某大型煤矿矿山地质环境综合治理工程设计.docx

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某大型煤矿矿山地质环境综合治理工程设计

DZ2008-005资质等级：

甲级

编号：

大型煤矿矿山地质环境综合治理（续做）

工程施工设计

项目承担单位：

土资源局

设计编制单位：

中国集团公司

项目名称：

大型煤矿矿山地质环境综合治理（续做）

工程施工设计

委托单位：

大区土资源局

设计编制单位：

中国工司

院长：

总工程师：

设计编写人：

设计审核人：

设计审定人：

设计编写时间：

二OO八年三月

一、前言…………………………………………………………………………1

（一）任务的由来…………………………………………………………1

（二）续做工程治理区的确定………………………………………………1

（三）目的任务………………………………………………………………1

（四）矿区位置及自然地理条件…………………………………………2

（五）交通…………………………………………………………………3

二、矿区地质环境特征………………………………………………………………4

（一）构造与地震……………………………………………………………4

（二）地层岩性…………………………………………………………………5

（三）煤田概况…………………………………………………………………5

（四）水文地质条件……………………………………………………………6

三、矿区地质环境受损情况………………………………………………………6

（一）废弃矿井……………………………………………………………………7

（二）矸石山………………………………………………………………………7

（三）小型露天采坑………………………………………………………………7

四、设计依据、原则及工作方法…………………………………………7

（一）设计依据……………………………………………………………7

（二）设计原则……………………………………………………………8

（三）工作方法…………………………………………………………………8

五、矿区地质环境综合治理施工设计………………………………………8

（一）废弃矿井治理施工设计………………………………………………9

（二）煤矸石山治理施工设计……………………………………………10

（三）小型露天采坑治理施工设计…………………………………………12

（四）坡面、矸石山绿化施工设计…………………………………………13

六、料场……………………………………………………………………………14

七、设计工程量……………………………………………………………………15

（一）设计工程量……………………………………………………………15

（二）计划工期………………………………………………………………16

八、经费预算………………………………………………………………………16

（一）预算编制依据…………………………………………………………16

（二）经费预算………………………………………………………………16

九、工程的组织管理及质量监控措施…………………………………………18

（一）工程的组织管理…………………………………………………………18

（二）质量监督措施……………………………………………………………18

十、文明施工、安全生产保障措施………………………………………………18

十一、预期社会、经济与生态环境效益…………………………………………19

（一）社会效益…………………………………………………………………20

（二）经济效益………………………………………………………………20

（三）环境效益…………………………………………………………………20

附表

1、煤矿区矿山地质环境综合治理（续做）工程施工设计工程量一览表（共4页）

2、煤矿区矿山地质环境综合治理（续做）工程施工设计经费预算一览表（共7页）

附照片　

新区市新区煤矿治理区照片集（共17张）

附图　

1、废弃矿井施工回填断面图（1~6）

2、露天采坑回填治理施工设计纵断示意图（1~2）

3、边坡恢复治理施工设计纵断图

（1）

4、大型煤矿矿山地质环境综合治理（续做）工程施工设计图

（比例尺1：

2500）

5、大型煤矿废弃矿井治理工程施工设计图（比例尺1：

20000）

附件　

1、大区省矿山地质环境治理及地质遗迹保护项目任务书

2、新区市新区矿矿山地质环境治理（续做）工程设计合同书

3、新区矿矿区地质环境灾害综合治理研究技术开发（合作）合同

4、煤矿区矸石土与客土有养成分检测报告

5、新区客土场土质金属元素检测报告

6、《大区省煤矿区矿山地质环境综合治理与生态环境重建工程勘查报告》（2008年）

一、前言

（一）任务的由来

新区矿区是新区八大煤田之一，新区露天矿开采面积仅次于中大露天矿，是新区矿区地质环境最为恶劣的矿区。

为改善矿区生态环境条件，提高矿区人民生活质量，进行矿山地质环境综合治理与生态环境修复，是关系到社会稳定健康发展的一项重要民生工程。

2006年由财政部、国土资源部审查，批准了“大区省新区矿区矿山地质环境综合治理与生态环境重建可行性研究报告”。

2007年由新区市国土资源局组织领导，中国工程勘察集团公司设计，地矿新区工程勘察院施工完成了新区矿区地质环境综合治理一期工程，治理面积0.31Km2，投入资金200万元。

