露天煤矿排土场施工设计.docx
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露天煤矿排土场施工设计
前言
1项目背景
1.1项目名称
鄂尔多斯市蒙西鑫盛煤业有限公司煤矿（以下简称鑫盛煤矿）2017年度排土场施工设计。
1.2位置
鑫盛煤矿排土场位于已批复的征地范围内，本年度施工范围在露天矿采区内。
1.3设计范围、设计原则及设计依据
1.2.1设计内容
鑫盛煤矿排土场内容包括：
本年度排弃计划、设备投入、生产安全技术措施、复垦等内容。
1.3.2设计原则
（1）严格贯彻执行国家有关政策和法律法规，严格执行设计有关规程规范。
（2）严格执行煤炭安全质量标准化标准对排土场规定要求。
（3）排土工艺按照本矿劳动力技术水平编排。
（4）符合安全生产要求，充分利用现有工程及设备，降低生产成本。
（5）符合环境保护要求，充分体现建设“绿色矿山”的设计理念。
1.3.3设计依据
1.3.3.1内蒙古自治区国土资源厅颁发的《采矿许可证》，证号：
C1500002010121120086451。
1.3.3.2内蒙古自治区国土资源厅关于《内蒙古自治区桌子山煤田木尔沟矿区鑫盛煤矿煤炭资源储量核实报告》矿产资源储量评审备案证明（中矿蒙储评字【2006】204号）
1.3.3.3内蒙古自治区煤炭工业局《关于鄂尔多斯市蒙西鑫盛煤业有限公司煤矿技术改造初步设计的批复》（内煤局字［2013］176号）。
1.3.3.4《煤炭工业露天矿设计规范》（GB50197-2015）。
1.3.3.5《煤矿安全规程》（2016年版）。
1.3.3.6用地协议。
1.3.3.7鑫盛煤矿露天煤矿采运排现状图。
1.3.3.8鑫盛煤矿2017年生产安排计划。
2排土场岩土工程概况
2.1排土场自然气象和地形、地貌
2.1.1矿田所在区域东西两侧为由石灰岩组成的中山，最高海拔1700m，矿区位于其中狭长的低山区，海拔1200～1285.65m，总体地势北高南低，相对高差85.65m，地势起伏较小。
2.1.2当地气候属典型的沙漠干旱大陆性气候，春季干燥，夏季炎热，冬季寒冷，全年多风。
根据历年气象资料，最高气温38.6℃，最低-32.6℃，年平均气温23.7～7.8℃，年降水量87.8～357.6mm，平均173mm，年蒸发量3132.1～3919.3mm，平均3485.1mm，常年缺水，仅在7、8、9月份为雨季，降雨量占全年的60%，并常以暴雨突发，形成间歇性洪水。
春、秋、冬季多风沙，一般为西北风，平均风速3.1m/s，最大风速28m/s，无霜期在156～165天之间，最大冻土深度1.24m。
2.1.3矿区东西两侧为桌子山、凤凰岭，地处干旱的半荒漠、半干旱地带，常年无地表迳流，仅在雨季苏背沟有洪水倾注而下，矿区大部分地区属低山丘陵地形，且坡度较大，降水又比较集中，利于排泄而不利于汇集，渗透到地下是其中的一小部分。
鑫盛煤矿及周边出露地层主要有古生界寒武系上统炒米店组9（∈）、奥陶系下统（O11-2）～下部为三道坎组，奥陶系下统桌子山组（O1z）含煤盆地基底，石炭系上统太原组（C2t），二叠系下统山西组（P1sx1）、二叠系石盒子组（P1-2sh）、二叠～三叠系石千峰组石千峰组（P2sh）以及第四系。
含煤地层为石炭系上统太原组（C2t）及二叠系下统山西组（P1s）；各组间均为连续沉积，整合接触。
从下至上叙述如下：
1、寒武系上统炒米店组（∈3c）：
出露在矿区的北西边界，厚度不全，约140m左右。
主要由薄层状石灰岩（具泥质条带），及竹叶状灰岩组成。
