CN1063518C - 一种用于露天矿防治地下水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为通过预先提前剥离露天煤矿外围境界内土石方而形成疏排截流深沟高垒法之截流水渠，防治地下水，沟渠底板应到达第四纪孔隙含水层底板，截流露天矿端邦外侧地下涌水到集水沟渠，然后由设在端邦扬水站水泵排出露天坑外，经剥离排土而形成的环绕露天矿区的深沟集水渠挖成后，可使矿区原始水位(11)下降到截流水位(12)，再经由沟渠到露天坑之间深入基岩的防渗截流(6)，从而使露天矿区四周的地下水完全被截住，达到了防治地下水的目的。可开采含水层下煤层。

Description

一种用于露天矿防治地下水的方法

本发明是一种露天开采煤、铁、铜、砂金、油母页岩等金属、非金属矿藏防治地下水的方法。

在目前现有的技术露天开采煤、铁、铜、砂金、油母页岩等金属、非金属矿藏防治地下水的方法中，根据露天采矿手册(第六册，总图。边坡稳定。采场防排水。环保，中国，煤炭工业出版社，1987年9月)中主要采取：(1)冻结法，冻结法凿井是在井筒周围打一定数量的冻结孔，孔内安装冻结器，用人工制冷手段将井筒周围的含永和流沙地层冻结，然后在冻结壁保护下进行井筒掘、砌施工，向地下延伸，开采深部矿藏，此方法由于施工造价成本昂贵，技术要求严密，只适用于小面积的(100平方米)，竖井开凿时过大水或流沙层的防治地下水的方法。

(2)注浆法，注浆法凿井是指在含水或流沙层中钻孔，用高压喷浆，在施工前预先注入可凝结的浆液达到堵封裂隙隔绝水源将松散岩层胶结成不透水的整体，可以达到永久性堵水与固沙土层的目的，此方法因施工面积范围大，接头多，质量很难保证，因还有一定数量残余水位，此方法也只用于小范围小面积地质构造简单的防治地下水之用。

(3)帷幕法，混凝土帷幕法是在沿井筒外围按设计布置专用帷幕钻机挖槽、孔，然后在槽、孔中灌注混凝土形成封闭的圆柱状混凝土帷幕，因施工成本高和技术难度等原因，此法也只适用开凿竖井时使用，对于防治面积超过1平方公里或含水层超过30米的大水露天矿来说，目前很难实施这一防治水方法，因为随着深度、面积范围增加施工难度也随之加大，因水头差增大，绕流水可达30％以上，残余水位较大。因此，此方法目前仅有少数水利工程上使用。

(4)井群疏干法，井群疏干法，为地表疏干方式，利用在矿区境界内外，纵横网状排列降水孔(群井)强制排水，迫使矿区大面积降低地下水位，但此法因降低水位周期长，且降水效果并不理想，因水位下降到井底后，高水位疏干井报废，使用寿命较短。井田内也采矿需要工作邦向前推进，群井需挖掉，因不断打新井报废旧成本较高，因截流不彻底，残余水量较大。因此，鉴于以上四种地下水防治方法的各种缺点和局限性。目前，国内外急需寻求一种能根治大面积大水矿区，防治地下水的新方法来开露天煤、铁、铜矿、油母页岩等非金属、金属矿藏。

本发明的目的是提供一种施工组织筒单可靠而且成本低，防治地下水效率高的深沟高垒法，疏排截流防治地下水的方法。用此法防治大面积富含水层的一次可达到防冶地下水目的的行之有效的方法，综合利用排出的地下水还可保护生态环境。

本发明的深沟高垒法疏排截流防治地下水的方法是沿露天矿设计采矿境界内、外预先提前剥离排土，形成环绕露天矿区周围的截流深沟集水渠，疏导截流排出地下水，沟渠底板应到达含水层底板。基岩底板上方露天矿未达产前的临时截水深沟应在各阶段台阶或平盘上开挖，临时深沟的宽度、深度和每段长度以能临时拦截潜水为目的，在阶段平盘上，临时深沟可作截水引水渠或截水渠、引水渠使用，可在临时深沟安装排水泵或不安装排水泵，一般临时深沟渠和各段深沟可连接或不连接。水泵的数量应满足动态水量即截流水量与水泵排出量相等，水泵的数量应留足一定的安全系数，因为水泵数量少，排出量也少，可使截流沟渠内水位不断上升，导致地下水注满沟渠涌入露天坑，危及安全生产，如果水泵数量太多，造成沟渠内水位急骤下降，因疏干渠水而停泵，如此开开停停，频繁起动。因此，根据涌水量随时增减扬水泵，为了保证本发明的顺利实施，在露天矿坑内截流水渠正常工作的同时减少地表汇水面积，保证在每年6、7、8月高温雨季，大讯期间地表洪水通过沿邦高垒法构筑的防洪堤阻挡而流入地面排洪水渠，为了保护矿产资源，设计深沟剥离端邦要向外侧扩展20米宽度，在剥离排土到达含水层位置后，防治水工程工作面内的积水可选用有水能自动抽水，无水允许空转的抽水排沙潜水泵，保证工作机械，挖掘机，自卸汽车在无水的环境中工人作，在剥离排土工作开始，应选择较易施工的高水位A、B段先行开挖，依次是BC、CD段，最后到达EF段。含水层深度可达80米-100米。