一期工程治理区内，危险边坡进行了加固，塌陷坑进行了回填，矸石堆被清除，粉尘飞扬的局面得到了控制，治理效果明显，详见照片集中照片14-17。

2008年新区市国土资源局，根据中国土资项发[2008]10号文件《关于下达2007年度矿山地质环境治理及地质遗迹保护项目任务书的通知》、中地环项任[2008]107号文件《大区省矿山地质环境治理及地质遗迹保护项目任务书》要求，委托中国工程勘察集团公司进行大型煤矿矿山环境治理项目续做工程施工设计，工程治理面积0.44Km2，拟投入资金500万元（其中中央财政补助资金200万元，省财政补助资金100万元，新区市地方财政资金200万元）。

治理后的土地归新区市新区区政府管理。

（二）续做工程治理区的确定

新区露天采坑是新区地区一个大的污染源。

为了有效的遏制污染的漫延，采用分割穿插的方法，将露天采坑分割成两块，缩小污染的内部环境。

一期治理工程位于露天采坑的西侧入口位置，本次治理区在相关专家和技术人员一同踏勘的基础上，确定于临近一期治理区继续由西向东推进，治理面积0.44Km2。

目的是将已治理区连成整体，形成将新区露天采坑分成南北两部分的绿化隔离带，将采坑分而治之。

经调查确定本次治理范围内现已无残复采情况，处于地下资源枯竭、无煤地段，故将续做治理工程选择在该位置。

（三）目的任务

目的：

通过续做工程治理矿区内历史遗留诸多的地质环境问题和已丧失的人居环境条件得到改善，矿区生态环境得到修复，控制利用已有的矿产资源、环境资源，达到人与自然和谐。

同时为其他矿山环境治理提供了借鉴与示范意义。

从而进一步的为新区城市转型，促进社会稳定和经济可持续发展，全面建设小康社会提供环境保证与基础支持。

本次治理任务：

（1）对矿区内废弃矿井回填治理。

（2）对废弃矸石山的治理。

包括平整矸石山、矸石山周边平盘回填、对危及矿区道路的矸石山不稳定边坡进行治理。

（3）小型露天采坑回填；大型露天坑的局部回填，组织新区续做治理区附近的小煤矿（运距2km之内），将其采煤排废统一排放到一期治理区南侧较大露天采坑北侧，本次工程设计回填量21.6万m3。

（4）坡面、矸石山绿化。

在一期工程已治理区内植树绿化，恢复局域生态环境。

设计工作量调整说明：

本次工作可行性研究阶段预计工作量及预算经费分别为：

废弃矿井综合治理16个，预算经费86.73万元；物探查找隐伏矿井异常面积6Km2，预算经费30.00万元；露天周边矸石清除96000m3,预算经费715.39万元，仅这三项综合治理费用就达832.12万元，而任务书中工作量与上述工作量相同，但下达的经费仅为500万元，经我院技术人员汇同新区市国土资源局有关专家及技术人员经现场踏勘，确定治理区6个废弃矿井及一座急待整治的矸石山为本次治理矿山地质环境严重区，并将前期工程已治理整平的土地作为本次的绿化区，一并治理。

经过仔细核算集中治理费用为500.54万元，再次请示省厅主管部门同意并确认本次治理工程施工设计工作量。

（四）、工作区位置及自然地理条件

1、工作区位置

大区省煤矿区行政区划隶属新区市新区区管辖，位于新区市东14Km。

新区矿区矿山地质环境综合治理与生态环境治理续做工程项目位于新区市新区西部露天矿矿坑北帮主要入口处。

与一期工程东侧相邻，向东南延续；其废弃矿井零星分布于露天采坑边缘；矸石堆治理和绿化仍在一期工程的东侧，其面积0.44Km2。

其中心点地理坐标为东经：

121°48´01"，北纬：

42°04´16"。

2、自然地理条件

新区地区气候主要受西伯利亚～蒙古气流控制，属干旱半干旱大陆性季风气候区，特点是多风、干燥少雨，气温变化较大，每年6～8月最热，最高极端气温40.6℃，12～2月最冷，最低极端气温为－28.4℃，年平均气温为7.8℃。

