平朔东露天矿防排水系统评价.pdf

第 3 1卷第 1 期 2 0 1 6年 1月 露天采矿技术 O p e n e a s t Mi n i n g T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 6 D O I ： 1 0 ． 1 3 2 3 5 ~ ． c n k i ． h c m． 2 0 1 6 ． O 1 ． 0 1 2 引用格式 ： 何峰， 赵俊， 威华， 等． 平朔东露天矿防排水系统评价[ J ] ． 露天采矿技术， 2 0 1 6 ， 3 1 ( 1 ) ： 3 9 — 4 1 平朔东露天矿防排水系统评价 何峰 ， 赵俊， 威华， 姚国栋， 韩峰 ( 中煤平朔集团有限公司 东露天矿， 山西 朔州 0 3 6 0 0 6 ) 摘要： 阐述 了东露天矿防水与排 水的必要和重要性 ， 分析 了其 涌水的重要 因素， 并以此为基础 建立了综合评价模型 ； 对 东露天矿防排水体 系进行 了详尽 分析 ， 利 用模 型对其进行 了评价 ； 提供 了一 种评 价 防排 水 系统 的方 法 。 关键词： 露天矿 ； 防排水； 评价模型 中图分类号： T D 7 4 4 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 1—9 8 1 6( 2 0 1 6 ) 0 1—0 0 3 9—0 3 W a t e r p r o o f a n d d r a i n a g e s y s t e m e v a l u a t i o n i n Pi n g s h u o Ea s t Op e n - p i t M i n e HE F e n g ， Z HAO J u n ， WEI Hu a ，YAO Gu o d o n g ，HAN F e n g ( E a s t O p e n - p i t J】l 聊， C h i n a C o a l P i n g s h u o G r o u p C o ． ， L t d ． ， S h u o z h o u 0 3 6 0 0 6 , C h i na) Ab s t r a c t ：Th i s a r t i c l e d e s c ri b e s t h e n e c e s s i t y a n d i mp o r t a n c e o f wa t e r p r o o f a n d d r a i n a g e ，a n a l y z e s t h e i mp o r t a n t hc t o m o f w a t e r i n fl o w， a n d e s t a b l i s h e s t h e c o mp r e h e n s i v e e v alu a t i o n mo d e 1 ． T h e a u t h o r a n a l y z e s Th e w a t e rpr o o f a n d d r a i n age s y s t e m i n d e t a i l ，e v a l u a t e s i t u s i n g t h e mo d e l ，a n d p rov i d e s a me t h o d o f e v alu a t i n g wa t e rproo f a n d d rai n a g e s y s t e m． Ke y wo r d s ：o p e n - p i t mi n e ； w a t e rproo f d r a i n ag e ； e v a l u a t i o n mo d e l 1 东露天矿防水与排水重要性 2 东露天矿防排水系统评价模型 做好防水与排水工作是保证露天矿安全和正常 生产的先决条件。 