，除排土场和两侧端帮的设施使用时间稍微长久以外，其余地区的设施都会在很短的时间内完成它的使命，所以防治设施必须以经济实用为原则。且本次防洪渠在矿区外修建，因此建成倒梯形无铺砌导流明渠。采用日立ZX360K－5A挖掘机修建防洪渠，考虑到设备铲斗参数和水力上最经济的梯形断面尺寸，因此沟的边坡取1∶0．5，导流明渠底宽b为1m。无铺砌倒梯形导流明渠沟内水深计算:Q1=wv=(bh+mh2)v(3)式中:v—水在沙砾土中的流速为1．2m/s;将Q1、v、m、b数据代入公式(3)中，解一元二次方程，则得出排水沟设计水深h，再加0．3m安全高度为防洪渠全深，具体见表2。
3．4经济性评价
3．4．1工程量经水力工程计算，由表2可以看出，方案1防洪渠长度虽然只比方案2长了550m，但方案1工程量却是方案2的2倍，方案2修建成本明显低于方案1。3．4．2水资源利用因防洪渠直接拦截，方案1汇水直接排入矿区西北古河床。方案2利用自然水流路径和自然冲沟，可收集方案1全部汇水，因绿化带为抗碱性榆树，地表汇水可直接用来绿化灌溉。
4方案选择
对比两个方案，在保证安全前提下，综合考虑其经济性，充分利用水资源，最后决定选择方案2。防洪渠修建采用原地开挖方式，利用排弃岩土修建挡水墙，挡水墙与防洪渠结合，拦截漫过防洪渠的洪水。挡水墙为正梯形，位于防洪渠南侧边缘0．5m处，防洪渠及挡水墙断面如图5所示。图5防洪渠及挡水墙断面图5结语防洪渠在保证安全生产前提下进行合理的设计与经济性评价。尤其像红沙泉露天煤矿这种“富煤贫水”的西北干旱地区，水资源显得更宝贵，修建防洪渠更应该充分利用水资源。干旱地区地表水资源的再利用，可缓解严重缺水的现象，实现露天煤矿经济的可持续发展，也是防洪设计必须参考的重要依据之一。
参考文献:
［1］靳德武，乔伟，，等．煤矿防治水智能化技术与装备研究现状及展望［J］．煤炭科学技术，2019，47(03):10－17．
［2］董书宁，王皓，周振方．我国煤矿水害防治工作现状及发展趋势［J］．劳动保护，2020(08):58－60．
［3］武强，刘正林，董书宁，等．煤矿防治水细则解读［M］．北京:煤炭工业出版社，2018．
［4］高永涛，吴顺川，王青，等．露天采矿学［M］．长沙:中南大学出版社，2010．
露天煤矿区对土地资源的破坏主要表现在露天采场的直接挖损、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁,致使原土地不复存在,压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失。挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被,导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰,使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化。
(二)水污染问题
露天煤矿开采对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等,大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类,含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染,渗入地下含水层,也会污染地下水体。此外,采场周围水体和大气降水汇入采场矿坑,也会由于矿坑积水浸润采场的残煤露头,而使煤层中的硫和重金属等污染物质溶入水体而使地下水受到污染。
(三)空气染污问题
露天煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘。此外,露天煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被,每个露天煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地,春秋时节,荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的污染。
(四)环境地质问题
露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害,危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全,造成人员伤亡及巨大的经济损失。因此,滑坡、塌陷等地质灾害贯穿于露天矿开采的始终,并有可能延续到闭坑后。
二、露天煤矿开采引发环境问题的防治对策
(一)土地破坏的防治措施
1、耕作层土壤和表层土壤是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤,是深层生土所不能替代的,对于植物种子萌发和幼苗生长有着重要作用。应对矿区拟破坏的露天采矿场熟化的表土进行剥离,用汽车运输到指定表土堆放场堆存,闭矿后直接作为露天采矿场复垦用土。
2、修建运输道路时,要充分利用已有矿山运输道路、乡村道路,不占或少占耕地、林地。避开土壤状况良好、植被生态复杂地段,减少对矿区植被和土壤的破坏。
3、采用机械、人工等方式对采场边坡进行清理,清除松动、凸起的碎(块)石。对平台进行人工、机械平整,清除场地内较大石块;休息室、表土堆放场建筑进行拆除、平整;区内道路进行平整、回填;平整后场地坡度要满足复垦场地需求。