该区全年降水量少，蒸发量大于降水量的3.3倍。

从近30年气象观测资料统计表明，年降水量最大为824.7mm，最小为310.7mm，多年平均值为519.8mm，日降水量最大为147mm（1997年7月26日），暴雨强度为50mm/h。

该区冬季多为西北风，夏季为西南风，平均风速3m/s，最大风速3.1～6.8m/s，相当于6～7级。

该区中部有兴隆沟河流过，属季节性河流，此河发源于西南的缓丘地带，向东北注入绕阳河。

雨季平均水宽3m，平均水深0.07m，流量252m3/d。

据1963年观测，平时河宽2.1m，水深0.184m，流速0.96m/s，流量0.0613m3/s。

雨季河宽47.2m，水深0.43m，流速2.22m/s，流量13.46m3/s。

由于新区露天矿及矿井开采活动，于1983年以后兴隆沟河渗入井下，造成第四系含水层缺少补给来源，至使附近居民无水吃。

新区区介于医巫闾山山脉和小松岭山脉之间狭长盆地的东部边缘，境内起伏较大，为低缓丘陵地貌。

工作区段位于新区露天坑主要入口处，人为地貌明显，道路两侧均有矸石堆分布，地势西高东低，地面标高介于154～175m。

（五）交通

工作区交通尚属方便，北部沈阜铁路、101国道及正在兴建的铁朝高速公路距矿区不到10Km，县乡级公路及矿区公路纵横交错。

治理区西与原新区机修厂接壤，东部、南部为新区露天矿坑，北接通往新区露天煤矿主要入口处。

详见交通位置图。

工作区交通位置图

比例尺1：

700000

二、矿区地质环境特征

（一）构造与地震

1、构造

新区煤矿区域地质构造在区域上属新华夏构造体系，它的构造形迹是由比较平缓的褶皱和比较强烈的冲断层和其低序次的张性、扭性断裂组成。

治理区内不存在较大规模的构造或断裂，主要为背斜构造－新区主背斜，为新区矿区主要构造，贯穿全区，其走向在浅部为N52°～75°E，向深部为N75°～89°E，并向南弯曲成弧形、为向南东倾伏的不对称背斜。

在新区主背斜影响下，治理区内的褶曲、单斜构造较发育，并发育有多条小断层。

2、地震

新区煤矿区属华北地震区，阴山—燕山地震亚区。

新区—义县区域曾经发生过五级地震一次，三级—五级地震五次，三级以下地震数十次，震中分布于义县—车坊和其北东向断裂上，以义县—车坊断裂带活动最为频繁。

未来百年地震活动处于剩余应变释放阶段，但仍有可能发生六级地震。

根据《建筑抗震设计规范》GB50011—2001，本区抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.05g。

（二）地层岩性

矿区出露地层为中生界白垩系下统新区组（K1f）地层。

上覆第四系坡洪积及冲洪积层，为松散的砂碎石及粉土，粘性土、素填土等堆积的表土层，厚4.0～15.0m。

新区组（K1f）为一套湖沼相沉积建造，岩性主要为砂岩、页岩、砂岩夹页岩或砂、页岩互层、砂砾岩与砂页岩互层等，岩性复杂多变，间夹煤层，泥质及粒状结构，层状构造，节理裂隙发育，局部地段受断层影响，岩石较破碎，完整性差，整体强度低。

第四纪地层上部为素填土，黄褐色、褐黄色、灰黑色等杂色，稍湿，松散～稍密，主要由粉土、粘性土、煤矸石及露天剥离的砂岩、砂页岩碎块等组成，其中硬质成分含量40%左右，径2～50mm。

