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工程勘察专科论文

湖北国土资源职业学院

专科毕业设计（论文）

题目：

阐述新疆昌吉州五宫州煤矿地质灾害防治工程事例

学生姓名：

顾海明班级：

工程地质勘查0904班

系部：

资源勘查系专业：

工程地质勘查

指导老师：

胡丽梅职称：

12

评阅老师：

XXXX职称：

12

2012年5月11日星期五

摘要

进年来，随着我国国民经济的快速发展，各种资源开发和工程建设活动等人类工程活动的力度也普遍增大，给我国本就十分脆弱的地质环境带来了巨大的压力地质灾害的频度和规模有逐年增加的趋势。

就此昌吉州五宫煤矿地质灾害综合治理工程被纳入新疆首批地质灾害治理项目之一，该区地质灾害长期威胁着当地人民生命财产的安全，对其进行有效防治，已迫在眉睫。

该项目工程涵盖了滑坡、泥石流的治理工程。

根据勘察、设计、施工全过程的资料成果，对其进行了进一步整理，在此基础上对地质灾害产生的原因、主要影响因素做系统分析，提出合理、可行的工程措施。

并对治理工程施工注意的问题和治理效果做了分析评价，望能为新疆后期的类似地质灾害治理工程提供一些借鉴。

关键词：

五宫煤矿；地质灾害特征；治理工程设计与施工

Abstract

目录

阐述新疆昌吉州五宫州煤矿地质灾害防治工程事例

第一章.地理、地质概况

1.1.地形地貌

治理区位于天山北麓博格达山北坡，阜康市东南，地貌上属低山区，地势南高北低，地形切割强烈，沟壑纵横，宽窄不一，沟谷多呈“U”形，大体平行地层走向。

1.2气象水文

属大陆性干旱气候，阜康年平均降雨量248.9mm，多年平均蒸发量为1647.9mm，主要集中在6－9月。

天池年平均降雨量250－350mm，最大降水量120.4mm／天。

治理区海拔高度1100m，采用插值法计算矿区最大降雨量为80.04mm/天。

治理区内主要沟谷有东沟和西沟，无常年地表径流，在春季融雪及暴雨中形成暂时性洪流。

1.3区域地质概况

地层：

治理区出露的地层主要为侏罗系和第四系。

侏罗系地层主要由泥岩、泥质砂岩、砂岩、灰质泥岩及煤组成。

第四系分布于现代河床、冲沟内及山体斜坡地带，河床内岩性为砂砾石、粗砂与碎石,结构松散。

冲沟和山体斜坡地带岩性为碎石、中粗砂，结构松散,为泥石流的主要物源。

构造：

治理区属准葛尔南缘之次级凹陷、阜康凹陷区，构造由阜康大背斜组成，属天山巨型纬向构造体系范畴。

矿区开采煤层大部位于背斜南翼，褶皱紧闭，地层陡立（70°—85°）、走向逆断层发育。

构造走向NE60°—70°。

1.4新构造运动与地震

区内新构造运动较为强烈，表现为断块差异性升降运动，在早、中更新世为强烈上升期，使区内早更新世地层在区内缺失，到晚更新世早期为相对稳定期，地层开始沉积，在其晚期又继续抬升形成高台地及“U”型谷，在山前得到侵蚀、剥蚀，到全新世又开始强烈上升，沟谷继续下切侵蚀成“V”型谷，切深深度多为0.5—3m。