2、奥陶系下统（O11-2）：
出露于矿区的东部的中山区和西南部，下部为三道坎组、上部为桌子山组、上部灰色厚层状石灰岩，质纯，坚硬，含植物化石；下部灰色薄层状，灰岩夹石英岩互层，厚度120-160m。
3、石炭系上统太原组（C2t）：
根据岩性组合及含煤性可分为第一、二两个岩段。
（1）第一岩段（C2t1）：
出露在矿区的北部东西两侧，由探槽及钻孔揭穿。
上部岩性为灰黑色砂泥岩、泥岩、粘土岩及煤层；中部岩性为灰、灰白色石英质细砂岩，十分坚硬，位于17号煤层上部；底部岩性主要由灰黑色的砂泥岩、泥岩、煤层组，但夹有一层泥灰岩，位于17-1与17-2号煤层之间，含腕足类动物化石。
含14、14下、15-1、15-2、16-1、16-2、17-1、17-2、18、19及20号煤层，统称“丙煤组”，其中14号煤层全区发育良好，主要可采煤层，本组整合于第二岩段之上，地层厚度28～50m，平均39m。
（2）第二岩段（C2t2）：
出露于矿区的北部东西两侧，基本伴随一岩段产出。
自上而下由灰白色中厚层状-薄层状细或粉砂岩、煤层、灰黑色薄层状常具水平或波状层理的砂泥岩、灰白色细或粉砂岩、灰黑色泥岩砂泥岩夹煤层组成，含11、12、13号煤层，厚度22～36m，平均27m，是区域主要含煤岩段之一。
4、二叠系下统山西组（P1sx1）和石盒子组（P1sh2-4）：
零星出露于矿区的中、北、东部。
上部，丙煤组之上。
灰、灰黑色砂泥岩、粘土岩、砂质粘土岩、灰白色粗砂岩和煤组成，下部局部出现白色细砂岩，较坚硬，含1～10号煤层，统称“乙煤组”，厚度92～118m，平均105m，厚度变化不大，是区域主要含煤岩段之一。
5、二叠系上统石盒子组（P2sh1-3）：
零星出露于矿区中、南部，灰白色，厚层状，含砾粗砂岩，局部夹中细砂岩及紫红色砂泥岩，斜交层理发育，厚度为29～55m，平均厚37m。
6、第四系全新统（Qh）：
风积、残坡积、冲洪积层，由砂土、亚砂土、砾石、风积砂等组成，一般厚度5～10m，最大厚度50m，分布在现代河床以及地势平坦之处。
3.地基工程分析
3.1场地地震效应
根据《中国地震动参数区划图》（GB-18306-2015），本区地震动峰值加速度（g）为0.20，对照地震烈度Ⅷ度，属强震区预测范围。
3.2地质构造与场地稳定性及适宜性
本区大地构造单元属华北地台鄂尔多斯西缘坳陷之桌子山褶断束，主要构造线方向近于南北向和东西向。
桌子山煤田以褶皱和断层形式出现，桌子山背斜轴向近南北向，东翼构造较西翼复杂，地层倾角多在25度以上，断层较发育且逆断层较多；西翼地层倾角一般10-25度，断层多为正断层且走向多为东西向与地层走向正交或斜交。
无论东翼或西翼次一级褶皱均不发育，除在逆断层附近有时形成一些不对称向斜外，一般均是被东西走向正断层所切割的单斜构造。
本矿所在的木尔沟矿区总观为一不对称的向斜构造，褶曲是本区构造形态的主要控制因素，另外断层较发育。
本区域未见岩浆岩侵入。
区域地层简表
界
系
统
组
代号
厚度（m）
主要岩性
新生
界
第四
系
全新统
Qh
0-14.52
风积、残坡积层，冲洪积层，由砂土、亚砂土、砾石、风积砂组成。
古
生
界
二叠
系
二叠
三叠系
石千
峰群
P2-T1s
0-285.85
上部紫红色，灰绿色杂色砂泥岩、泥岩、细砂岩，下部紫红色砂泥岩与灰白色粗砂岩互层。
上-下统
石盒
子组
P1-2sh
96.40
上部灰白色，厚层状粗砂岩，含小砾石；中部灰白色，紫色砂泥岩、泥岩，砂质粘土岩；下部灰白色，厚层状，含砾粗砂岩.
