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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

露天煤矿截水帷幕关键技术及效果检验研究

来源:《煤田地质与勘探》2020年第4期

我国露天煤矿大都通过疏排水方式进行地下水疏降以保证正常生产,长期疏排水可造成地下水资源浪费、生态环境破坏、生产成本增加等问题。随着我国对煤矿绿色开采的日益重视,露天煤矿采用长期大量疏排地下水的做法已不可取,将截水帷幕技术应用于露天煤矿进行截渗减排,是解决露天煤矿疏排水问题的根本措施,可实现露天煤矿的绿色、安全、可持续发展。基于中煤科工集团西安研究院有限公司将防渗墙技术成功应用于我国北方露天煤矿的实例,我刊特设立专题对截水帷幕工程中的防渗膜铺设、注浆回填工艺、墙体材料研发及帷幕效果验证等关键技术进行集中报道,为我国露天煤矿尤其是东部草原区露天煤矿绿色开采提供新的技术思路,对露天矿山的地下水资源保护、水害预防与控制具有重要的借鉴和推广应用价值。

行业视野

采矿

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  • 作者(Author): 朱明诚, 韩强, 赵贵斌, 刘玉柱

    摘要:高压旋喷桩主要适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、黄土和碎石土等地层,在卵砾石地层或动水条件下的应用较少。我国某露天矿在施工旋喷桩止水帷幕的过程中,采用RJP工法进行帷幕施工,成功将高压旋喷注浆技术应用于卵砾石含水层中,通过试桩和筛分试验将卵砾石层特征对桩径大小的影响进行了分析研究,结果表明,RJP工法在卵砾石含水层中成桩效果良好、质量可靠,其桩径大小与卵砾石颗粒大小及含砂量有关。围井试验结果显示,高压旋喷桩帷幕墙完整,止水效果显著。研究成果表明高压旋喷注浆技术可在卵砾石含水层的加固和止水领域进行推广应用。
  • 作者(Author): 张雁, 黄选明, 陈实, 石炳兴

    摘要:内蒙古东部草原区某露天煤矿在长期疏排水条件下造成地下水位持续下降,为研究矿区周边植被生长是否受地下水位下降的影响,采用归一化植被指数法(NDVI)分析了研究区2013—2019年植被盖度变化趋势,选择气温、降水量和地下水位埋深3个气象水文要素,基于联合熵理论计算NDVI与不同要素之间的互信息,得出植被生长的主要影响因素。研究结果表明:研究区植被盖度呈逐年好转趋势,植被指数由2013年的0.10逐渐增加至2019年的0.33,年均增长约为0.03;植被生长与当地气温和降水量关系密切,与地下水位埋深相关性弱;研究区气候变暖和稳定的降水量造成植被返青期提前和生长期延长;在矿区目前疏排水强度下引起的地下水位下降不会造成周边草原植被干枯死亡。研究成果丰富了内蒙古东部草原区植被生长与地下水关系的研究内容,为类似分析评价工作提供技术支撑。
  • 作者(Author): 王海, 彭巍, 曹海东, 王丽

    摘要:某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,通过施工截水帷幕切断矿坑北侧河流补给通道。根据现场施工条件,采用低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆、咬合桩4种工艺构建截水帷幕。为检验施工过程中露天煤矿截水帷幕的效果,针对低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆等3种截水帷幕工艺,进行了4次围井试验。试验结果表明,在露天煤矿深厚砂卵石层动水、低温条件下,低强度抗渗混凝土地下连续墙、HDPE防渗膜、超高压角域变速射流注浆帷幕均具有良好的截水效果,渗透系数分别达到8.34×10–7、6.28×10–7、7.85×10–7 cm/s,与原材料室内实验得出的渗透系数基本吻合。在4种帷幕工艺的共同作用下,露天煤矿矿坑疏排水量显著减少,围井试验在截水帷幕施工过程中具有良好的效果检验作用。
  • 作者(Author): 彭巍, 王海, 王仲全, 卜桂玲

