废弃煤矿井口封闭工程的设计.docx

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废弃煤矿井口封闭工程的设计

毕业论文

中文题目废弃煤矿井口封闭工程的设计

Thedesignoftheabandonedcol1iery*spitbrowsealingengineering

系另比继续教育学院

专业年级：

2008级工程管理A

姓名：

耀就

学号：

0813A01

指导教师：

由英来老师

职称：

副教授

2010年10月29日

贞脚.

摘要

近年来，随着环境问题的加剧和人类对可持续发展问题认识的深入，矿山地质环境恢复治理成为一项新兴的工程领域。

本文选取了市石拐区废弃煤矿井口作为样本，在前期实地勘查的基础上，对废弃煤矿井口的封堵工程的进行了设计。

通过收集当地的水文地质等相关资料，并结合相关工程知识，论证了废弃煤矿井口封堵工程的合理性及可实施性。

关键词：

废弃煤矿井口、封堵工程、设计、合理性、可实施性

Abstract：

Inrecentyears,asenvironmentalproblemsunfoldandhumanunderstandingofsustainabledevelopmentissuesofthorough,theminegeologicalenvironmenttorestorethegovernmentbecomeanewengineeringfield・Thispaperselectsthebaotouenterpriseareaabandonedcoalmineinturninprophaseassample,andwellheadfieldexploration,onthebasisofthesealingwellheadabandonedcoalmineinengineeringdesign.Throughcollectingthelocalhydrogeologyrelatedmaterialtandinconjunctionwiththerelevantengineeringknowledge,demonstratestheabandonedcoalmineinwellheadsealingengineeringtherationalityandimplementa1.

Keywords：

a/\bandonedwellhead；sealingengineering；design；rationality

贞脚.

第一章废弃煤矿井口的基本情况1

1.1目前废弃煤矿井口的基本现状1

1.2废弃煤矿区域地质条件2

1.3废弃煤矿区域水文气象4

1.4植被及其生态系统4

1.5各废弃煤矿井口坐标5

第二章废弃煤矿井口封堵工程的设计8

2.［巷道浆砌石封堵设计8

2.2井口外侧土石方回填工程设计8

2.3坡面平整工程设计8

2.4废弃井口附近煤歼石堆整治的设计9

2.5施工组织设计11

2.6施工方法及技术要求12

第三章废弃煤矿井口封堵工程的投资预算16

第四章结论16

参考文献17

致18

贞脚.

页脚.

第一章废弃煤矿井口的基本情况

1.1目前废弃煤矿井口的基本现状

石拐区是市二个矿区之一，下辖5个街道办事处，1个镇，14个行政村，总人口约5.7万人。

石拐煤矿是我国“一五”计划的156个重点建设项目之一，是地区重要的煤炭能源基地，煤炭工业是其主体工业，近年硅铁冶炼也逐渐成为其主要经济支柱。

据统计资料，2006年全区国生产总值241122万元，其中第一产业2540万元，第二产业203388万元，第三产业35194万元。

区矿产资源丰富，已探明煤炭储量7.2亿吨，工业可采储量3.4亿吨，煤种齐全，煤质优良。

此外还有石灰石、石英、石棉、云母等。

多年来，由于缺乏科学规划和无序开采，煤炭资源受到极大的浪费与破坏，可采资源大幅度减少，剩余资源开采难度加大。

由于煤炭资源逐步枯竭，矿务局实施了战略转移，致使石拐区经济步入艰难的经济转型期。

自1954年以来，国家先后投入资金2.34亿元，建立11对大型正规矿井。

几十年来，石拐煤矿累计生产原煤7600万吨左右，对包钢、市以及自治区的经济建设做出了重大贡献。

石拐区废弃煤矿井井口约有600个左右，按国家有关规定封闭的井口有7对并已立碑标记。

报废的国有煤矿井口有大磁煤矿、召沟煤矿、长汉沟二矿、五当沟煤矿四对井口，目前地方小煤矿关停报废井口有50对。

特别是60-80年代乱采乱挖的井口还很多，采完后裸稼于地表，未作任何处理。

大量废弃井口裸露地表，极易产生私挖盗采行为，并由此引发人身伤亡事故;同时，有的废弃多年矿井空气稀薄，瘴气滋生，人误入后会引起窒息，存在不同程度的安全隐患，此外，废弃矿井还涉及到地质环境和地质灾害隐患。