该层厚一般为3.5～11.5m。

粉质粘土，黄褐色，稍湿，可塑状态，该层含少量的小碎石和植物根系，层厚0.5—3.0m之间。

下部为含砂碎石粉质粘土，黄褐色，稍湿，粒径30—40mm之间，呈棱角状。

（三）煤田概况

1、煤层

区内含有六个可采煤层群，由老至新为下层群（分上组、下组2个可采煤层）、中层群（分4个可采煤层）、0.9层群（分4个可采煤层）、上层群（分4个可采煤层）、最上层群（分11个可采煤层）和新层群（分4个可采煤层）等共29个可采煤层，煤层厚度差异很大，一般厚度0.0—4.2m，平均厚度0.1—2.6m，煤层倾角4°—25°之间。

2、开采概况

新区矿区是新区煤田的重要组成部分，开采历史悠久。

据新区市志记载，该区煤炭资源开采始于1897年，为斜井开采。

1937年逐步转入露天开采，至解放初期，新区露天煤矿开采面积为0.055Km2，年生产能力最高为5.0万吨。

解放后据勘查，新区矿区含煤面积为30Km2，地质储量1.7亿吨，可采储量5000万吨。

上世纪50—60年代矿区内先后建成8个斜井，1个竖井，两个露天采矿矿场，分为南露天与北露天，经100余年开采，露天7次扩采，如今南北露天煤矿采坑仅中南公路相隔（原为铁路运输线后改成公路）。

露天矿经70余年开采扩建几乎将原来的各类矿井吞并。

截止1988年采出煤炭已超过5000万吨，总剥离矸石为2.4亿m3。

1988年停产闭坑，矿山排放堆积物占用大量可耕地，造成区内土壤荒漠化，砂砾化；矿山排水造成地表河流干涸，第四纪含水层疏干，矿山生态环境极度恶化。

（四）水文地质条件

根据区域地下水形成、埋藏条件、含水介质以及地下水动力特征，矿区内地下水可划分为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水两种类型。

1、第四系松散岩类孔隙水

主要赋存于第四系坡洪积松散层中，含水层岩性主要为碎石土，厚度4.0m左右。

主要接受大气降水补给，蒸发及地下迳流方式排泄。

由于矿坑排水影响，区内第四系水已被疏干。

2、基岩裂隙水

主要赋存于基岩风化裂隙、成岩裂隙，构造裂隙和岩石孔隙中，含水层岩性主要为白垩系新区组砂岩、砂页岩、砂砾岩等。

主要受大气降水补给，地下迳流及矿坑抽水方式排泄。

3、矿坑涌水

区内大气降水通过第四系含水层及基岩的节理、裂隙断层面及露天连通旧巷补给井下，通过对所搜集资料统计，矿坑涌水量一般在10－15m3/h，最小为0.5m3/h，最大为30m3/h。