4、对平整后的平台场地穴状坑及采场边坡平台进行覆土,覆土来源为矿山开拓时剥离堆存于表土堆放场的表土。采用机械、人工等方式,剩余的表土采取就近的原则平覆于拟复垦林地的场地,覆土平均厚度≥0、5米。
5、矿区复垦土壤以生土为主,土壤养分含量和地力不足,恢复待复垦土地的肥力和生物生产效能,就必须采取恢复土壤、肥化土壤的措施。因此复垦的地块根据当地情况增施农家肥与生物菌,林木落叶留底以提高土壤的有机物含量,改良土壤结构,改善土壤理化性状,增加土壤肥力。
(二)空气污染的防治措施
1、施工扬尘防治措施。土石方开挖避免在大风天气进行,完工后及时回填、平整场地;工业场地辅助配套工程施工,首先做好路面硬覆盖;易产生扬尘的建筑材料采用封闭车辆运输;设置围布、挡板,禁止高空抛撒建筑垃圾和起尘的料、渣土的 外溢;施工扬尘防治关键要加强施工管理,管理到位,可以有效减轻对环境的影响。
2、运营期地面运输系统的防尘措施。输煤系统带式输送机栈桥露天部分均加设皮带罩棚,筛上设布袋除尘器集尘;在其周围设置彩色防风挡板,阻挡煤尘的扩散。储煤设施应采用圆筒仓储煤方式;转载点、原煤卸载站设置通风除尘装置和喷雾洒水装置。
3、采场、排土场扬尘治理。对采掘工作面,合理布置炮孔,正确选择爆破参数和加强装药、 冲填等作业的管理,爆破前向岩体注射高压水,或利用洒水装置;钻机设袋式集尘器,爆破后洒水降尘;配备洒水车往返于坑内外道路,对排土场工作面及其与采掘场之间的道路进行经常性地洒水,以增加路面、 作业面积尘湿度。排土场定期碾压,降低起尘。对已经结束排弃的排土场平台,在不影响整个露天矿排土作业的条件下及时覆土绿化;沿固定帮坡种植防风林带。
(三)边坡防治措施
1、高度重视露天矿边坡管理工作,建立健全边坡安全管理机构制度,剥采生产应严格按照设计给出的边坡角、平台进行留设,严禁越采超挖。
2、采用边坡稳定性雷达或边坡监测机器人加强边坡变形监测工作,及时掌握边坡变形的动态情况和规律,对于出现的任何局部、小规模的边坡坍塌滑落还要进行专门的分析和治理方案设计。
3、露天矿地下水丰富,建议建立完善的疏干排水系统,在采场发现出水点,详查后打水平孔,释放静水压力,夏季暴雨会给采场边坡稳定性带来威胁,此时要加强疏干,特别是断裂带和煤层顶底板的弱层,一定要详查,做到“有疑必探,先探后采”。
4、建立日常的巡查监测制度,特别是春季解冻期、雨季或坡面上出现沉陷裂缝时更要加强巡查监测,一旦发现异常情况(如边坡有明显失稳先兆)及时预警避让,或采取防治工程措施。
5、抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施。
(四)水污染的防治措施
1、修筑截矿山排水沟渠。矿山排水沟渠沟建于矿场四周,当雨季降水量大,既起到阻挡作用,而且还起到梳流作用。
2、河流改道。针对穿过矿区的河流,必须对河流进行改道迁徙,路线改道应选择短,地势平缓弱渗水地段。同时还要考虑矿山的发展前景,避免二次分流。新河道的起点应该在河床冲刷易发区进行选择,并与原有的河道河势想适应。
3、调洪水库。季节性的地表水流横穿开采境界时,除采取改道措施外,须在矿区上游修筑调洪水库截流和贮存洪水。
4、修筑拦河堤。当露天开采和附近的河流周围地面水平的境界,湖白的岸边标高相差较小,甚至低于岸边地形时,应该修建岸边护堤堰。防止河水漫灌到采矿场。
一、露天煤矿开采引发的环境问题
（一）对土地的破坏
露天煤矿区对土地资源的破坏主要表现在露天采场的直接挖损、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁，致使原土地不复存在，压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失。挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被，导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰，使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化。
（二）水污染问题
露天煤矿开采对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等，大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类，含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染，渗入地下含水层，也会污染地下水体。此外，采场周围水体和大气降水汇入采场矿坑，也会由于矿坑积水浸润采场的残煤露头，而使煤层中的硫和重金属等污染物质溶入水体而使地下水受到污染。
（三）空气染污问题
露天煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘。此外，露天煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被，每个露天煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地，春秋时节，荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的污染。
（四）环境地质问题