根据现有资料，确定废弃矿井皆无责任主体，按照废弃矿井井口特征将废弃矿井分为竖井、平碉、斜井三种类型，结合调查数据，60%为斜井，30%为平碉、10%为竖井。

由于煤矿乱采乱挖，使大量煤歼石、废渣等随意排放，堆弃在矿窑附近，不仅侵占耕地，抬高河床，阻塞沟道，形成歼石山，而且对周围环境造成影响。

大量的煤歼石任意堆放，造成了环境空气污染，同时占用土地，破坏地貌景观，破坏生态环境。

据统计，累计堆积歼石废渣达8000多万吨。

据调查较大的13个歼石堆分布于大磁矿、召沟矿、长汉沟矿、五当沟矿、河滩沟矿、白狐沟矿、脑包

页脚.

沟、同盛茂等地，煤歼石大多堆积于井口附近的山坡或顺沟堆放，一般呈圆锥形和近长方形堆积，部分呈散状堆积，歼石量现有800万吨，

1.2废弃煤矿区域地质条件

废弃煤矿区主要位于石拐区中部地区，地貌上为中低山丘陵，区总的地势为北高南低，最高海拔1872米，最低海拔1060米，相对高差300—700米，山脉多呈东西走向，河沟多为南北方向。

根据形态特征分为中低山、低山丘陵和河谷阶地三种地貌形态。

（1）中低山

中低山区位于石拐区南部，以太古界片麻岩为主，主峰呈东西向展布，为构造剥蚀中低山地形，山势陡峻，沟壑纵横，山沟切割较深，最高海拔高程为1856米，相对高差300-700米，山坡坡度一般30°-60°,生长有松、柏、、桦、榆等树木和灌木、杂草。

植被较发育。

（2）低山丘陵

分布于石拐煤矿北部及中部一带，为构造剥蚀地形，地形相对较缓，切割较浅，最髙海拔高程1540米，相对高差300—500米，山顶多呈半圆形和浑圆形，山坡坡度一般为20。

-40。

，沟谷发育，低山基岩裸稼，丘陵多被松散堆积物覆盖，植被不发育。

石拐煤田主要分布于该区。

（3）河谷、阶地

分布于矿区五当沟、召沟等主沟及其支沟的沟谷中和两侧，由河床、河漫滩及阶地组成。

主沟较开阔，呈"U”型，一般宽50-150米，河漫滩较平坦，由第四系冲洪积物组成，支沟大多呈“V”型，一般宽10-50米。

石拐区构造属于台隆的阴山褶皱带，大青山复背斜之石拐复向斜，主要分布于五当召镇，构造复杂断裂发育。

其主体由轴向为北东东（75°）—南西西（225°）的向斜和背斜构成，伴生有北东东（80°—60°）,北东（40°）北西西（290°）和北西（310。

）方向的多组断裂。

其中背褶曲狭窄紧闭，两翼陡立，断裂发育，地貌形态呈狭长的山梁；向斜褶曲开阔，不对称，北翼缓而南翼陡，底平，总体上褶曲受北东、北西方向断层切割，发生平错或斜错；是东西构造体系遭受北东向构造应力作用的结果。

前坝逆断层位于五当召镇前坝南一公里处，东起忽洞沟，南至五当沟，长达17.5公里，上盘为太古界片麻岩，下盘为下侏罗统五当沟组砾岩，砂砾岩。

页脚.

石拐区新构造运动活跃，自海西期的印支运动本区褶皱隆起，形成山间盆地,接受陆相碎屑沉积后，喜马拉雅期，山区缓慢上升，遭受剥蚀，大部地区缺失第三系。

由于山区不断上升，从而使区沟谷流水深切，形成了谷中谷、悬谷、基座阶地等地貌现象，为滑坡、崩塌和泥石流的形成发展提供了地形地貌条件。

岩体工程地质为：

（1）块状坚硬变质岩类

岩性为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、混合岩、岩、二长片麻岩、混合岩化角闪钾长片麻岩等。