东露天矿矿坑形状呈凹陷型， 如若 爆发涌水 ， 危害极大 ， 不但影响生产 ， 甚至会导致不 堪设想的后果 ， 其主要危害如下 ： 1 ) 露天采场底部汇水被淹后， 将会大大的降低 电铲的掘沟效率 ， 若不及时排水 ， 必然影响延深和拓 帮工程 。若在基建期会严重影响投达产进度。 2 ) 减少设备服务年限， 降低设备生产效率， 甚至 严重损坏运行设备。尤其是东露天矿采用 电动轮卡 车， 不仅影响效率， 而且更为严重的是给安全行车带 来安全隐患。 3 ) 水是导致滑坡的主要因素。东露天矿区属典 型的黄土丘陵沟壑地貌，不及时排水会严重破坏边 坡的稳定性 ，如若造成大面积滑坡会切断采场运输 线路并掩埋作业区域 ， 使生产中断 ， 甚至导致人员伤 亡事故。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 — 0 8 — 2 5 作者简介： 何峰( 1 9 8 8 一) ， 山西朔州人 ， 本科， 2 0 1 1年 毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业， 现在 中 煤平朔集团 公司东露天矿工作。 东露天矿防排水评价模型如图 1 。 露天矿防排水系统评价模型 A 皇 竺 里 茎 I I 里 耋 l l 些 堕 堕 竺 l I 兰 ! 堕 图 1 东露天矿防排水评价模型 2 ． 1 确定各影响因素的权重 将A作为目 标层， 措施层为 。 ， ， ， 。在此 基础上 ， 建立评价矩阵 P 。根据现场施工的经验和对 日常生产数据分析 的基础上 ， 用 n if 表示 2个要素之 间重要程度的相互关系 ，其中：①嘞>0且 = 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ， 7 ， 8 ， 9 ； ② =1 ； ③锄= 为了是计算结果更加的精确，使用方根法计算 各因素的权重。其方法如下： 首先计算矩阵P的各行元素的rt 次方根 ： 厂 一 = ＼ ／ n ( J = l ， 2 ， ⋯ ， n ) - = l 然后将向量 W=( 。 ， ， ⋯， ) 进行归一化 ， 3 9 第 3 1 卷第 1 期 2 0 1 6年 1月 露天采矿技 术 Op e n c a s t Mi n i n g T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 1 No ． 1 J a n ． 2 01 6 得到 舭： ： r，L( l 2 一 ，n ) ∑ 所得到的 W 即为各评价指标权重。 由于在现实应用中，由于客观事物的不可判性 和人们认知的局限性 ，往往造成理论结果不能与真 实结果完全一致。 要保证结果具有实际意义 ， 就要保 证判断矩 阵具有大致的一致性 。 因此 ， 需要对判断矩 阵进行一致性检验。具体方法如下： 首先计算判断矩阵的最大特征根 A 一： A— 式中： P为判断矩阵 ； W 为判断矩 阵 P的特征 向 量 ； W 为特征 向量 的第 项 的值 ； ( P W) 为 P W 的第 i 个值 ， n为判断矩阵的阶数 。 然后计算判断矩阵 P的一致性指标 C I 和一致性 比例 C R： C I= _一 — l CR = 当时 C R<0 ． 1 时 ， 说明判断矩阵具有较为精确 的一致性。 2 ． 2综合 模糊 评价 1 ) 建立 因素集。 因素集 ， 即影响评判对象的各种 因素构成的集合 ， 用 表示 ： U={ U l ， U 2 ， ⋯ ， ∞ ) 其中， “ 表示第 i 个影响因素。 2 ) 建立评价集。评价集是评判者对评判对象可 能做出的各种评价结果组成的集合。根据选取的露 天矿防排水 系统评 价指标 ，将评 价集定分为 = ， l={ 很好 ， 好 ， 一般 ， 差} 。 3 )构建单因素评价矩阵 。对单个因素 U i( i= 1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ， ) 进行评价 ， 得到评 价矩阵 R =f r i 。 ， r i2 ， ⋯ ， l ， 它是 从 A到的一个模糊映射。 ⋯ I R = ( r0-) nX~ = l r 21 r 22 ⋯ r 2m l l ⋯‰ I 式 中 ： 表示 ( i=1 ， 2 ， 3 ，⋯ ， r t )与 v j = 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， m) 之间隶属“ 合理关系” 的程度。 4 ) 综合模糊评价的得出。 各因素的权重记为 = ( 。 ， ： ， ⋯， ) ， 其中 权重满足∑ =1 W i 对应 4 0 因素的权重 。将权重集 和评价矩阵 合成 ， 即得 对各个因素的综合评价顺序模型 ： B = W R B={ b 1 ， b 2 ， ⋯， b } 式中： 为评价对象的综合模糊评价， 是 上的 模糊子集； b j 称为评判指标 ， 它表 明综合考虑所有影 响因素时 ， 评价对象对评价对象 的隶属度[ 1 _ 。 3东露天矿防排水分析 3 ． 1 东露 天矿 防水 的主要 措施 矿 区内的涌水共分为地下水和地表水 2大类 。 根据东露天矿 田内地方煤矿涌水量情况分析 ，本矿 含水层 的地下水对生产影响较小 ，故不需设独立的 地下水疏干工程。 东露天矿防排水系统铺设原则为 ： 1 ) 沿露天矿区境界 四周修筑截水沟 ， 拦截减少 坑内的汇水量 ， 防止地表、 地下水渗漏到采场。当雨 季降水量较大时 ， 又能起到疏引暴雨山洪的作用 。 2 ) 针对西石湖沟、 石峰沟 、 坟园沟、 南沟、 榆岭乡 东侧沟 、乔二家沟沟头等几条乔二家沟的主要支沟 分别设置防洪工程 ，对这几条季节性沟谷进行拦坝 截流 以保障采掘场和排土场安全 。 3 ) 设置建立可靠的截流、 防洪和排水系统。 4 ) 为提高地面防排水 的安全系数 ， 东露天采用 分段截流的方式 ， 分散汇水面积 ， 减小库容。挡水坝 工程为设计频率 1 ％[ 4 ] 。 5 ) 排土场上部排水与排土场水土保持排水结合 考虑 。 地面防排水主要任务是预防汇集到坑内的大气 降水 。随着采排面积的增大 ， 汇水面积随之增大 。 除 部分 自然挥发 、 渗透和平盘截留外 ， 而绝大部分汇水 要经采场、 排土场的分水岭进入矿坑底部 ， 进而影响 开采 、 排土 、 边坡稳定甚至人员和设备的安全[ 5 ] 。 3 ． 1 ． 1 地表境界防排水 东露天矿首采区位于矿 田较高的位置 ，矿坑采 场位 于乔二家沟和四沟分水岭 ，虽然大部分地表径 流不进入 ，但 除此之外 ，仍有局部汇水能够进入矿 坑 。 为防止地表水流人采场 ， 沿矿坑地表境界周 围修 筑坡系数 1 ． 5的土堤和截洪沟。 截洪沟为梯形 ， 截洪 沟顶宽 8 i n ， 高度 2 I n ， 截洪沟示意图如图 2 。 3 ． 1 ． 2 采掘和排土场防排水 随着东露天采矿工程的发展， 外排土场的西侧， 矿坑的南侧 、北侧等地段地表径流原有泄流通道逐 步被截断，为防止积水对排土场 、矿坑边坡造成危 第 3 l 卷第 1 期 2 0 1 6牟 1 月 露天采矿技术 O p e n c a s t Mi n i n gT e c h n o l o g y V 0 1 ．3 1 N o ． 1 J a n ． 2 0 1 6 3 m 2 m 3 m l i n 3 m 2 m 3 r a 图 2 截 洪沟示意 图 害， 选择采用机动灵活的户外自吸式柴油抽水泵， 对 边坡坡底的积水及时排除 ， 保证露天矿的安全生产 。 由于乔二家干沟从矿坑和外排土场中间穿过 ， 矿建初期即被切断。为避免各沟的汇水流人矿坑和 外排土场， 在西石湖沟、 南沟、 榆岭乡东侧沟、 乔二家 沟沟头、 百草沟、 前阳坡沟等沟谷上游分段修筑挡水 坝 ， 截流上游汇水 ， 其大坝修筑并行考虑东露天剥离 与排土， 防范各沟洪水的威胁。 