露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡，由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害，危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全，造成人员伤亡及巨大的经济损失。因此，滑坡、塌陷等地质灾害贯穿于露天矿开采的始终，并有可能延续到闭坑后。
二、露天煤矿开采引发环境问题的防治对策
（一）土地破坏的防治措施
1.耕作层土壤和表层土壤是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤，是深层生土所不能替代的，对于植物种子萌发和幼苗生长有着重要作用。应对矿区拟破坏的露天采矿场熟化的表土进行剥离，用汽车运输到指定表土堆放场堆存，闭矿后直接作为露天采矿场复垦用土。
2.修建运输道路时，要充分利用已有矿山运输道路、乡村道路，不占或少占耕地、林地。避开土壤状况良好、植被生态复杂地段，减少对矿区植被和土壤的破坏。
3.采用机械、人工等方式对采场边坡进行清理，清除松动、凸起的碎（块）石。对平台进行人工、机械平整，清除场地内较大石块；休息室、表土堆放场建筑进行拆除、平整；区内道路进行平整、回填；平整后场地坡度要满足复垦场地需求。
4.对平整后的平台场地穴状坑及采场边坡平台进行覆土，覆土来源为矿山开拓时剥离堆存于表土堆放场的表土。采用机械、人工等方式，剩余的表土采取就近的原则平覆于拟复垦林地的场地，覆土平均厚度≥0.5米。
5.矿区复垦土壤以生土为主，土壤养分含量和地力不足，恢复待复垦土地的肥力和生物生产效能，就必须采取恢复土壤、肥化土壤的措施。因此复垦的地块根据当地情况增施农家肥与生物菌，林木落叶留底以提高土壤的有机物含量，改良土壤结构，改善土壤理化性状，增加土壤肥力。
（二）空气污染的防治措施
1.施工扬尘防治措施。土石方开挖避免在大风天气进行，完工后及时回填、平整场地；工业场地辅助配套工程施工，首先做好路面硬覆盖；易产生扬尘的建筑材料采用封闭车辆运输；设置围布、挡板，禁止高空抛撒建筑垃圾和起尘的料、渣土的 外溢；施工扬尘防治关键要加强施工管理，管理到位，可以有效减轻对环境的影响。
2.运营期地面运输系统的防尘措施。输煤系统带式输送机栈桥露天部分均加设皮带罩棚，筛上设布袋除尘器集尘；在其周围设置彩色防风挡板，阻挡煤尘的扩散。储煤设施应采用圆筒仓储煤方式；转载点、原煤卸载站设置通风除尘装置和喷雾洒水装置。
3.采场、排土场扬尘治理。对采掘工作面，合理布置炮孔，正确选择爆破参数和加强装药、 冲填等作业的管理，爆破前向岩体注射高压水，或利用洒水装置；钻机设袋式集尘器，爆破后洒水降尘；配备洒水车往返于坑内外道路，对排土场工作面及其与采掘场之间的道路进行经常性地洒水，以增加路面、 作业面积尘湿度。排土场定期碾压，降低起尘。对已经结束排弃的排土场平台，在不影响整个露天矿排土作业的条件下及时覆土绿化；沿固定帮坡种植防风林带。
（三）边坡防治措施
1.高度重视露天矿边坡管理工作，建立健全边坡安全管理机构制度，剥采生产应严格按照设计给出的边坡角、平台进行留设，严禁越采超挖。
2.采用边坡稳定性雷达或边坡监测机器人加强边坡变形监测工作，及时掌握边坡变形的动态情况和规律，对于出现的任何局部、小规模的边坡坍塌滑落还要进行专门的分析和治理方案设计。
3.露天矿地下水丰富，建议建立完善的疏干排水系统，在采场发现出水点，详查后打水平孔，释放静水压力，夏季暴雨会给采场边坡稳定性带来威胁，此时要加强疏干，特别是断裂带和煤层顶底板的弱层，一定要详查，做到“有疑必探，先探后采”。
4.建立日常的巡查监测制度，特别是春季解冻期、雨季或坡面上出现沉陷裂缝时更要加强巡查监测，一旦发现异常情况（如边坡有明显失稳先兆）及时预警避让，或采取防治工程措施。
5.抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施。
（四）水污染的防治措施
1.修筑截矿山排水沟渠。矿山排水沟渠沟建于矿场四周，当雨季降水量大，既起到阻挡作用，而且还起到梳流作用。
2.河流改道。针对穿过矿区的河流，必须对河流进行改道迁徙，路线改道应选择短，地势平缓弱渗水地段。同时还要考虑矿山的发展前景，避免二次分流。新河道的起点应该在河床冲刷易发区进行选择，并与原有的河道河势想适应。
3.调洪水库。季节性的地表水流横穿开采境界时，除采取改道措施外，须在矿区上游修筑调洪水库截流和贮存洪水。
4.修筑拦河堤。当露天开采和附近的河流周围地面水平的境界，湖白的岸边标高相差较小，甚至低于岸边地形时，应该修建岸边护堤堰。防止河水漫灌到采矿场。
5.防渗帷幕。防渗帷幕防水是在露天矿开采境界以外，在地下水涌人采场的通道上，设定若干一定距离的注浆钻孔，并依靠浆料在裂缝中的扩散，凝结组成一道挡水隔墙，所谓防渗帷幕就是指由若干个注浆钻孔所组成的挡水隔墙。
三、结语
露天煤矿开采环境问题的防治是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、环境科学、采矿学、水土保持学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策，追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展，实现矿区的可持续发展。