矿区位于新疆中部地震区，北天山地震带。

根据地震动峰值加速度分区图，矿区地震动峰值加速度为0.15g，对应地震基本烈度Ⅶ度。

1.5水文地质概况

区内地下水补给贫乏，距四宫河常年性河流较远，又无导水性断裂相连，因而地表水对矿区地下水补给微弱。

区内地形起伏较大，有利于地表排泄，因而大气降水对矿区地下水的补给也微不足道，只有少量基岩裂隙水，形成对地下水的补给。

1.6工程地质概况

治理区主要为层状硬质岩体、火烧变质岩体和松散土体。

层状硬质岩体：

主要为侏罗系砂岩、泥岩、砂质泥岩，岩体结构类型以块状结构为主，在地表抗风化能力很低，岩石力学强度中等。

烧变质岩体：

系由侏罗系砂砾岩、砂岩、泥岩、灰质泥岩经高温作用而发生变质后形成，裂隙发育，岩体力学性质差。

松散土体：

包括粉土、角砾和碎块石土。

粉土分布于矿区的火烧区，该层厚3-5m。

主要成分为低液限粉土，干燥，稍密，具湿陷性，为煤田灭火时的覆盖层，工程地质条件较差。

角砾：

分布于矿区沟谷河床内，角砾分选差、呈棱角状。

松散－稍密。

碎块石土分布于矿区沟谷两侧的斜坡地带，多呈单一结构，松散，无胶结，分选差，多呈棱角状。

第二章、地质灾害基本特征

五宫煤矿矿区主要地质灾害为滑坡、泥石流、地面塌陷及崩塌。

其中滑坡和泥石流对矿山威胁最大。

近几年来，矿区装载台附近滑坡多次发生，破坏运煤轨道多次。

2003年7月13日发生泥石流，冲毁道路，主井口进水，直接经济损失达200多万元。

2.1滑坡

主要有两个滑坡，1号滑坡位于煤矿工业广场选煤台西侧，该滑坡为第四系滑坡，滑坡体为煤层灭火处理时铺设的覆盖层，滑坡体前缘至后缘长度144m，前缘宽度140m，斜坡坡度34－36°，面积13600m2，体积约34000m3，主滑方向78°，滑坡体岩性为粉土，平均厚度2.5m。

滑床为碎块石土，其下为基岩，岩性为烧变岩。

2号滑坡位于煤矿主井口南侧，滑坡体外貌呈圈椅状，前缘至后缘长度14m，前缘长度度45m，平均厚度2m，斜坡坡度35°，面积480m2，体积960m3。

主滑方向4°。

滑坡体为碎块石土，滑床为砂岩和泥质砂岩。

2.2泥石流

泥石流主要分布在煤矿工业广场区东南的3条沟谷中。

1号泥石流沟，沟谷呈U型谷，沟长0.85km，汇水面积0.20km2，沟谷底部侵蚀下切形成U型小冲沟，宽0.2－0.4m，深约0.5－1.0m，沟谷纵向坡度10-13°，两侧坡度20－35°。

泥石流的主要物源为沟谷两侧坡积碎石土和灭火区覆盖的粉土以及煤渣，总体积约15144m3。

2号泥石流沟为近东西向冲沟，沟谷呈U型，沟长约1.65km，汇水面积0.61km2，沟谷纵向坡度12°，沟谷底部有少量松散堆积物，主要物源为沟谷两侧堆积的煤矿挖煤层后形成的废渣以及坡积物，堆积体总体积6533m3。

3号泥石流沟为北西-南东向U型冲沟，沟长约0.9km，汇水面积0.28km2，沟谷纵向坡度8°－10°，沟谷底部有少量松散堆积物，泥石流的主要物源为煤矿废弃平洞开挖煤层后形成的煤渣，和灭火时坡面铺设的黄土覆盖层，堆积体体积约7507m3。

第三章、地质灾害诱发因素

3.1滑坡诱发因素

降雨：

连续的降雨易使滑坡体逐渐处于饱和状态，自重不断增加，地下水的活动使滑面的强度大大降低，诱发滑坡失稳，在1号滑坡体中部和2号滑坡体前缘有流水痕迹的地方，出现小型塌滑，同时出现裂缝，说明降雨是影响滑坡的重要因素。

煤层自燃：

在1号滑坡位置为活火区，由于煤层燃烧，煤层由原来的岩质状变为土（灰）状，并形成架空或空洞。

岩层由于煤层的燃烧，在高温条件下发生变质，成为烧变岩，力学强度大大降低，加之断裂（f3、f4）从此通过，岩体均较破碎，因此煤层自然是影响该区滑坡稳定性非常重要的因素。

