CN1130712A - 疏排截流(深沟高垒法)排供优化结合防治地下水 - 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，截流露天矿端帮外侧地下涌水到集水沟渠，然后由设在端帮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

疏排截流(深沟高垒法)排供优化结合防治地下水

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。

在目前现有的技术中为开采地下矿藏，所应用的地下水的防治方法有(1)冻结法，冻结法凿井是首先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水和流沙地层冻结成封闭的圆筒(即冻结壁)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)坚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)层中通过打钻的方式，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，因还有一定数量的残余水位，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筒状混凝土帷幕，因施工成本和技术难度等原因，此法也只适用于开凿竖井时使用，对于防治面积超过1-10平方公里或含水层超过30米的富水露天煤矿来说，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防大，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在少数水利工程上使用。

(4)井群疏干法，井群疏于法，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排(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，因水位下降后，高水位疏干井困疏干报废，使用寿命较短。井田内也因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并成本较高，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富水矿区，防治地下水的新方法来开露天煤矿、铁矿等，非金属金属矿藏。

本发明的任务是提供一种施工组织简单可靠，而且成本低，效率高的疏排截流深沟高垒法排供优化结合防治地下水的方法，用此法防治大面积富含水层的一次可达到防治地下水目的的行之有效的方法，不需修建任何设施和堵水工程，综合利用排出的地下水还可保护生态环境。

本发明的疏排截流深沟高垒法排供优化结合防治地下水是通过沿露天矿(煤矿、铁矿等金属、非金属矿床)采矿边界沿端邦预先提前剥离排土，形成露天矿区周围的截流深沟集水渠，沟渠底板应到达含水层底板，截流端邦外侧地下涌水到集水沟渠，然后由设在端邦的扬水站水泵排出露天坑外，为了保持端邦边坡稳定，减少水对边坡的压力，准确地计算出动态水的涌水量，设置端邦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，因疏于渠水而停泵，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，减少汇水面积，保证在每年6、7、8月高温雨季、大讯期间的地表洪水，通过沿邦高垒法构筑的防洪堤阻挡而流入排洪水渠，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，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。含水层深度可达到80米—100米。

本设计每台阶高度为24米，平盘宽度第一层为工作邦左侧，AB段是115米，工作邦前方BC段161米，工作邦右侧CD段是173米，最下部第二层台阶下为45米，符合采矿设计最小允许平盘宽度30米的要求，左侧端邦第一层平盘台阶端邦一侧有运输通道，因提前剥离土石方而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，防止地下水白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米留一挡水墙不挖通，4是水泵窝深度随渠底以5‰坡度向C点降低的同时也向C点加深，逐渐深这基岩，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，采取予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是为了保护生态环境的平衡，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。

疏排截流深沟高垒法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，工作邦后边及两侧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，仅仅是排水渠道而已，而且防治水截流一次有效，没有残余水头和绕流水，为开挖深沟而预先剥离的土石方量也可减少后期露天坑内的剥离量，用疏排截流深沟高垒法防治地下水，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剖邦坡面图

图1所描述的疏截流深沟高垒法剥离工程地表境界平面图，包括以地表开采境界(1)为外侧剥采边界线的坑内侧剥采边界线(2)为范围的预先提前剥离土石方量以A、B、C、D、E、F为外围边界和A′、B′、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，第一次剥离范围到达(6)位置是因为露天矿面积达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，第一次剥采范围(3)及原始地下等水位线(4)，矿区内河流(5)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(6)2/3区域时，可以进行河流改道工程，所以，第二次剥离工程将跨旧河道进行，露天剥离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。排水泵安装在端邦外侧，在排水泵正常运转排水，截流成功即可移交投产，此时工作邦(8)才能向前推进，露天坑(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)的排水泵排出坑外，为了维护边坡的稳定减少地下水对边坡造成的压力，应使降水滑斗中心从工作邦前移到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)下部为第三系基岩(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，防止地下通过渠底至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，直至到这基岩，在截流水渠端邦成以后，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，本发明疏排截流深沟高垒法截流地下水的方法，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2G-H剖面图相同，只是方向相反，如端邦边坡在图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中在截流水渠左侧，而在图3中在截流水渠的右侧，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，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(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 (9)

1、由一个露天矿外围预先提前剥离排土形成的环形深沟高垒截流地下水的水渠，深沟剥离地表线以矿区边界[1]为地表剥离外侧开挖线，经剥离排土形成端邦边坡，内侧剥离界线[2]同[1]同时开挖，深度达到含水层底板至基岩，边坡角度符合采矿设计安全角度25°，剥离范围从工作邦开始到矿区内河道右岸[6]位置，此时可维持生产20年，矿区内河流[5]改道后，第二次剥离将过日河道[5]往前进行，此时，在工作邦[8]推到距BC段截流水渠的[6]三分之二位置进行改河工程，其特征是截流水渠[5]设立在含水层底部，水渠的深度和渠宽，根据涌水量设计，渠内容积应大于涌水量一倍以上，以经过防渗加固[6]直达第三系基岩，从而达到完全截流地下流入露天坑的目的，水泵房[4]的水泵排水量和矿区涌水量相等，水泵数量应有1.3安全系数，经剥离排土深沟形成后地下水水位由原始水位[11]下降到截流水位[12]，再经防渗截流[6]，从而达到流入露天坑的地下水完全被截住。

2、根据权利要求1，深沟截流水渠在露天矿坑四周，环绕矿区[1][2]界限每隔200米留一挡水墙，不挖通。

3、根据权利要求1，扬水泵房[4]应设置在端邦一侧，水泵基座高程要达到水泵吸上真空高度4-6米要求。

4、根据权利要求1，为使降水漏斗中心前移到达C点，水泵窝应从工作邦开始按5‰坡度逐渐延深，到达C点第三系基岩。

5、根据权利要求1，截流水渠[5]和露天坑中间[8]距渠边2米，应采取挖槽内填粘土和改性沥清或其他防渗材料防渗措施。

6、根据权利要求1，所述的疏排截流深淘高垒法截流防治地下水，含水层深度可达到80米—100米。

7、根据权利要求1，为保持端邦边坡稳定，予防滑坡，露天矿裂离排土境界[1][2]可延G、N向外侧剥离20米。

8、根据权利要求1，高垒之防洪堤在剥离边界二侧及工作邦前之同样设置，高度为1米，宽5米，内高外低，便于挡洪水。

9、根据权利要求1-8本防治水方法不但适用于露天煤矿，也适用于露天铁矿等金属非金属矿藏和其他工程防治地下水之用。

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