CN111719594A - 一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法，所述防渗结构包括从山体裂隙的下端往上依次设置的支撑层、疏水性材料防水层、粗砂导水引流层及覆土层，其中所述支撑层的填充材料包括水泥、膨润土和磺化褐煤按一定比例配制而成的混合填料，所述疏水性材料防水层由呈颗粒状、粒度均匀的疏水性颗粒构成。本发明通过上述4层结构的设置，可有效防控大气降水和水流通过裂隙入渗进入矿洞，从而显著减少矿洞废水的产生量，以降低矿洞对周边环境的影响。

Description

一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法

技术领域

本发明属于矿井(坑、洞)废水控制技术范畴，具体涉及一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法。

背景技术

伴随着经济的高速发展，人类对矿产资源的需求不断提高，大量矿山被开采。山体内的矿石被大量开采后，其岩层结构和应力分布都发生了显著变化，导致山体内裂隙增多。大气降水沿山体内的裂隙下渗，流水携带氧气与山体内的矿石长期接触反应，不断冲刷、溶蚀矿石，尤其是一些含硫矿石。水流和氧气随山体裂隙进入矿洞的过程中，矿石中有毒有害元素被氧化溶出，形成富含重金属的酸性废水，导致大量的矿井废水形成，严重影响矿山周边的生态环境。

大量遗留矿洞未得到有效的处置，均成为潜在的污染源，特别是降雨量丰富的地区。然而，目前鲜见针对内有矿洞的山体上控制裂隙渗水的技术方法。

基于以上存在的问题，为从源头上控制矿石的风化淋溶，并减少矿井废水的产生量，本发明采取矿洞外部止水以降低源头雨水入渗的思路，研发出一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法，其实施将有助于解决矿井排放废水导致的污染问题。

发明内容

针对上述矿山开采加剧形成山体裂隙所带来的大量水流入渗，及其导致矿石风化淋溶而形成的废水排放等问题，本发明提供一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构及方法，本防渗结构及方法可从源头防止水流入渗，以助力控制矿井(坑、洞)废水排放所带来的环境污染。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，所述防渗结构包括从山体裂隙的下端往上依次设置的支撑层、疏水性材料防水层、粗砂导水引流层及覆土层，其中所述支撑层的填充材料包括水泥、膨润土和磺化褐煤按一定比例配制而成的混合填料，所述疏水性材料防水层由呈颗粒状、粒度均匀的疏水性颗粒构成，所述覆土层包括土壤层及植物层。

作为上述技术方案的改进，所述混合填料由水泥、膨润土和磺化褐煤按照5～10:1～2:0.5～1的比例混合配制而成，所述混合填料和水以1:1的比例混匀制浆后注入山体裂隙，形成所述支撑层。

优选的，所述混合填料由水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例混合配制而成。

作为上述技术方案的改进，所述粗砂层包括粗砂颗粒，所述粗砂颗粒粒径大于所述疏水性颗粒粒径。

本发明同时提供了一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，所述防渗方法基于上述任一项所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其具体包括以下步骤：

步骤1：采用物探方法勘查矿洞所在山体的裂隙发育情况，最终确定各裂隙或缝隙的位置及其对矿洞渗水的影响程度；

步骤2：对确定的裂隙或缝隙，采用人工或工程机械设备对表土进行清理，将其揭露出来；

步骤3：将水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例配制成混合填料，继而将混合填料和水以1:1的比例混匀制浆；

步骤4：将步骤3配制的泥浆，采用泵注入山体内的裂隙，在重力作用下，泥浆向裂隙内部渗流，在磺化褐煤的作用下，膨润土和水泥的膨化速度减缓，以增加其在裂隙内的入渗深度，待泥浆膨化凝固后，即起到支撑和一定程度的止水作用；

步骤5：上述泥浆膨化凝固后，向裂隙中添加疏水性颗粒材料，以形成疏水性材料防水层；

步骤6：疏水性材料防水层设置完成后，再在疏水性材料防水层顶端填上粗砂颗粒，形成一个由高向低的粗砂导水引流层，将水引向山体低处从地表排走；

步骤7：经上述处理后，在封堵的裂隙上部地表用土壤覆盖并植草，形成覆土层，则山体裂隙封堵防渗工作完成。

作为上述技术方案的改进，步骤1中，采用物探方法勘查矿洞所在山体的裂隙发育情况具体是指：采用高密度电阻方法和/或井中成像法探查遗留矿洞所在山体周边的裂隙分布。

作为上述技术方案的改进，步骤2中，对确定的裂隙或缝隙，采用人工或工程机械设备对表土进行清理具体是指：对非充水裂隙采用挖掘机对裂隙表土清理；对充水裂隙采用抽水清挖，以便勾勒出相对较明显的裂隙。