地震：

水平方向的地震力作用在滑坡堆积体上的两个分量，都将增加堆积体的下滑力，并破坏堆积体结构的紧密程度，降低其力学强度，滑坡稳定对地震力的敏感性较高，本区地震烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度0.15g。

地震也是该区滑坡的重要影响因素。

3.2泥石流诱发因素

降雨：

连续的降雨易使边坡松散体处于饱和状态，自重不断增加，诱发坡面松散体失稳，在水流的作用下，顺沟而下，形成泥石流。

人为因素：

由于该山区为牧区，放牧使植被遭受一定程度的破坏，水土保持能力差，使沟谷的不稳定体增加，另外，煤层开采产生塌陷，引起覆盖层下滑，为泥石流的发生提供了新的物源。

第四章、治理工程设计

4.1治理目标原则

预防为主，防治结合，滑坡以支挡工程与排水工程相结合，泥石流以拦截工程和疏导工程相结合的治理原则。

4.2滑坡治理工程设计

4.2.1一号滑坡治理工程

该滑坡位于煤矿装载台上方，经过勘查该处由于煤层燃烧，煤层由原来的岩质状变为土状，并形成架空或空洞。

岩层由于煤层的燃烧，在高温条件下发生变质，成为烧变岩，力学强度大大降低，岩体较破碎，滑坡前缘及中部均为松散的火烧碎块石，局部已出现火烧塌陷坑，没有稳定的基岩层作为抗滑工程的基础持力层，

根据该矿井上下对照图，该滑坡前缘位置正好为采空区，不宜在其上实施治理工程。

该滑坡地下为活火区，地面以下1.5m深度温度就达70-80℃，深部温度更高，目前的混凝土结构材料在这样的高温条件下，在长期内不能满足强度要求。

综上所述，该滑坡治理难度极大，目前来说，还没有成熟的方法对其进行有效的治理。

对该滑坡的治理，以避让为主。

在滑坡上缘设置排水渠，防止地表水的渗入，在滑坡威胁地带设立警示标志。

4.2.2二号滑坡治理工程

该滑坡位与主井口，为第四系滑坡，滑坡体岩性碎块石土，较松散，滑床为砂岩和泥质砂岩，滑坡前缘基岩埋深较浅，在坡脚设置抗滑挡墙较经济合理，滑坡的治理采用在滑坡体前缘设置抗滑挡墙和在后缘设置截、排水明沟的综合治理方案。

4.2.2.1设计参数

（1）滑坡特征参数（表4）

滑坡特征数据一览表表4

滑坡编号

前缘高程（m）

后缘高程（m）

平均厚度

（m）

面积

（m2）

体积

（m3）

2号滑坡

965.62

974.00

2.0

480

960

（2）物理力学参数（表5）

物理力学参数一览表表5

滑坡部位

饱和重度

（KN/m3）

天然状态

饱水状态

内聚力（Kpa）

内摩擦角（°）

内聚力（Kpa）

内摩擦角（°）

滑体

22

25

16

滑带

22

20

16

0

16

（3）设计工况：

设计工况按自重+暴雨。

（4）滑坡推力计算：

为使治理工程具经济合理性和安全可靠性，抗滑稳定安全系数成为评价变形体稳定性（安全性）的重要指标，是变形体治理设计安全度标准的判断依据。

本次确定该滑坡设计工况安全系数为1.4－1.5。

分别计算单宽滑坡推力结果（表6）

滑坡推力计算结果一览表表6

滑坡

计算剖面

工况组合

设计安全系数

滑坡推力（KN）

2号滑坡

Ⅲ——Ⅲ

自重+暴雨

1.40

158.42

1.50

173.41

4.2.2.2抗滑挡土墙设计

抗滑挡墙总长度45m，抗滑挡墙总高度6m，顶宽0.5m，底宽5.0m，基础座于稳定基岩1.0-1.5m。

抗滑挡墙采用钢筋混凝土结构。

4.2.2.4滑坡排水沟设计

在滑坡后缘设置排水沟，总长度128.8m，排水渠底部须加防渗。

4.3泥石流治理工程设计

4.3.1基本数据

（1）泥石流特征数据

降雨量采用1958-2003年阜康和天池站资料，阜康站最大降雨量59mm/天（海拔569m），天池站最大降雨量120.4mm/天（海拔1942m），本次采用插值法计算该区最大降雨量为80.04mm/天，泥石流特征数据见表7。