主要分布于五当召镇南部和吉忽伦图木北部地区，其力学强度髙。

但由于长期遭受风化剥蚀，沟坡上局部岩体较为破碎，易形成小崩塌和石块坠落，为泥石流的形成提供了丰富的物质来源。

（2）中厚层岩溶化较硬灰岩类

岩性主要为寒武系的白云质灰岩、白云质泥晶质灰岩，砂质、泥质灰岩。

多呈厚层、中层、致密块状，较坚硬。

仅在五当召镇南部呈条带状分布，面积小。

（3）中厚一厚层较软碎屑岩类

岩性主要为灰绿色粗砂岩、黄绿色细砂岩、粉砂岩、含砾砂岩、砂页岩、油页岩夹砾岩及煤层等，广泛出靂于区。

其中侏罗系软硬相间的砂、页岩煤系地层易风化，其岩体稳定性差，而一些泥岩、页岩等，遇水极易软化，力学强度较低,往往形成岩体的软弱带，成为滑坡崩塌等地质灾害的地质条件。

土体工程地质为：

（1）黄土类单层土体

包括黄土和黄土状土，分布于低山丘陵区山坡下和沟谷两侧阶地上。

具有均质性和直立性，一般垂直节理发育，易形成崩塌、滑坡。

（2）砂卵石、中细砂双层土体

主要分布河谷漫滩，岩性以砂卵石、砂砾石、中细砂为主，一般厚数米至十余米，松散，透水性好，为主要含水层。

（3）粘性土、淤泥、细砂多层土体

分布于沟谷两侧台地及山前坡麓地带，主要为坡积、洪积的亚砂土、亚粘土,稳定性差。

页脚.

1.3气象、水文

本区属中温带半干旱大陆性季风气候，具有冬季长而寒，夏季短而热，降水少而集中，春季雨量少而多风的气候特征，年平均气温5.2°C,最高气温36.81,最低气温-33£；多年平均降水量375.7毫米，降雨多集中于6-9月；年平均蒸发量为2099.6毫米；平均风速2.7米/秒，最大风速24.0米/秒，风向多为北风;无霜期113天，冰冻期从11月至翌年3月，最大冻结深度1.82米。

矿区水系比较发育，均属外流水系，多为季节性河沟，主要河沟有五当沟，属黄河左岸的一级支流。

五当沟全长约78公里，发源于固阳县新建头道井，年平均流量为0.5米'/秒，最高洪峰流量2000米'/秒，较大的支沟有西沟、召沟、家沟、后五当沟和河滩沟。

区地下水按含水介质和埋藏条件可分为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型，居民生活用水和农田灌溉主要利用第四系孔隙潜水。

第四系松散岩类孔隙潜水主要分布于几个大的河沟及洼地之中，水量较丰富，一般单井出水量为1000-2000米'/日，地下水埋深1-5米，含水层岩性为冲洪积砂、砾石层，厚度一般大于4米，水化学类型一般为HCO-Na•隗型和HCO：

rMg・Ca型，溶解性总固体小于1克/升。

基岩裂隙水主要包括侏罗系碎屑岩裂隙水、太古界变质岩裂隙水、花岗岩风化裂隙水等。

富水性差，一般水量不丰富，侏罗系召沟组含水层由砂层岩组成，赋存承压裂隙水，含水层厚20-50米，单井出水量为4.0-120.4米70,不具有供水意义，但水质好，为HCO-Mg-Ca水，溶解性总固体小于1克/升。

大气降水为区地下水的主要补给来源，第四系孔隙潜水与基岩裂隙水直接接受大气降水的入渗补给，同时河谷孔隙潜水还接受山区及丘陵区基岩裂隙水的排泄补给和雨季地表河水的渗漏补给。

河谷洼地为地下水贮存及排泄区。

由于煤矿区采矿几十年，采空区存在一定储量的矿坑水，但未进行抽水或评价。

推断矿坑水储量较丰富，且水质符合农业用水和工业用水水质标准。

1.4植被及其生态系统

煤矿区地形地貌为、低山、丘陵和河谷阶地三种类型，区植被较发育，生长有松、柏、、桦、榆等树木和灌木及杂草。

低山、丘陵区植被不发育，零星分布灌木及杂草，属较脆弱的草原生态系统。

页脚.

