露天煤矿截水帷幕效果检验方法及截水效果分析

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。     

截水帷幕技术在元宝山露天煤矿的应用与效果评价

内蒙古元宝山露天煤矿是国内外罕见的特大富水型露天煤矿,为解决多年疏干排水造成的生产成本高和环保风险大等问题,拟采用截水帷幕技术对矿坑渗流补给通道进行帷幕截流。通过分析矿坑水文地质和工程地质条件,提出弧形半封闭落底式帷幕与群井疏干水力帷幕相结合的地下水控制方式,采用防渗膜垂向隐蔽叠覆铺设与抗渗混凝土充填工艺,在矿坑高程+452 m平盘开展帷幕试验研究,建造一座平面长度1 369 m、平均深度29 m、有效厚度大于0.8 m、底部嵌入基岩面3 m的截水帷幕。试验研究过程中,确定了元宝山露天矿的截水帷幕工艺,获得其单幅槽段开挖长度(14 m)、护壁泥浆密度(1.05~1.25 g/cm3)和防渗膜叠覆宽度(1 m)等主要技术参数,提出防渗膜水下磁吸式连接技术,通过加装磁条,利用阴阳磁吸原理实现防渗膜叠覆处的水下自粘连。试验工程结束后,通过取心验证、流场分析和流量变化等方法检验帷幕墙的质量和截水效果。结果表明:混凝土浇筑充填连续、密实;墙体内外水位差已达15 m以上;盲沟补给流量消失,截水效果显著。试验研究证实截水帷幕技术适用于元宝山露天煤矿,为后续工程开展提供了关键技术参数,完善了我国露天煤矿截水帷幕技术体系。      

我国露天煤矿截水帷幕关键技术进展

我国露天煤矿普遍采用抽排方式进行地下水控制以满足煤炭资源安全开采要求,这种方式对水资源造成极大破坏,严重影响煤矿周边的生态环境。近年来,随着我国社会经济的全面发展,国家对生态环境保护、生态文明建设提出了更高要求,如何优化、转变露天煤矿地下水控制方式,减少矿坑疏排水量是露天煤矿防治水工作普遍面临的崭新课题。采用截水帷幕技术取代疏排降水技术,由被动疏水变为主动截水,是解决露天煤矿因疏排水带来诸多问题的根本措施。以内蒙古扎尼河露天煤矿、元宝山露天煤矿截水帷幕实施过程为例,介绍我国露天煤矿截水帷幕设计理念、施工工艺和截水帷幕材料,在实践过程中,突破了防渗膜大深度垂向隐蔽铺设与连接技术瓶颈;研发了超长槽段连续开挖及浇筑工艺,大幅减少接头数量;研制粉煤灰?水泥混合浆体与HDPE防渗膜的复合帷幕材料,提高帷幕抗渗与抗变形性能;构建帷幕质量与截水效果综合检验体系,掌握了露天煤矿截水帷幕建造关键技术。截水帷幕技术在我国露天煤矿的成功应用,丰富了露天煤矿防治水与水资源保护技术理论,促进了行业技术进步,为露天煤矿地下水控制及安全绿色开采提供了新思路、新技术、新工艺,对其他非煤矿山及水利水电、交通等更高防渗等级要求的工程具有重要借鉴意义。      

基于低强度抗渗混凝土的露天煤矿帷幕截水技术

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。     

露天煤矿开采侧向帷幕控水原理与截水效果数值分析

露天煤矿开采过程中的矿坑疏排水是引起地下水资源流失的重要原因,寻求新的控水方法势在必行。以内蒙古赤峰市元宝山露天煤矿为研究对象,根据研究区水文地质与露天煤矿开发特征,分析了露天开采驱动下帷幕墙体建设对地下水系统控制的基本原理,得出帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大、与补给水体距离越近是帷幕墙减少露天采坑涌水的基本思路。将露天采矿疏排水与地下水系统数值仿真研究结合,对露天煤矿开采与帷幕墙建设对矿坑疏排水强度影响程度进行预测分析,模拟结果显示,采用针对主要涌水段的局部帷幕工程方案,地下水仍然以露天矿采坑为降落漏斗中心,区域流场形态基本未发生重大变化,在未帷幕区段地下水发生了强烈的侧向绕流现象,初期(300 d)矿坑残余涌水量较之现有矿坑排水量最大减幅 37.16%,而残余涌水量随时间增大趋势明显。按准全封闭型帷幕方案建墙后,地下水基本未发生绕流现象,矿井残余涌水量为先减小后增大的趋势,最大减幅达85.79%,且后期涌水量增加幅度不大,可见准封闭型帷幕建设方案较之局部帷幕方案对矿坑整体涌水量的减排作用显著。通过分析露天煤矿开采侧向帷幕控水规律,构建帷幕阻水条件下地下水系统仿真模型,评价帷幕截水减排效果,以期为露天矿区煤–水资源协调开发提供科学依据。      