下统
山西组
P1sx
97.04
上部灰绿色、红色或带紫色的砂泥岩、泥岩，灰白色砂岩夹透镜状细砂岩含煤层；中部灰白色砂岩，灰、灰黑色砂泥岩夹粘土岩含煤层；下部灰、灰黑色粘土岩，砂泥岩和煤组成。
石炭
系
上统
太原组
C2t
85.08
上部黑色砂质泥岩，泥岩为主夹灰白色细砂岩，局部厚层状粗砂岩含黄铁矿结核，含煤层；下部灰，灰白色石英质细砂岩，黑色泥岩或粉砂质泥岩夹煤层,底部灰白色石英质细中砂岩，灰、灰绿色，深灰色砂质粘土岩，含铁矿。
奥陶系
下统
O11-2
407
-
1216
上部灰色厚层状石灰岩，质纯，坚硬，含植物化石；下部灰色薄层状，灰岩夹石英岩互层。
寒武
系
上统
炒米
店组
∈3c
266-653
浅灰色泥质灰岩，竹叶状、鲕状、肾状灰岩及绿色泥岩组成。
4.排土场设计
4.1外排土场选择
4.1.1外排土场选择原则
修改设计后，露天矿采用顶板向底板推进，煤层底板随推进逐步抬高，非工作帮（两帮）与煤层顶板形成夹角，露天矿只有同区跟踪内排的条件，但仍需要一定的剥离量排弃到外排土场。
主要原因为内排土坡角与采煤坡角之间要留足距离，因此，外排土场选择的原则为：
（1）尽量缩短外排运距、降低运输成本，外排土场位置应力求靠近采掘场附近布置，并且高段排土。
（2）土、岩剥离物的排弃，必须满足国家有关环保方面法律、法规的要求，以避免废弃物流失及有害成份对周边环境的影响，做到安全、环保，符合国家环境保护及治理方面的要求。
（3）充分利用矿区周边地形特点，填沟平地，消除冲沟阻断，使排土与复土造田相结合、改善当地环境条件。
（4）根据采场与排土场相对位置合理布置运输系统及排土场工作线，使汽车外排运距波动变化幅度控制在一定范围内，以确保运输设备及人员数量的相对稳定。
（5）充分考虑地面工业设施、村庄、农田及道路交通分布情况，应做到避离村庄不占或少占农田，合理进行布局。
（6）排土场设置应与地面防排水工程相互兼顾，做到拦、蓄、排相统一。
4.1.2外排土场选择依据
（1）《内蒙古自治区桌子山煤田木尔沟矿区鑫盛煤矿煤炭资源储量核实报告》所附的1：
5000地质地形图，等高距2.5m；
（2）原《采矿许可证》矿权范围以及本设计圈定的露天开采地表境界；
（3）业主提供的采场工程位置和地面工程布置（见附图C41001G-1112-1《现场实测工程位置平面图》）；
（4）区域工程地质和水文地质资料
4.1.3外排土场的选择
本矿田的周边情况复杂，对设置外排土场不利：
采场两侧地形较高，地域狭窄，只能在采场两侧排土，后期实行跨区内排。
目前的工程位置图已经反映出外排土的困难，而且排土场比较分散，利用率不高，建议矿方按需要继续征地。
（见附图C41001G-1112-1《现场实测工程位置平面图》）。
因此，本设计沿用原外排土场位置，但对排土场现状进行整合。
5.排土场容量计算
5.1内排土场容量计算
本矿因煤层倾角较大，无法进行同区内排，但当一个采区结束后可实行跨区内排。
目前露天矿在矿田南部进行灭火，已经部分实行跨区内排（北部），但仍有很大一部分需外排，主要是内排土与剥离灭火的工作面距离较近，为保安全采场工作面与内排土工作面之间底部需留一定空间，但当北部生产完全结束后北部可全部内排回填，直至恢复原有地形。
则露天矿的内排土场容积为原南部和北部采空区的实体容积除以最终松散系数。
北部共有剥离灭火工程量2430.15×104m3，外加原煤剥挖体积173×104m3（原煤量÷煤层容重），露天矿中部和北部的实体容积为2603.15×104m3
可内排容量为实体容积÷最终松散系数
＝2603.15×104m3÷1.08＝2410×104m3
最终松散系数1.08为《露天采矿手册》技术统计数据。
5.2外排土场容量计算
为了保证本矿有足够的外排空间，本设计将采场两侧的适合位置都做了排土设计，共分三个外排土场，分别为东排土场、西排土场和南排土场，西排土场和南排土场分两个排土水平，标高分别为1250和1280，东排土场一个排弃水平，标高1280，见附图《达产时采、运、排工程平面图》（C41001G-1144-1）。
外排土场容量计算：
面积×平均排弃高度（平均排弃高度小于排土台阶高度）
东排土场：
963000×13=1521×104m3
西排土场：
365000×22=803×104m3
南排土场：
370099×28=1036.3×104m3