1・5各废弃煤矿井口坐标（见表1）

表1各废弃矿井坐标

01#

40°40’52.2〃

110°16f14.4"

X=4505422.396

Y=37438342.412

02#

40°40’49.8"

110°16f14.4"

X=4505348.364

Y=37438341.798

03#

40°40’52.2〃

110°16f14.4"

X=4505422.396

Y=37438342.412

04#

40°40’52.2〃

110°16r10.2"

X=4505423.216

Y=37438243.7820

05#

40°40’55.2"

110°⑹9.6"

X=4505423.333

Y=37438229.692

06#

40°41r4.1"

110°⑹31.7"

X=4505786.116

Y=37438751.702

07#

40°41r5.2〃

110°16f30.7"

X=4505820.241

Y=37438728.499

08#

40°41’5.8"

110°16f30.9"

X=4505838.711

Y=37438733.348

09#

40°41’8.5〃

110°16f32.8"

X=4505921.630

Y=37438778.651

10#

40°41’8.3〃

110°16f31.6"

X=4505915.692

Y二37438750.421

11#

40°41r8.8"

110°16f31.6"

X=4505931.116

Y二37438750.548

12#

40°41’10"

110°⑹34"

X=4505967.668

Y=37438807.210

13#

40°41r7・2〃

110°16f36.5"

X=4505880.813

Y=37438865.203

14#

40°41r5・9〃

110°16f33.5"

X=4505841.292

Y=37438794.427

15#

40°41r5.2〃

110°16f35.6"

X=4505819.293

Y=37438546.097

16#

40°41r5・3〃

110°16f40.8"

X=4505821.373

Y=37438965.694

17#

40°4T6〃

110°16f42.9"

X=4505842.562

Y二37439015.184

18#

40°41r5.7"

110°16f42.7"

X=4505833.346

Y=37439010.411

19#

40°41’11.1〃

110°16f39.4"

X=4506000.556

页脚.

Y二37438934.290

20#

40。

41r11.6"

110°16f41.1"

X=4506015.652

Y二37438974.335

21#

40。

41r12.6"

110°16f41.4"

X=4506046.441

Y=37438981.633

22#

40。

41r12.7"

110°16f40.9"

X=4506049.622

Y=37438969.918

23#

40°41r12.7〃

110°16f39.7"

X=4506049.854

Y=37438941.740

24#

40°41’12.6"

110°16f10.8"

X=4506052.378

Y=37438263.101

25#

40°41’1&2〃

110°16f32.2"

X=4506220.962

Y=37438767.028

26#

40°41’24.7"

110°16f31.2"

X=4506421.661

Y二37438745.201

27#

40°41’25.1〃

110°16f32.5"

X=4506433.748

Y二37438775.827

28#

40°41r25.3"

110°16f32.9"

X=4506439.84

Y=37438785.269

29#

40°41’24.7"

110°16f34.8"

X=4506420.964

Y=37438829.729

30#

40°41’24.6"

110°16f35.2"

X=4506417.802

Y=37438839.096

31#

40°41r24.5"

110°16f42.3"

X=4506413.347

Y=37439005.781

32#

40°41’27〃

110°16f44.2"

X=4506490.098

Y=37439051.026

33#

40°4T27〃

110°16f40.9"

X=4506490.734

Y=37438973.542

34#

40°41’47.4"

110°16f24.6"

X=4507123.168

Y=37438596.020

35#

40°41r55.2"

110°16f28.2"

X=4507363.077

Y=37438682.528

36#

40°41’55.2"

110°16f28.8"

X=4507362.961

Y=37438696.614

37#

40°4T54"

110°16f31.2"

X=4507325.479

Y=37438752.654

38#

40°41’52.2"

110°16f30.6"

X=4507270.071

Y=37438738.110

39#

40°41r52.8"

110°16’33"

X=4507288.114

Y=37438794.609

页脚.

40#

40°41r52.8"

110°⑹35.4"

X二4507287.650

Y二37438850.955

41#

40°41’52.6"

110°16,34.8"

X=4507281.597

Y=37438836.817

42#

40°41’53.4"

110°16f37.2"

X=4507305.811

Y二37438893.367

43#

40°41’54.6"

110°16,39.6"

X=4507342.364

Y=37438950.017

44#

40°41r55.2"

110°16f39.6"

X=4507360.872

Y=37438950・169

45#

40°41’57.6"

110°⑹42"

X=4507434.442

Y=37439007.122

46#

40°41’57.6"

110°16f45.6"

X=4507433.748

Y=37439091.640

47#

40°42f0.6"

110°16f43.8"

X=4507526.636

Y二37439050.141

48#

40°42f7.2〃

110°⑹42"

X=4507730.574

Y=37439009.555

49#

40°42f1.2〃

110°16’44.4"

X=4507545.029

Y二37439064.379

50#

40°42f1.2〃

110°16f42.6"

X=4507545.375

Y二37439022.121

页脚.