与此同时排土时尽量 保持了台阶完整 ， 并保有了 5 ％的反坡。在排土场底 部排放易透水的大块岩石， 控制了排土场正常渗流【6 ]。 对 于其它汇水面积较小的沟谷 ，在实际生产 中 根据情况设置防洪堤 ， 防洪沟等防排水设施 。 3 ． 1 ．3 工业场地防排水 工业场地设置在地形较高处， 避免了洪水威胁。 为了防止雨水进入工业广场 ， 影响边坡稳定 ， 在广场 边坡上部修筑 3 条排水沟， 总长度 1 8 0 0 m， 宽 3 m。 在工业场地内修筑有排水沟，将场地内的雨雪水由 道路两侧排出到场外 ， 进入总排水沟。与此 同步 ， 选 择自然径流的方式对工业广场内汇流面积较小的区 域进行排水。 每年雨季前、 后均清理场区排水沟杂物， 保证防 排水系统畅通。 3 ． 2 露天矿排水 系统及设施 简介 东露天矿防排水设施、设备主要用于排出积水 区域积水。该矿大部分地方的大气降水都可以通过 自然地 势汇水 和人工疏 导的方式流人预定积水 区 域 ，后通过水泵+ 水车和泵站+ 管道+ 水车的两种排 水方式排走或用作矿坑洒水。只有矿坑底部的积水 需要通过泵站+ 水车、管道的排水方式排到境界外 冲沟内。 3 ． 3 东露天防排水 系统评价 根据图 l 各评价因素之间的影响以及他们的重 要性 ， 可得判断矩 阵 p ： P = 1 3 1 ／ 3 1 3 7 2 5 1 ／ 3 1 ／ 2 1 ／ 7 1 ／ 5 l 2 1 ／ 2 1 通过计算可得到影响因素的权重集为 W =( O ． 1 6 1 5 ， 0 ． 0 6 0 1 ， 0 ． 4 9 0 5 ， 0 ． 2 8 7 8 ) 。 同时 ， 可知一致次指标 C I=0 ． 0 0 6 4 ， 一致性 比 率 C R=0 ．0 0 7 2<0 ． 1 说明该矩阵具有一致性。 通过对东露天矿 防排水设施 以及所采取的措施 的了解 ， 根据专家评价系统 ， 可以得到评价矩阵 R： R = O． 8 0． 1 0 ． 1 0 ． 6 0 ． 2 0 ． 2 O． 7 O． 2 0 ． 1 0． 5 0 ． 3 0． 2 根据公式，可以得到各个因素的综合模糊评价 。由模糊综合评价法 可知 ， B=( O ． 6 5 2 5 ， 0 ． 2 1 2 6 ， 0 ． 1 3 4 8 ， 0 ) 。由模糊综合评价法 ， 可 以得到东露天矿 防排水系统的评价等级为“ 很好” 。 4 结论 1 ) 首先分析 了东露天矿涌水 的危害性 ， 间接论 证了其防水和排水的重要性和必要性； 2 )剖析了东露天矿防排水系统的影响因素： 自 然因素、 人为因素、 地面防水和地下防水。并以此为 基础， 建立了东露天矿防排水综合评价模型。 3 )在全面解析东露天矿防排水体系的基础上， 运用建立的模型对其进行综合计算评价 ，评价等级 结果为“ 很好” 。对其他矿山的防排水工程具有很强 的借鉴和实际指导作用。 参考文献： [ 1 ] 宋晓秋． 模糊数学原理与方法[ M】 ． 徐州 ： 中国矿业大 学出版杜， 2 0 0 4 ： 2 0 1 — 2 0 8 ． [ 2 ] 威华 ， 才庆祥 ， 周伟 ， 等． 露天矿安全生产评价模型及 应用[ J ] ． 金属矿山， 2 0 1 2 ( 3 ) ． [ 3 ] 兰继斌 ， 徐扬 ， 霍良安， 等． 模糊层次分析法权重研究 [ J ] ． 系统工程理论与实践， 2 O O 6 ( 9 ) ： 1 0 7 — 1 1 2 ． [ 4 ] 杨荣新． 露天采矿学( 下册 ) [ M】 ． 徐州： 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 0： 1 4 6 — 1 6 1 ． [ 5 ] 罗中洲． 露天采矿学( 上册) [ M] ． 北京 ： 中国矿业学院 出版社 。 1 9 8 8 ． [ 6 ] 张幼蒂． 露天采矿系统工程[ M] ． 北京： 煤炭工业出版 社， 1 9 8 9 ． 【 责任编辑： 张东旭】 4 1