在露天矿中涌水量较大，平均378m3/h。

三、矿区地质环境受损情况

本次综合治理区位于新区露天煤矿矿坑西北帮（为露天矿坑第一平盘台阶）大票口南入口处，春城集团办公楼南墙外。

一期工程的东南地段，主要环境问题如下：

新区露天矿自1988年停产闭坑后，遗留残煤尚有2300万吨。

后经新区区国土资源局将坑内残煤拍卖划分三十余家个体矿主，预计尚能在老采坑内残采3~5年。

采矿的主要形式有露采和坑采二种。

埋藏较浅的残煤采用剥离露采的方式，埋藏较深的残煤采用坑采。

由于矿主所划分的采矿面积有限，所以在坑内的几十家煤矿，就八仙过海——各显神通，地貌景观一天一变。

坑内到处呈现出采煤景象，坑内的生态环境破坏严重，主要以烟尘为主，遇有风天，烟尘大作，坑内灰蒙蒙不见天日。

道路粉尘厚度可达15cm，车辆通过，粉尘如滚滚浓烟，伴随车轮翻腾而起，整个新区矿区都弥漫在烟尘中。

（一）废弃矿井

治理区内共有废弃矿井10个（其中4个不能治理，尚待利用），零星分布于新区矿区北侧及东侧。

废弃矿井的井径一般在3.5~4.5m之间，深度一般在160~180m。

废弃矿井在露天采坑的上缘或边部。

（二）矸石山

治理区内分布稳定矸石山一座，长350m，宽约80~160m（顶宽），高度约25m，占地总面积27425m2。

周边坡度45~55度，矸石裸露，顶部无植被。

无论任何方向的风起，都能风蚀矸石山的四周而扬尘，为粉尘的策源地之一。

（三）小型露天采坑

小型露天坑为采坑中的采坑，主要形成原因为采残煤时剥离上层覆盖物而形成的采坑，其规模大，形状各异，深浅不等，数量数十个。

剥离的矸石一般都堆放在附近的无煤地段而形成新的矸石堆。

这样的情况在矿坑中到处皆是，露天坑的采坑如同秋天翻地瓜一样，完全处于一种随意状态，严重地破坏了地质环境。

这种采矿活动尚未结束，治理起来有一定难度，故应放置以后统筹安排。

四、设计依据、原则及工作方法

（一）设计依据

（1）规范、标准

1）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；

2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

3）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

4）《地质灾害防治条例实施手册》；

5）《矿山环境保护与综合治理方案编制技术要求》（国土资源部行业标准征求意见稿）。

6）国家计划委员会、建设部《工程勘察设计收费标准》（2002年修订本）；

7）财政部经济建设司、国土资源部财务司《土地开发整理项目预算定额标准》。

（2）相关文件

1）新区市国土资源局《项目委托书》；

2）地矿新区工程勘察院编制《大区省大型煤矿矿山地质环境综合治理与生态环境重建工程项目可行性研究报告》（2007年）；

3）大区省新区市新区矿区矿山地质环境综合治理规划；

4）新区市国土资源局《新区市矿产资源总体规划》；

5）《大区省煤矿区矿山地质环境综合治理与生态环境重建工程勘查报告》（2008年）

6）中地调涵[2000]39号文《中国地质调查局地质调查项目设计预算编制暂行办法》；

（二）设计原则

《施工设计》本着矿产资源合理开发与矿山地质环境、生态环境保护并行，使过去的“三废”变成绿色资源，使之不再成为危害人类污染源，《施工设计》应按“经济合理、技术可行、综合治理”，灾害治理与生态修复并重，确保地质体稳定安全的原则进行。

（三）工作方法

凭借我院掌握治理矿区的成功经验，结合实地情况，对各类地质灾害的规模危害进行实测，综合各方面因素（如整个矿区生态环境、本次资金的投入量等）有针对性的采取相应治理措施：

①对废弃矿井采用混凝土回填加固，含水层底部采用粘土封堵，其余部分用煤矸石填充；②对煤矸石山主要进行削坡、平盘回填处理；③对小型露天采坑，主要治理措施为回填夯实；④在一期工程整理好的平盘上进行绿化。

五、矿区地质环境综合治理施工设计

新区煤矿矿山地质环境综合治理（续做）施工工程主要任务有四项：

1、废弃矿井的治理；

2、煤矸石山的治理；

3、小型露天采坑的治理以及大型露天采坑的局部回填；

4、坡面、矸石山的绿化。

设计中利用的各废弃矿井的基本情况、边坡、露天采坑的尺寸等原始数据，皆由地矿新区工程勘察院实测提供。

（一）废弃矿井治理施工设计

本期治理废弃矿井（竖井）6个，分布在新区露天矿周边，距离本次治理区约4-5km，。

废弃矿井的井径一般在3.5~4.5m之间，深度一般在160~180m。

1、治理方法

①矿井由底部填入煤矸石至第四纪地层底板以下3.0m，并采用水沉密实法，即边回填边注水。

②灌入2.0m厚混凝土（阻止有毒有害气体外泄、第四系潜水下渗及煤矸石淋滤污染深层地下水、防止井口发生二次塌陷）。

③填入1.0m厚粉质粘土（涵养水分恢复生态环境并有阻水作用）。

④用上述边填边注水法填入煤矸石至井口。

（参见废弃矿井回填断面图）

2、矿井封填设计要求

①采用水沉煤矸石密实法回填，每1m3废弃矿井中填入虚方量1.23～1.31m3矸石土，加水0.105m3（注水量为满足沉降后含水量达20%）。

②待井中煤矸石填入距第四系地层底板以下3m时，需停顿16小时以上，确保煤矸石充分排水密实，之后再灌入2.0m厚混凝土，混凝土（砼）标号为C15，塌落度60～80mm，灌入方式：