泥石流特征数据统计表表7

名称

汇水面积Km2

沟长

（Km）

出口沟谷宽（m）

沟谷坡降

‰

山体地形坡度

1号泥石流沟

0.20

0.85

1.5

30

22°

2号泥石流沟

0.61

1.5

3

23

25°

3号泥石流沟

0.28

0.9

2

28

30°

（2）暴雨洪流量

针对无资料小流域或特小流域的暴雨洪水计算，铁道部第一设计院、中科院地理所、铁道部科学院西南所曾总结出半成因半经验的设计洪水计算方法，简称‘一院两所’简化法，此法被广泛用于我国西北地区的小流域洪水计算，并取得了很好的效果。

按照“一院两所”法的运算步骤，以下列式计算山洪沟不同设计频率的洪峰流量。

式中：

QP———设计暴雨洪峰流量（m3/s）

k1———产流因子，k1=0.278SF

k2———损失因子，k2=RSr1-1

x———山坡和主河槽综合汇流因子

n＇——随暴雨衰减指数n而变的指数

y———反映流域汇流特征的指数

P———形成洪峰流量的同时汇流面积系数

P1———形成洪峰流量的同时汇流的时间系数

暴雨洪峰流量计算结果见表8。

设计暴雨洪峰流量计算一览表表8

设计频率

P=1.0%

P=2.0%

P=3.3%

P=5.0%

P=10.0%

1号泥石流沟

0.87

0.69

0.55

0.45

0.37

2号泥石流沟

1.76

1.39

1.10

0.89

0.72

3号泥石流沟

1.08

0.84

0.65

0.51

0.40

（3）泥石流物源量

泥石流物源量统计结果见表9

泥石流物源量统计表表9

名称

松散堆积体体积（m3）

1号泥石流沟

15144

2号泥石流沟

5553

3号泥石流沟

7507

总计

28204

4.3.2治理工程设计

泥石流治理工程采用拦截和疏导相结合的方式进行综合治理。

具体采用挡砂坝、导流渠、防水墙、护坡、桥、跌水、过水路面等多项工程。

（1）挡砂坝设计

挡砂坝本着就地取材的原则，采用浆砌毛石坝体，坝体高于地面2.5—3.0m，多级拦截的方式。

根据物源分布情况，在1号泥石流沟中部设置1道挡砂坝（1号挡砂坝）拦截坝以上的泥砂，在坝后设置导流槽，连接主导流渠。

对坝以下的堆积体如果采用挡砂坝，工程量大，故采用护坡的方式将其固定，既经济又达到了治理效果。

在2泥石流沟中设置6道挡砂坝（2、3、4、5、6、7、号挡砂坝），3号泥石流沟中部设3道挡砂坝（8、9、10、号挡砂坝），目的是拦截泥砂，减缓水流流速，削弱洪水的破坏力。