作为上述技术方案的改进，步骤5中，向裂隙中添加疏水性颗粒材料具体是指：采用空心探管将疏水性颗粒材料填充进裂隙支撑层上。

作为上述技术方案的改进，步骤6中，在疏水性材料防水层顶端填上粗砂颗粒具体是指：筛选粒径均匀的粗砂颗粒，布设于疏水性材料防水层顶端，厚度为3cm。

本发明带来的有益效果有：

本发明通过支撑层、防水层、引流层及覆土层4层结构的叠加设置，可有效防控大气降水和流水通过裂隙入渗进入矿洞，从而显著减少矿洞废水的产生量，从源头控制矿石风化淋溶所导致的环境污染，以降低矿洞对周边环境的影响。

同时，通过导水引流层和覆土层的设置，可有效降低降雨时段支撑层的承受力；采用疏水性(细)颗粒材料构建防水层，其“柔性”结构具有强大的抗应力和形变的自修复能力，这些措施的采取可有效巩固、提高本结构及方法在工程应用中的可靠性和持久性。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本发明的防渗结构截面示意图；

附图2是本发明的布设工艺流程图。

图中各序号所对应的标注名称如下：

1-支撑层、2-疏水性材料防水层、3-粗砂导水引流层、4-覆土层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构。

参照图1，该防渗结构包括从山体裂隙的下端往上依次设置的支撑层1、疏水性材料防水层2、粗砂导水引流层3及覆土层4，其中：支撑层1的填充材料包括水泥、膨润土和磺化褐煤按一定比例配制而成的混合填料；疏水性材料防水层2由呈颗粒状、粒度均匀的疏水性颗粒构成；覆土层4包括土壤层及植物层。

进一步地，混合填料由水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例混合配制而成，再将混合填料和水以1:1的比例混匀制浆后注入山体裂隙，以形成支撑层1。

粗砂层由粗砂颗粒构成，其中粗砂颗粒粒径大于疏水性颗粒粒径。

本实施例通过上述4层结构的设置，可有效防控大气降水和水流通过裂隙入渗进入矿洞，从而显著减少矿洞废水的产生量，以降低矿洞对周边环境的影响。

实施例2

本实施例提供了一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，本防渗方法基于实施例1中的防渗结构，参照图2，其具体包括以下步骤：

步骤1：采用物探方法勘查矿洞所在山体的裂隙发育情况，最终确定各裂隙或缝隙的位置及其对矿洞渗水的影响程度；

步骤2：对确定的裂隙或缝隙，采用人工或工程机械设备对表土进行清理，将其揭露出来；

步骤3：将水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例配制成混合填料，继而将混合填料和水以1:1的比例混匀制浆；

步骤4：将步骤3配制的泥浆，采用注入泵注入山体内的裂隙，在重力作用下，泥浆向裂隙内部渗流，在磺化褐煤的作用下，膨润土和水泥的膨化速度减缓，以增加其在裂隙内的入渗深度，待泥浆膨化凝固后，即起到支撑和一定程度的止水作用；

步骤5：上述泥浆膨化凝固后，向裂隙中添加疏水性颗粒材料，以形成疏水性材料防水层2；

步骤6：疏水性材料防水层2设置完成后，再在疏水性材料防水层2顶端填上粗砂颗粒，形成一个由高向低的粗砂导水引流层3，将水引向山体低处从地表排走；

步骤7：经上述处理后，在封堵的裂隙上部地表用土壤覆盖并植草，形成覆土层4，则山体裂隙封堵防渗工作完成。

实施例3

为从源头上控制矿石的风化淋溶，并减少矿井废水的产生量，本实施例采取矿洞外部止水以降低源头雨水入渗的思路，提供一种适合内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，以解决矿井排放废水导致的污染问题。

本方法具体包括：

步骤1：采用高密度电阻方法与井中成像法探查遗留矿洞所在山体周边的裂隙分布；

步骤2：对非充水裂隙采用挖掘机等设备对裂隙表土清理，对于充水裂隙采用抽水清挖，以便勾勒出相对较明显的裂隙；

步骤3：将水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例配制成混合填料，混合填料和水以1:1的比例混匀制浆；

步骤4：将步骤3配制的泥浆，采用注入泵分段原位注入清理后的裂隙内，磺化褐煤减缓水泥和膨润土的膨化凝固速度，在重力作用下，渗流至裂隙深层内膨化凝固，形成混合材料支撑层1；