倾倒法。

③停顿12小时以上（待混凝土终凝完成后）再灌入1.0m厚粉质粘土（至第四纪地层底板），粉质粘土塑性指数应大于10。

④之后再回填煤矸石至井口。

各矿井体积（回填量）采用容积法计算求得。

计算公式：

V=πR2h

式中：

V—矿井体积（m3）

R—矿井半径（m）

h—矿井深度（m）

（二）煤矸石山治理施工设计

本期工程治理稳定煤矸石山１座，呈东西向展布，底部长294m，底部宽80~160m，高度（相对）25m，占地总面积27425m2。

顶部呈三角形，长165m，最宽约150m，顶部面积11023m2。

对该煤矸石山综合治理采用的主要措施有削坡、山顶整平、矸石山周边平盘，其治理方法及设计要求如下：

1、削坡

本项工程治理削坡１处，其治理方法及设计要求如下：

（１）治理方法

对矸石山四周较陡的边坡进行削坡，整治后坡度达到33°稳定的程度。

（２）设计要求

①削坡后边坡率为1：

1.5。

②边坡需人工与机械联合压实，压实率达0.90以上。

边坡长、宽、高由实测得出，见边坡治理设计纵断图。

新区煤矿区矸石山边坡治理设计纵断示意图

２、矸石山顶部整平及周边平盘

矸石山顶面不平且在西部尚有大坑，长50m，宽18m，深4.5m，需填方0.5m（450m3）。

以治理后平盘高程175m为基准，矸石山顶面东西高差4m，需整平。

该矸石山南侧和东侧均有较大面积平盘。

平盘并不平整（相对而言），南侧东西长173m，宽50~110m，面积13840m2。

东侧长76m，宽20m，面积1520m2。

平盘总面积15360m2。

（１）治理方法

①矸石山顶部采用削平方法整平，需削去4.0m，削去矸石量回填矸石山顶面大坑450m3，余量填入周边较大面积平盘，平盘回填高度2.5m。

②矸石山顶部及回填后平盘人工整平。

（２）设计要求

①回填煤矸石级配Cu＞5，每1m3坑中、平台处填入虚方量1.23～1.31m3矸石土，采用机械分层压实，压实率0.90以上并达中密以上状态，保证煤矸石不能架空，防止后期地面大幅度沉降。

检验方法：

参照砂土，采用标准贯入试验，实测值N大于15击为合格。

②整平度控制在小于5‰，治理后平盘高程为175m。

矸石山平盘治理面积、回填量、高差等数据为实地测量计算得出。

（三）小型露天采坑治理施工设计

小型露天采坑有两处需作回填夯实处理，其中一处（K1）规模为长180m，宽45m，深5.9m，工程量47790m3；另一处（K2）规模为长100m，宽54m，深5.0m，工程量27000m3，回填工程量总计74790m3，其占地面积13500m2。

另还有一处较大规模露天采坑（K）本次治理区内长300m，宽150m，深5-30m，本次作为开采小矿的矸石排放点，不作集中治理。

组织采坑周边仍在开采的煤矿把矸石运至此坑，首先填埋在采坑北侧，预计本年回填量为216000m3。

K1及K2采坑治理方法及设计要求如下：

1、治理方法

露天采坑治理采用回填整平方法，填入煤矸石至地表并整平（参见露天采坑治理纵断面图）。

经调查统计及分析研究，续做工程治理区内煤矸石山削方量及煤矸石堆堆积量全部用于回填废弃矿井、平盘、采坑中，尚有9209.94m3的缺口，可于邻区运入，运距在1km左右。

2、设计要求

①回填煤矸石级配Cu＞5，每1m3采坑中填入虚方量1.23～1.31m3矸石土，采用机械分层压实，压实率0.90以上并达中密以上状态，保证煤矸石不