合计容积3360×104m3
需要的外排容积：
外排总量×临时松散系数
2628.7×104m3×1.15=3023×104m3
临时松散系数1.15为《露天采矿手册》技术统计数据。
外排容积＞需排容积=3360×104m3＞3023×104m3
外排容积是需排容积的1.11倍，外排富余系数足够，说明选择的外排土场能够满足露天矿外排需要。
排土场技术特征表
项目
单位
内排土场
外排土场
占地面积
ha
162.2
180.4
最终排弃标高
m
1270
1280
最大排弃高度
m
140
40
台阶高度
m
20
20
平均排土高度
m
65
25
最终稳定边坡角
°
18
18
台阶坡面角
°
37
37
备用系数
1.16
1.11
最终松散系数
1.08
1.08
最小平盘宽度
m
50
50
实际排土量
Mm3
24.10
30.23
6.排弃方式
剥离物内、外排土场排弃方式均采用汽车―前装机排土方式，排土场按不同水平进行分层排土，内排土场基本是两个剥离水平并段为一个内排台阶，外排土场也按最高20m进行分层排土。
排土方法为：
剥离物用20t自卸汽车由采场各剥离工作面运至排土场（内）各个水平后，靠近台阶坡顶安全线以内进行翻卸，冬季大约有70%剥离物由汽车自动翻卸到台阶坡顶线以下，剩余30%由前装机推下坡面；夏季由于降雨、黄土吸水，自卸汽车在距台阶坡顶线5m内进行翻卸，将只有60%剥离物卸载到台阶坡面以下，剩余40%由前装机推下坡面。
7.排土线建设和发展
本项目达产前剥离物就近排入首采区北部的排土场，排土线的建设采用装载机人工涨道方式建设。
8.排土场防护
加强排土场的维护和建设，防止水土流失，是露天矿建设中非常重要的工作，应加强工程和生物复垦绿化措施的实施。
排土场最终平台，复垦场地作为林、草地，经整治后排土场顶部平整，利用自卸汽车运载优良土质进行覆盖，装载机平整，覆土厚度在1.0m左右。
排土场坡面，复垦后作为草地，覆土厚度1.0m左右，经整治后地坡度不宜大于20°，20°以内的坡地用沙柳编制3×3米网格，网格内种草。
9.排土技术参数
9.1排土设备
本矿剥离、排土均实施外包工程，排土设备为卡车和装载机，为使道路平整，卸载和道路维护效率提高，将卡车排土场分为若干排土区域，按照施工要求进行排弃。
9.2排土参数
9.2.1排土台阶高度的确定
本矿剥离物主要是上部表层少量黄土及下部岩石，根据土岩种类及性质，边坡稳定要求，参照规范及邻近条件类似矿山的实际情况，排土场标准台阶高度确定为20m。
9.2.2排土平盘宽度及平盘构成要素
排土场作业方式均采用汽车靠近坡顶卸载推土机推排作业方式。
排土场由于属各排土水平平行跟踪，其最小工作平盘宽度由安全宽度，卸载宽度，汽车长度，调车宽度，道路通行宽度及岩石滚落距离等构成，最小平盘宽度确定为50m，岩石与沙土的混合自然安息角取37°。
排土场技术参数见表8-2-1。
排土场平盘组成见插图8-2-1。
9.2.3排土台阶坡面角
自然坡面角37°。
排土作业技术参数表
符号
符号意义
要素值
H
排土台阶高度
20
α
排土台阶坡面角
37º
C
挡土堆
4m
T
路面宽
40m
G
大块滑落距离
6m
Bmin
最小排土工作平盘
50m
10.排土计划
10.1排土进度计划编制原则
（1）与开采进度计划相对应；
（2）在保证正常生产的情况下，尽可能均衡各年度排弃容量。
10.2排弃进度计划
对应采掘进度计划和矿山工程的发展，本设计编制了全部服务年限内的排弃计划。
具体各年度详细排弃计划见表8-3-1。
（1）从过渡期到达产第一年为首采区的量；
（2）达产第二年生产至达产第六年，采二采区；
（3）第六年下半年开始采三采区。
以后
排弃计划表
年度
年度排弃量（104m³）
各排土场排弃量（104m³）
备注
岩
小计
外排
内排
合计
累计
基建期
145
145
145
排往首采区北部外排土场
过度期
1025
1170
1025
1170
1170
达产1
399
1569
399
399
1569
达产2
399
1963
399
399
1968
达产3
399
2367
399
399
2367
二采区开始剥离，达产第六年二采区剥完。
达产4
399
2766
99
300
399
2766
达产5
399
3165