本设计每台阶高度24米，左侧端邦第一层平盘台阶端邦一侧有运输通道，因提前剥离土石方面形成的深沟二邦要设置可移动的过山天桥。

为了保证露天矿的安全正常生产，防止地下水由渠底渗漏流入露天坑内，在截流水沟到露天矿坑一侧要采取防渗措施：一是采用高压喷浆法注浆；二是采用槽宽1米挖到含水层下深达基岩1米，内填粘土和改性沥清，用压路机压实可达到防渗效果。为了预防滑坡把因滑坡所造成的损失减少到最低限度，要减少渠水对边坡的压力，措施1是保持截流水渠水位不大于1米；2是使降水漏斗中心远离工作邦，到达横向截流水渠的BC段的C点为最好；3是截流水渠内每隔200米左右留一挡水墙不挖通；4是水泵深度随渠底以5‰坡度向设计降水漏斗中心C点降低的同时也向C点加深，逐渐深达基岩；5是根据深沟内水量大小，可随时增减扬水泵，移动扬水泵到达最佳排水点；6是在滑坡移动观测站的指导下，采取预测滑坡区段地面上方设置沙袋，沙袋在滑坡停止时，可用于及时堵漏，使水流向边坡稳定的地点的泵房一侧，并及时恢复该段边坡截流水渠；7是为了保护生态平衡，综合利用水资源，修建引水灌渠工程，可将露天坑内排水用于发电和露天采矿降水漏斗影响区内地面农作物灌溉，保持露天矿区的水力循环。

通过提前剥离成为多层台阶的深沟高垒法疏排截流防治地下水的优点是，随着降水漏斗中心从工作邦前移，剥采范围不断扩大，工作邦向前推进，最下层矿藏剥采工作结束，工作邦后及两则端邦截水沟渠将逐渐失去它的功能，而被内排土所填平，无论在地面或坑下均找不到它的影子，而且工程量很小，而且防治水截流一次有效，没有残余水头和绕流水，为开挖深沟面预先剥离的土石方量也可减少后期露天坑内的剥离量，用深沟高垒法疏排截流防治地下水，不需要修建任何大型工程或设施。因此，成本减少，效率大大提高，比帷幕法和群井法可节约投资70％，只需30％的投资即可达到防治地下水的目的，这对于防治大面积数平方公里到十数平方公里的深达30米以上的厚含水层的富水露天矿床，是一个十分行之有效的方法。

图1是本发明地表境界剥离工程平面图

图2是图1所示平面图左侧端邦G-H邦坡剖面图。

图3是图1所示平面图右侧端邦M-N邦坡剖面图。

图1所描述的深沟高垒法地表境界剥离工程平面图，包括以外侧地表开采境界剥离边界线1和坑内侧剥采边界线2为范围的第一次预先提前剥离土石方量以A、B、C、D、E、F外围边界和A’B’D’C’D’E’F为内侧作为边界的提前剥离量长2.4公里，宽1.6公里，总面积3.84平方公里，提前剥离土石方量1700万立方米，设计第一次防治地下水剥离范围到达横渠6位置是因为露天面积达12平方公里，一次全部剥离则增加成本。因此，分为二次(或多次)较为有利，第一次剥离量以能维持生产能力20年以宜，为了减少投资降低成本，在工作邦8到达河流5的区域在能满足维持生产20年的时间内，该段河流可推迟改道时间，这样对露天矿生产有利，改道的最佳有利时间是在第一次预先剥离范围的A,B,C,D,E,F境界内工作邦8推进到设计第一次防治水利离范围6的2/3区域时，可以进行河流改道工程。所以，设计第二次剥离工程将跨旧河道进行，露天剥离深沟深度应到达第四纪含水层底板，而形成深沟截流地下水之渠7，此时，提前预先剥离工程结束，排水泵安装在工作帮和端邦外侧，在排水泵正常运转排水，截流成功即可移交投产。露天矿坑9范围和深度不断扩大延深到达煤层时，可正式进行采矿工作，第三系基岩少量地下水由露天坑内贮水池10的排水泵排除坑外，为了维护边坡的稳定减少地下水对边坡造成的压力，应使降水漏斗中心从工作邦前移到横渠右侧C′点为目的，为了达到此目的，必须将深沟7内水泵窝深度由F′向C′，A′向B′B′向C′以5‰的坡度逐渐降低加深到达基岩，即可达到要求。