    摘要:某露天煤矿为减少矿坑疏排水量,拟通过施工截水帷幕以切断矿坑北侧河流补给通道。结合现场施工条件,在架空高压线等特殊施工区域采用钻孔咬合桩帷幕。施工区砂卵石层厚度达45 m,含水层渗透系数达100 m/d,水力梯度0.033,地下水温长期维持在5℃,为保证咬合桩在深厚砂卵石层和低温动水条件下快速成桩,研制出一种以粉煤灰为主、水泥和粉煤灰添加剂为辅的混合防渗材料,并开展该材料的凝结时间、结石率、流动度、抗渗性能等多项参数测试。结果表明:研发材料最优配比为水灰比0.7︰1.0、水泥掺量(质量占比)40%、粉煤灰掺量60%、粉煤灰激发剂掺量2%,在5℃低温环境下凝结时间102 h,结石率94.6%、流动度23 cm,3 d强度1.06 MPa、90 d强度11.65 MPa、渗透系数低至8.61×10–8 cm/s。通过取心验证,成桩质量符合要求,截水效果好,矿坑疏排水量显著减少。该材料具有低价环保、抗渗性好等优点,可在类似工程中推广应用。
  • 作者(Author): 曹海东, 苗贺朝, 迟赞, 高思华

    摘要:混凝土地下连续墙具有施工方便、质量可靠、抗渗性好等优点,在水利水电、基坑支护、地铁等防渗工程中广泛应用,所用材料既有塑性混凝土,也有刚性混凝土。在内蒙古某露天煤矿截水帷幕工程中,针对其工程地质与水文地质特征,研发一种低强度(8~10 MPa)抗渗(P6级)混凝土作为墙体浇筑材料,该混凝土水胶比值为0.68,砂率为45%,1 m3混凝土中各原材料质量分别为:水泥180 kg,粉煤灰200 kg,膨润土20 kg,砂720 kg,石子880 kg。分析了其渗透与抗渗机理,并通过钻孔取心和围井抽水试验对其效果进行了验证。试验结果表明:混凝土墙体浇筑完整、连续,抗压强度达8.3 MPa,渗透系数达8.67×10–7 cm/s。工程实施后矿坑疏排水量显著减少,该措施为矿区水资源及矿坑周边草原植被等生态环境保护奠定了基础。
  • 作者(Author): 李文嵩, 党亚堃, 朱明诚, 高雅

    摘要:防渗膜(HDPE土工膜)目前广泛应用于防污染、防渗漏、防扩散为主的防渗工程中,且铺设形式复杂多样。在我国某露天煤矿地下截水帷幕工程中,将防渗膜进行大深度垂向隐蔽铺设,深度可突破50 m,作为帷幕墙防渗主体;利用接头箱技术,实现了不同槽段间的防渗膜叠覆连接;通过注浆回填工艺,在压紧防渗膜的同时,提高了帷幕墙的抗渗性;最后采用围井抽水试验验证了墙体的防渗性,结果表明,防渗膜帷幕墙渗透系数仅为8.6×10–7 cm/s,达到设计要求。防渗膜帷幕墙具有施工效率高、成本低、绿色环保等优点,其成功应用对其他类似项目具有推广借鉴意义。
  • 作者(Author): 黄选明, 张雁, 李文嵩, 田增林

    摘要:露天开采是我国煤矿开采的两大方式之一。与地下开采煤矿类似,露天煤矿在开采过程中同样面临防治水问题,由于我国露天煤矿水害类型相对单一,国内学者鲜有对露天煤矿的水害特征和防治水技术进行深入研究。以我国露天煤矿分布范围为出发点,从充水水源、充水通道、充水强度3方面分析露天煤矿水害特征,得出大气降水、地表水和浅层地下水是主要充水水源;人为开挖形成的直通式通道、强渗透含水层或透水层、垂向导水钻孔、滑坡形成的地表裂缝等是主要充水通道;季节性变化明显、疏排水周期长、排水量大是露天煤矿疏排水主要水害特征的结论。归纳目前我国露天煤矿常用的7种防治水技术,提出露天煤矿由远及近、由上而下、由面至点的立体防治水技术体系。从地下水资源保护和生态环保角度出发,为实现露天煤矿绿色开采和可持续发展,提出以切断补给通道、减小矿坑疏排水量为目的的帷幕截流技术是今后露天煤矿防治水的主要技术方法。

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