第二章废弃煤矿井口封堵工程的设计

2.1巷道浆砌石封堵设计

对于碉口宽度小于3米的简单废弃矿井，或私挖盗采形成的小型废弃矿井，用M10浆砌毛石直接封堵，即沿巷道用浆砌石砌筑3米或5米长实体墙封堵巷道，碉口外用土石方进行掩埋。

对于碉口宽度在3-5米间的煤矿废弃矿井，先用废渣、毛石等充填巷道5-10米，然后由此向外用砖、毛石砌筑3-5米，并用水泥灌浆，碉口外用土石方进行填埋。

对于井口以外凹坑进行土石方填埋，且分层压实。

2.2井口外侧土石方回填工程设计

废弃矿井回填工程需大量的土石方进行回填，需外运土方，附近堆积的地表剥离物也可用来作为矿井采坑回填料。

井口外围凹坑均采用土石方进行回填，每回填40-50cm厚度，利用夯实机具进行夯实，要求压实度不低于85%。

回填时，回填料中石块含量较多的应作为下层填料，距地表1米深度围的填料宜选择渣堆中的原地表剥离物，尽可能不含或少含石块，因为原地表剥离物的保水保肥能力较好，经场地平整后能够满足以后植被恢复的立地条件。

斜井、采坑回填工程实施后的地表坡度应与原地表保持一致。

2.3坡面平整工程设计

场地平整工程，根据因地制宜的原则，不改变全部原有地形面貌，对局部过于弯曲、凸凹的地段修直平顺，平整坡面，充分利用残坡积土作表层覆盖，为土地复垦、植被恢复重建打基础。

在固体废弃物清运、废渣掩埋、地表杂物清除完成后，进行人工场地平整。

项目区皆为坡地或缓坡地，平整时应按照随坡就势的原则，对±30cm厚度围的废石渣、树根等杂物进行清理平整，不破坏原有的地表径流排泄途径，保证排水畅通。

页脚.

2.4废弃井口附近煤歼石堆整治的设计

据统计，矿区累计堆放煤歼石废渣量达8000多万吨。

大量煤歼石堆放在沟道两侧或沟谷上），在雨水的冲刷下，存在诱发泥石流地质灾害的隐患。

土壤中有机细颗粒在雨水及地表径流的作用下，逐步流向沉陷盆地中心，使得沉陷区土壤大面积寸草不生，失去耕种能力，土壤逐步荒漠化。

（1）边坡阶梯状整地工程

该工程措施包括边坡阶梯状整地、坡脚砌筑浆砌石挡墙及浆砌石排水沟、马道绿化（图1）。

图1边坡阶梯状整地工程地流程图

为提高渣体稳定性和便于苗木栽植，按阶梯状进行整地。

梯田宽度为3m或5m,坡率为1:

1,梯田之间高差为2〜4m。

为验证其合理性，对边坡稳定性进行了计算：

渣料按无粘性土考虑，不计渣料凝聚力；考虑到渣料孔隙率大、渗透性强，且采取了排水措施，即使雨季渣体浸润线也很低，计算时不考虑孔隙水压力对渣体稳定性的影响。

采用《土力学》中无粘性土土坡稳定安全系数公式进行计算，公式为：

Fs=tg（/）/tga

式中：

°——土的摩擦角；

U——土坡的角度。

页脚.

渣体土的摩擦角参考相邻工程经验取34°，边坡的角度取坡顶坡脚之间的连线与水平面之间的夹角为20°,计算得土坡安全稳定系数为1.85。

参照《开发建设项目水土保持技术规》，对建筑物级别为4级的土堤，安全系数允许值为1.15,由此可见，按本设计方案整地，渣体边坡是稳定的。

（2）浆砌石挡墙工程

为拦挡边坡上零星掉落的碎石，对现有道路及排水沟起到一定的防护作用，在煤歼石堆坡脚处砌筑浆砌石挡墙。

墙身断面为梯形，墙高1.5m,埋置深度不小于0.5m,墙顶宽0.45m,墙底宽1.15m,墙背直立，砂浆强度等级15Mpa,砌石强度不小于lOMPa,水泥砂浆抹面。

挡墙每隔2.5