图2是露天坑左侧预先剥离土石方工程G-H剖面图图中第四纪冲积洪积砂砾孔隙含水层1下部第三系基岩2通过剥离排土而形成左侧端邦边坡3其边坡角要符合采矿设计允许的25°，在端邦边坡设立的水泵房4，水泵基座高程应以满足离心泵允许吸上真空高度，也可选用扬程高，大功率潜水泵，在截流水渠5和水渠到右侧露天坑边坡8之间，设有采用防渗措施6作为开槽位置，防渗槽应距集水渠5边坡2米为宜挖宽1米，挖深至第三系基岩1米，内填粘土和改性沥清或其他防渗材料，用压路机压实，可达到防渗效果，防止地下水通过渠底到第三系基岩面流入露天坑内。边坡7为临时右侧边坡，当第一层平盘从工作邦推进剥离过后，即不存在，最终形成端邦边坡8，此时原始水位线11随着深沟截流水渠形成，下降到截流水位线12的位置，此时截流水渠5发挥它的功能截流排水，在露天坑深部向下延深剥离到达煤层9时，正常生产开始，高垒之防洪堤10为防止每年7、8、9高温雨季，大讯期间的防止洪水流入露天坑之用。

在本发明的最佳实施方案中，图1所描述的以矿区的地面开采境界1为外侧剥离线，内侧剥离线2，以采矿设计允许边坡安全角度25°，往深部开挖，直至到达基岩，在截流水渠端邦成挖以后，在正常生产的同时，在考虑边坡稳定的需要，向境界外侧剥离然后砌护端邦边坡，本发明深沟高垒法疏排截流地下水的方法，不但适用于露天煤矿，也适用于露天开采铁矿、铜矿、砂金矿、油母页岩矿等金属、非金属矿藏和其他水利工程防治地下水的需要。

图3为右侧端邦M-N剖面图，其特征和性能同图2的G-H剖面图相同，只是方向相反，如端邦边坡图2中为左侧3位置，而在图3中为右侧3的位置，水泵房位置4在图2截流水渠左侧，而在图3中的截流水渠的右侧，只有截流水渠5，在图2、图3中位置不变，但截流水渠深度和渠上口宽度随该含水层厚度变化有所改变，沟渠底板深度应达到第四纪含水层底部，并经防渗措施进入基岩才能达到截流的目的。

在实施本方案时，做好防渗加固防渗墙6之工程尤为重要。因此，必须采取切实可行的措施，确保防渗材料粘土的选择要质量良好，改性沥清的接头部要密实不允许留有缝隙，确保地下水在截流水渠防渗的同时一次截流成功，从而达到疏排截流的目的。

Claims (10)

1、一种用于露天矿防治地下水的方法是通过沿露天煤矿、铁矿、铜矿、砂金矿、油母页岩矿等金属、非金属矿藏采矿边界沿端、帮预先提前剥离排土，形成环绕露天矿区采矿境界周围的截流深沟集水沟渠，深沟沟渠底板应达到含水层底板、基岩上方露天矿未达产前的临时截水深沟应在各阶段台阶或平盘上开挖，截流工作邦两侧端帮和工作邦前方截水横渠(6)和非工作帮外侧地下潜水，由设在端邦和工作邦、非工作邦的扬水站水泵排出露天坑外，临时深沟的宽度、深度和长度以能临时拦截潜水为目的，各段临时深沟可连续或不连续开挖，在阶段平盘上，临时截水沟渠可作引水渠或截水沟等使用，可在截水沟安装排水泵或不安装排水泵。

2、根据权利要1所述的防治地下水方法，其特征是深沟截流水渠在露天矿坑四周，环绕矿区外侧剥离境界(1)，内侧剥离边界(2)开挖，每隔200米留一挡水墙，不挖通。

3、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是排水泵房(4)设置在端、帮位置。

4、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是为使降水漏斗中心前移到达设计第一次剥离终点(C点)，水泵窝应从工作帮开始按5‰坡度逐渐延深，到达漏斗第一次剥离终点(C处)后，深沟水泵窝应挖在第三系基岩内。

5、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是截流水渠(5)和露天坑中间(8)距离水渠边2米，采取挖槽，槽宽1米，深达基岩1米，内填粘土和改性沥清或其他防渗材料的防渗措施。

6、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是含水层深度可达到80-100米。

7、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征在于：防治水设计的边坡境界(1)可按原采矿设计地表境界向露天矿坑外侧扩展20米宽度。

8、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是高垒之防洪堤(10)为高温雨季阻挡洪水流入露天坑之用。

9、根据权利要求1所述的防治地下水方法，其特征是深沟挖掘剥离，每台阶高度24米。

10、根据权利要求1至9之一所述的防治地下水的方法，其特征在于：可在露天煤矿、铁矿等金属、非金属矿藏和其他工程中，用于防治地下水。

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