300
99
399
3165
达产6
399
3564
100
290
399
3564
达产7
300
3863
300
300
3864
此时的排弃量排往首采区、二采区
达产8
152.85
4016.85
152.85
152.85
4016.85
达产9
99
4115.85
99
99
4115.85
4115.85
2467
1648.85
224.85
4115.85
注：
不考虑1.1松散系数。
达产第三年至第六年剥离二采区，剥离量：
1487
10.3排土线数量及生产能力
按露天矿外排土场地形，结合生产能力计算，修改设计工程完成时，外排土场一个排土水平，达产时发展为二个排土水平，每水平一般两条生产线，二个排土场共四条排土线，每条生产线长度均在500m以上，按每条线年生产能力136×104m3（查《露天采矿手册》），总排土能力544×104m3，加之部分内排，完全可满足排土生产要求。
转入内排后，结合剥离台阶到界并段提高了单排土线能力，排土工作线数目也完全满足露天矿排土能力要求。
10.4排土场边坡稳定计算
（1）排弃物料抗剪强度指标由类比法取得。
容重r=1.92t/m3；；
内摩擦角26°；
凝聚力C=1.0kg/Cm2；
（2）排土场基底基本水平且稳定
（3）排弃物料边坡的潜在滑动模式为圆弧滑动。
（4）计算中考虑地震影响
计算结果表明，当排土场高度为40m，边坡角为18°时，稳定系数为1.56，基本稳定。
通过计算确定：
排土场最终帮坡角取18°。
10.5边坡监测
定期监测排土场、边坡稳定性，有岩移、滑坡危险时及时通知有关部门，并做好监测监控记录。
11工业卫生
11.1工业卫生要求
11.1.1采用排土场及时洒水等措施，防止粉尘污染；
11.1.2生产设备噪声符合国家有关规定，环境噪声较大的作业采取个体防护，以避免噪声危害；
11.1.3排土场工作人员配备防护用品，加强生产工人的个体卫生防护。
11.2采取的措施
11.2.1防尘措施
11.2.1.1推土过程对司机室要密闭净化，布置设备时要考虑风流方向及邻近尘源位置，以减少危害及影响。
11.2.1.2增加矿岩湿度防止粉尘飞扬。
11.2.1.3排土场及公路配备洒水车进行降尘。
11.2.1.4接尘及受粉尘危害作业点的人员，必须按规定佩戴个体防护器具。
11.2.2防噪声和振动措施
排土场各种运输车辆在生产运转中会产生不同程度的噪音，在运输设备上装消音减震等措施，并且经常检修保证效果
11.2.3个体防护措施
矿工应配备护耳器、矿工帽、矿工服等个体防护装备，防护器具应符合以下条件：
11.2.3.1穿戴方便，穿后无束缚感，不妨碍作业。
11.2.3.2具有充分保护身体的性能，且同作业相协调。
11.2.3.3须选用优质的原料制作，不得含有可能损伤机体的因素，特别不能有损害皮肤的因素。
11.2.3.4结构设计和组装要求牢固、合理，符合人类工效学和卫生学的要求。
11.2.3.5外观与色彩尽量工程美学的要求，易于为使用者接受。
11.2.4卫生保健措施
11.2.4.1排土场企业应按国家有关法律、法规的规定，对新入矿工人应进行职业健康检查（如胸透、听力测定、血液化验等指标）：
并建立健康档案；对接尘工人的职业健康检查应拍照胸大片；不适合从事排土场作业者不应录用。
11.2.4.2对接触粉尘及其它有毒有害物质的作业人员，应定期进行健康检查。
应按照卫生部规定的职业病范围和诊断标准，定期对职工进行职业病鉴定和复查，并建立职工健康档案。
体检鉴定患有职业病或职业禁忌症，并确诊不适合原工种的，应及时调离。
11.2.4.3下列病症患者，不应从事接尘作业：
①各种活动性肺结核或活动性肺外结核；
②上呼吸道或支气管疾病严重，如萎缩性鼻炎、鼻腔肿瘤、气管喘息及支气管扩张；
③显著影响肺功能的肺脏或胸膜病变，如肺硬化、肺气肿、严重胸膜肥厚与粘连；
④心、血管器质性疾病，如动脉硬化症，Ⅱ、Ⅲ期高血压症及其它器质性心脏病；
⑤曾有接尘史，并已产生影响的；
⑥经医疗鉴定，不适于接尘的其他疾病。
⑦对职工的健康检查，应每两年进行一次，并建立职工健康档案。
对检查出的职业病患者，应按国家规定及时给予治疗、疗养和调离有害作业岗位。
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