采动影响下煤层覆岩渗透性变化规律及垂向分带特征

以孟加拉国Barapukuria煤矿X工作面为试验区,采用井下钻孔分段压水原位测试及相关理论计算方法,研究了工作面回采前后覆岩渗透性变化规律及垂向分带特征。研究结果表明,工作面回采前后,覆岩渗透性变化显著,采后覆岩渗透性具有明显的垂向分带特征。自覆岩导水裂缝带顶部至底部,渗透性呈阶梯状逐渐增大,可细分为弱渗透带、中渗透带和强渗透带。研究结果对煤矿区水文地质参数识别与涌水量预测工作具有指导意义。     

卵砾石含水层高压旋喷注浆止水帷幕技术

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。     

我国露天煤矿水害特征与防治水技术

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。     

淮北煤田朱仙庄井田二叠纪含煤岩系垂直层序的研究

在对保留在淮北煤田朱仙庄井田二叠纪含煤岩系垂直层序特征的详细观察和研究的基础上,分析垂直层序上沉积物的粒度及构造特征在垂向上规律性变化情况,讨论本区含煤岩系的三角洲沉积环境,尝试阐明根据垂直层序特征解释沉积环境的方法。     

煤矿水害精准探查钻探技术

为了保证煤矿井下安全生产,对煤矿水害精准探查钻探技术进行了系统的分析与研究。针对桑树坪煤矿3110工作面230 m皮带巷道物探探测结果,对富水异常区域布设探查钻孔,采用随钻测量定向钻探技术与常规回转钻探技术相结合的钻探方法进行区域探查试验。桑树坪煤矿现场试验结果表明,精准钻探技术能通过富水区域空间位置灵活布设钻孔的方式对煤矿井下富水异常区域进行探查,同时,可以有效地推断出地质异常区域范围,避免异常富水区域突水淹井事故,确保了桑树坪矿11号煤巷道的安全掘进,为煤矿区地质异常区探测提供技术支持,为煤矿井下安全生产提供保障。     

MJS工法在砾石层中的应用及成桩差异性

在我国某露天煤矿截水帷幕建造过程中,由于受架空高压线、地埋光缆、地埋排水管等多处障碍物影响,局部区域直接成槽工艺无法施工,因此,选择可以\     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA^2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明：12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。     

潘北矿A组煤层底板高承压水数值模拟及疏水量预报

建立高承压含水层数学模型,识别其参数特征,是预报不同开采方案下该含水层水量合理疏放大小的依据。在分析潘北煤矿地质及水文地质条件基础上,利用–490 m水平4个阶段放水试验成果资料,利用Modflow建立了A组煤层底板灰岩水渗流水文地质模型及其数值模型,经识别和验证后,获得了太原组灰岩含水层水文地质参数,并结合“突水系数”,分别预报了–490 m和–650 m水平在确保A组煤层安全开采下的疏放量,其计算结果,给太原组灰岩水的防治提供了决策依据。     

陕北浅埋煤层采空区积水下安全开采技术研究

浅埋煤层上覆采空区水威胁着陕北地区诸多煤矿的安全生产。以陕北地区某煤矿为例,针对该类水害问题进行分析,通过经验公式、数值模拟等方法计算,开采3^-1号煤层产生的覆岩导水裂缝带高度至少为66 m,运用类比法及经验公式预计,矿井正常涌水量为163 m³/h,最大涌水量203 m³/h,3^-1号煤层上覆采空区积水量约为2.6×10⁶ m³。根据各计算结果,提出\