在2、3号泥石流交汇段设置一道挡砂坝（11号挡砂坝），在该坝后设置主导流渠，将拦截后的水流顺利导出矿区。

各坝的库容见表10。

各挡砂坝库容统计表表10

泥石流

名称

库容（m3）

1号泥石流

1号挡砂坝

16113

1－2号堆积体护坡

1330

合计

17443

2号泥石流

2号挡砂坝

260

3号挡砂坝

1040

4号挡砂坝

880

5号挡砂坝

879

6号挡砂坝

1642

7号挡砂坝

1648

合计

6349

3号泥石流

8号挡砂坝

5070

9号挡砂坝

1093

10号挡砂坝

538

合计

6701

2、3号泥石流交汇处

11号挡砂坝

2905

总计

33398

备注：

库容计算公式：

V=1/2×（bH2/I-I0）式中：

V—挡砂坝库容（m3）；b—拦砂地段平均宽度（m）；H—拦淤厚度（m）；I—天然沟床坡度（%）；I0—回淤坡度（%）

（2）导流渠

根据暴雨洪流量及携带的泥砂量，在泥石流出山口处（11号坝后）修建导流明渠至矿区下游，以保证区内经挡砂坝拦截后的暴雨洪流顺利流出区外。

总长度3KM。

（3）防水墙

为保护该矿的重要部位主井口不被水淹，在主井口迎水面设置挡水墙，高于地面1.0m,总长度60m。

（4）桥、跌水、过水路面

在煤矿的交通要道设置了桥、跌水和过水路面，以保证煤矿的交通畅通。

第五章、治理工程施工

5.1施工平面布置

由于本工程点多、线长，工程施工本着有利于施工、方便管理、合理组织平面及立面交叉作业，结合场地的地形条件，将整个施工场地划分为7个作业区进行施工。

7个作业区相对是独立的，进行施工时相互不会产生影响。

工程施工的砂石料、水泥、施工用水等的拉运要通过6号、7号作业区，会对6号、7号作业区的施工产生一定的影响，6号、7号作业区施工时为减少相互影响，首先选择了沟谷较宽敞的地区进行施工，等上游施工工程结束后再进行沟谷较窄地区的施工工程。

作业区位置及施工内容一览表表11

作业区

位置

施工内容

1号作业区

1号泥石流沟

1号挡砂坝、交通桥和护坡

2号作业区

2号泥石流沟

2、3、4、5、6、7、11号挡砂坝

3号作业区

3号泥石流沟

8、9、10、号挡砂坝

4号作业区

煤矿主井口

2号滑坡挡土墙、排水沟和挡水墙

5号作业区

煤矿装载台

1号滑坡排水沟、

6号作业区

矿区北侧

过水路面

7号作业区

矿区北侧

导流渠、跌水

5.2施工顺序

本工程的施工受施工场地条件的限制，每个作业面的各类工程必须按照一定的施工顺序进行施工。

本次施工充分利用了统筹方法，根据各工点的施工工艺特点，合理分配劳力，组织施工。

1号作业区在1号挡砂坝施工结束后再进行护坡和交通桥的施工；

2、3号作业区的11道挡砂坝按照先上游挡砂坝后下游挡砂坝的顺序进行施工，在上游挡砂坝完成主体砌筑进入外观整饰阶段的同时进行下一道坝的施工。

4号作业区位于煤矿的主要工作区（主井口处），受场地的限制，滑坡挡土墙、滑坡排水沟、挡水墙只能顺序施工，首先进行滑坡挡土墙的施工，在挡土墙混凝土养护期间进行滑坡排水沟的施工，然后进行挡水墙的施工；

5号作业区的排水沟为线状工程,材料和拌和站在山顶的平台上，分三段同时施工，每段由上游向下游顺序施工。

6号作业区的过水路面位于矿区的交通要道,既要考虑施工的方便,又要保证道路的畅通,每个过水路面先施工了通车便道,两个过水路面同时进行施工，砌体施工完毕后，待保养期到后，进行通车;

7号作业区的导流渠分三段同时施工，每段由上游向下游顺序施工。

5.3施工中重点注意的问题

（1）由于地质灾害有突发性和不可预见性，在施工中要对已建工程，特别是对地质灾害重点防护部位，注重加强对其的保护，并立即投入使用，防止突发性灾害破坏在建工程，造成损失。

（2）在施工中要对滑坡体加强位移观测，随时提供数据，以指导施工。

（3）随时掌握天气变化情况，采用随施工、随保护、随利用的施工方法。

第六章、治理工程取得的效果及效益评估

6.1治理工程取得的效果

（1）通过对滑坡的治理，有效防止了滑坡对煤矿安全生产的威胁，保障了正常的生产。

（2）通过对泥石流的治理，改变了矿区上游泥石流沟的水动力条件，延缓了水流速度，

有效防止了泥石流对沟谷的冲刷，增强了水土保持能力，改善了当地的地质环境。

（3）通过对煤矿主井口的治理工程施工，从根本上消除了泥石流对主井口的威胁。

（4）通过地质灾害综合治理，使矿区原来窄而乱的布局，变的井然有序，工业广场面积增大，运输道路平整取直，改变了矿区的面貌。

6.2治理工程效益评估

五宫煤矿的地质灾害治理工程虽有一定的难度，但通过精心设计，科学施工，灾害是可以治理治理的，通过治理工程的实施，可为保障煤矿的基础设施的使用功能和促进当地经济发展发挥较大作用。