步骤5：由于裂隙或缝隙不均匀性，采用空心探管将疏水性细颗粒材料填充进裂隙支撑层1上，从而形成一层疏水性材料防水层2；

步骤6：筛选粒径均匀的粗砂，布设于防水层顶端，厚度为3cm，由高向低的导水引流，将水引向地表排走；

步骤7：经上述处理后的封堵的裂隙顶端用土壤覆盖并植草，裂隙封堵防渗、阻水工作完成。

试验例1

实验室内采用长直径为20cm的PVC管，其长度为2m，将管子剖去5cm，将剩下的半圆直径15cm的管子内部按照土层、疏水性材料防水层2、粗砂导水引流层3、覆土层4填充，将填充好的管子按照斜度30度放置，并分别在底部土层和粗砂导水引流层3设置出水口，用于承接出水。

模拟降雨，土层出水口的出水量仅是粗砂导水引流层3出水口的10％。

试验例2

将本申请的遗留矿洞山体裂隙封堵防渗方法运用于某含硫铜矿开采后遗留的矿洞山体。

裂隙长度为35.6m，宽度为3～10cm，采用本方法处理后，选取6.8m的一段进行水量出入计算，即在高处按照一定速度倒入4m³的水，分段收集，最终收集3.24m³，收集率达到81％，可能一部分水渗入裂隙两边土壤，从而表明其封堵效率至少达到81％。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其特征在于：所述防渗结构包括从山体裂隙的下端往上依次设置的支撑层、疏水性材料防水层、粗砂导水引流层及覆土层，其中所述支撑层的填充材料包括水泥、膨润土和磺化褐煤按一定比例配制而成的混合填料，所述疏水性材料防水层由呈颗粒状、粒度均匀的疏水性颗粒构成，所述覆土层包括土壤层及植物层。

2.根据权利要求1所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其特征在于：所述混合填料由水泥、膨润土和磺化褐煤按照5～10:1～2:0.5～1的比例混合配制而成，所述混合填料和水以1:1的比例混匀制浆后注入山体裂隙，形成所述支撑层。

3.根据权利要求2所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其特征在于：所述混合填料由水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例混合配制而成。

4.根据权利要求1所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其特征在于：所述粗砂层包括粗砂颗粒，所述粗砂颗粒粒径大于所述疏水性颗粒粒径。

5.一种适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，其特征在于：所述防渗方法基于权利要求1～4所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗结构，其具体包括以下步骤：

步骤1：采用物探方法勘查矿洞所在山体的裂隙发育情况，最终确定各裂隙或缝隙的位置及其对矿洞渗水的影响程度；

步骤2：对确定的裂隙或缝隙，采用人工或工程机械设备对表土进行清理，将其揭露出来；

步骤3：将水泥、膨润土和磺化褐煤按照5:1:0.5的比例配制成混合填料，继而将混合填料和水以1:1的比例混匀制浆；

步骤4：将步骤3配制的泥浆，采用泵注入山体内的裂隙，在重力作用下，泥浆向裂隙内部渗流，在磺化褐煤的作用下，膨润土和水泥的膨化速度减缓，以增加其在裂隙内的入渗深度，待泥浆膨化凝固后，即起到支撑和一定程度的止水作用；

步骤5：上述泥浆膨化凝固后，向裂隙中添加疏水性颗粒材料，以形成疏水性材料防水层；

步骤6：疏水性材料防水层设置完成后，再在疏水性材料防水层顶端填上粗砂颗粒，形成一个由高向低的粗砂导水引流层，将水引向山体低处从地表排走；

步骤7：经上述处理后，在封堵的裂隙上部地表用土壤覆盖并植草，形成覆土层，则山体裂隙封堵防渗工作完成。

6.根据权利要求5所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，其特征在于：步骤1中，采用物探方法勘查矿洞所在山体的裂隙发育情况具体是指：采用高密度电阻方法和/或井中成像法探查遗留矿洞所在山体周边的裂隙分布。

7.根据权利要求5所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，其特征在于：步骤2中，对确定的裂隙或缝隙，采用人工或工程机械设备对表土进行清理具体是指：对非充水裂隙采用挖掘机对裂隙表土清理；对充水裂隙采用抽水清挖，以便勾勒出相对较明显的裂隙。

8.根据权利要求5所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，其特征在于：步骤5中，向裂隙中添加疏水性颗粒材料具体是指：采用空心探管将疏水性颗粒材料填充进裂隙支撑层上。

9.根据权利要求5所述的适用于内有矿洞的山体裂隙封堵的防渗方法，其特征在于：步骤6中，在疏水性材料防水层顶端填上粗砂颗粒具体是指：筛选粒径均匀的粗砂颗粒，布设于疏水性材料防水层顶端，厚度为3cm。

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