6.2.1经济效益评估

五宫煤矿如遭受泥石流的破坏，将产生巨大的经济损失，直接及间接经济损失包括：

（1）威胁矿井内生产人员的生命安全，损坏主井口生产系统，使煤矿停产。

（2）毁坏运输道路和输电线路及沿途通信线路。

（3）加剧植被破坏和水土流失，破坏生态环境。

（4）影响矿区环境，增加渠道清淤成本。

本治理工程经费概算总计人民币为200余万元，与经济损失相比，产生的经济效益是巨大的。

6.2.2社会效益评估

该区发生地质灾害破坏，可能给国家和当地政府造成消极的政治影响，影响人民对党和政府的信任程度。

所以地质灾害治理稳定后，可确保矿区的正常建设，对社会人心的稳定、当地经济的发展带来积极的影响。

6.2.3环境效益评估

本工程是地质灾害治理工程，也是地质环境保护改善工程，对环境的保护是有益的。

本治理工程实施后滑坡体处于稳定状态，在周边排水沟作用下，降雨在边坡坡面形成的径流将较小，泥石流沟拦砂坝的修建，改变了纵坡降，有利于生态环境的保护，通过综合治理达到保护地质环境、保护土地资源、改善交通状况、丰富旅游及生态环境的综合环境效益。

第七章、结语

通过本次地质灾害勘查与治理项目的实施，积累了经验，在以后的同类治理项目中逐渐形成地面地质调查、工程地球物理勘探、钻探、原位测试、室内试验和监测技术配套的勘查技术组合。

本次地质灾害治理工程完成后，将产生明显的社会、经济和环境效益，不仅保护煤矿生产区的安全，还改善了该区的地质环境，同时也取得了新疆地区治理地质灾害的经验。

参考文献：

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[3]《地基基础加固工程技术手册》华中科技大学出版社2008年版

[4]、《GB50021-2001岩土工程勘察规范》【S】国家质检总局（SBTS）2002年

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[6]、《土木工程施工组织设计》中国电力出版社2002年版

[7]、《建设工程项目管理案例分析》中国建筑工业出版社

[8]、《建筑施工手册——建筑工程施工卷》地震出版社

[9]、《项目经理实用手册》中国建筑工业出版社

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[11]、《工程施工组织与管理》同济大学出版社

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[13]、《建筑施工》.同济大学出版社

[14]、《建筑施工手册》.中国建筑工业出版社

[15]、《建筑施工工程师手册》.中国建筑工业出版社

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武汉理工大学出版社，2003

[17]、《房屋建筑学[M]》.湖北：

武汉理工大学出版社，2003

[18]、《建筑工程制图[S]》.湖北：

武汉理工大学出版社，2003

[19]、《土力学与基础工程[M]》.湖北：

武汉理工大学出版社，2003

[20]、《工业与民用建筑专业毕业设计指南[M]》.湖北：

武汉工业大学出版社，1998

[21]、《建筑工程专业设计指导[M]》.北京：

机械工业出版社，2005

致谢

专科毕业论文是我大学三年学习的知识总结，在论文的写作过程中，得到了指导教师XXX的悉心指导，在此真诚感谢xxx老师的无私帮助；感谢资源勘查系和所有任课老师三年来对我的培养；感谢湖北国土资源职业学院给我们提供了安静舒适的学习环境。

在这个文化底蕴深厚、历史悠久的地方，塑造了我认真负责的学习态度，积极乐观的生活态度。

感谢我的父母，我所迈出的每一步，都凝聚着你们的心血和汗水，他们始终如一的支持和关爱，是我一直勇敢向前的动力。

感谢我的同学朋友们，我将永远记得你们伴我走过的每一个有欢笑有泪水的日子，是你们的关心和帮助，让我圆满的完成了三年的学习生活。