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。      

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。      

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。      

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长; 水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大; 黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高; 与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆; 水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长;水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大;黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高;与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆;水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

海底隧道注浆材料强度劣化规律及使用寿命研究

制备了水灰比分别为0.8、1和1.2的纯水泥浆液结石体试块,水灰比为1、粉煤灰掺量10%或20%的水泥-粉煤灰浆液结石体试块,矿粉掺量15%或30%的水泥-矿粉浆液结石体试块,硅粉掺量10%或20%的水泥-硅灰浆液结石体试块。将注浆浆液结石体试块浸泡在海水侵蚀环境中,试块无侧限抗压强度的变化规律。采用灰色关联理论研究了海水浓度、水灰比、矿物掺合料等因素对浆液结石体抗压强度的影响。通过建立多元灰色预测模型分析了海水侵蚀环境下水泥基注浆材料的强度劣化规律及使用寿命。结果表明:强度影响因素的灰色关联度由大到小的排序为:水灰比,海水浓度,测试龄期,硅粉掺量,粉煤灰掺量,矿粉掺量。     

掺硅粉及粉煤灰的水泥胶砂抗腐蚀性能研究

通过试验研究硫酸盐溶液侵蚀前后水泥胶砂的强度、质量损失率和中性化深度,揭示了掺矿粉及粉煤灰的水泥胶砂抗腐蚀性能。试验表明：在硫酸盐侵蚀环境下,随粉煤灰掺量增加水泥胶砂的质量损失率总体减小,随硅粉掺量增加则表现出先减小后增大的变化趋势,单掺粉煤灰或硅粉的掺量越高则中性化深度越大,掺10%粉煤灰或5%硅粉时对改善抗腐蚀性能最优;按最优掺量混掺硅粉和粉煤灰时则抗腐蚀性能的超叠加效应不明显,其中胶凝材料组成是决定掺加掺合料水泥砂浆抗腐蚀性能的主要因素。     

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。      

水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透特性试验研究

水泥稳定粉砂土抗渗性能受粉砂土自身渗透性能、水泥用量、水灰比等因素影响显著,如何在提升其抗渗性能的同时降低水泥用量是提升工程经济效益的关键。通过开展不同水泥偏高岭土掺比、初始用水量、水泥偏高岭土总掺量以及养护龄期条件下的室内渗透试验,研究了上述因素对水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能的影响规律,探讨了上述因素及无侧限抗压强度与渗透系数之间的经验关系。结果表明：水泥与偏高岭土掺比为5:1时,水泥偏高岭土复合稳定粉砂土抗渗性能最佳,且该掺比不随水泥偏高岭土总掺量的改变而变化;水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数随初始用水量增加呈非线性递增,随水泥偏高岭土总掺量增加和养护龄期发展呈先快后慢降低;基于试验结果归纳提出了4个关于初始用水量、水泥偏高岭土总掺量、养护龄期和无侧限抗压强度的水泥偏高岭土复合稳定粉砂土渗透系数经验模型。研究成果可为水泥稳定粉砂土抗渗性能提升提供理论参考与借鉴。     

采空区大掺量粉煤灰无机固化泡沫制备及特性研究

煤矿采空区漏风是引发煤火灾害的重要原因,传统充填堵漏材料易干裂,流动性差,成本高,因此研发出有效充填封堵漏风通道的新型材料十分必要。通过单因素变量法,以材料流动度、初凝时间、抗压强度为指标进行配比优选,研发出大掺量粉煤灰无机固化泡沫充填堵漏新材料。同时,利用红外光谱、X射线衍射仪、扫描电镜表征材料的水化过程。结果表明∶基于泡沫均匀度、发泡倍数、半衰期及析水率等参数,优选出十二烷基硫酸钠(SDS)∶辛癸基葡糖苷(APG)=1∶1,黄原胶(XG)∶瓜尔胶(GG)=1∶1的水基泡沫。研发的大掺量粉煤灰无机固化泡沫,其初凝时间与粉煤灰掺量、水灰比、泡沫掺量成正比;流动度与水灰比成正比,与粉煤灰掺量成反比,随泡沫掺量增加先上升后缓慢降低;抗压强度随粉煤灰掺量增加呈先增加后减小趋势,与水灰比和泡沫掺量呈反比关系。综合评价指标确定粉煤灰掺量为60%、水灰比为0.6、泡沫与复合浆液体积比为1∶1时,材料流动度好,为15.9 cm,初凝时间适中,为5 h,抗压强度高,28 d达到1.5 MPa。该材料的水化产物是钙矾石(AFT)以及C-S-H凝胶,由水泥先发生水化反应生成Ca(OH)2,后与粉煤灰反应生...     

极软岩巷道锚注加固注浆材料研究与应用

锚注加固是一种理想的改善软岩巷道的围岩承载性能的措施。在实验室对粉煤灰-水泥锚注加固注浆材料的流动性、析水性及抗压强度进行了试验研究,找出了注浆材料的适宜配比,即粉煤灰掺量在20 %以下,水灰比为0.65～0.70,并在新集三矿极软岩巷道修复加固中进行了应用。     

高活性粉煤灰注浆材料的防渗特性及 在帷幕灌浆工程中的应用

高活性粉煤灰注浆材料与普通水泥注浆相比较,具有颗粒细、渗透性好、结石率高,强度可靠,耐久性好,成本低等优点,适用于岩土工程的防渗加固处理。实践证明,高活性粉煤灰注浆材料用于水库在坝的帷幕灌浆有较好的防渗抗渗效果,能显著提高坝基的防渗质量,是一种较为理想的防渗注浆材料。     

武汉地区粉煤灰和膨润土双掺合剂水泥土性能改良试验研究

近年来,水泥土被广泛应用于土体加固工程,其强度与加固效果密切相关。为研究膨润土和粉煤灰掺量对水泥土性能的影响,对25组不同膨润土和粉煤灰掺量的水泥土进行基本力学性能试验。通过抗压强度试验,发现当粉煤灰和膨润土掺量分别为40%和11%时,28 d的水泥土抗压强度最大,为7.30 MPa;当粉煤灰和膨润土掺量分别为20%和7%时,90 d的水泥土抗压强度最大,为7.19 MPa。通过室内直接剪切试验,发现当粉煤灰和膨润土掺量分别为20%和11%时,28 d的水泥土抗剪强度参数粘聚力c最大,为1144.8 kPa;当粉煤灰和膨润土掺量分别为30%和5%时,90 d的水泥土抗剪强度参数粘聚力c最大,为1753.71 kPa。研究成果可以为武汉地区的粉煤灰和膨润土双掺合剂改良水泥土的现场施工提供参考依据。     

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"全方位"施工的MJS工法完成此类区段建造。MJS试桩结果表明，该工法在东西两侧卵砾石层施工区成桩质量差异明显，为查明成桩差异性原因，采用地质勘探、重力触探试验和抽水试验等方法，从砾石层厚度、砾径、含砂量、地层密实度和含水层渗透能力等方面进行分析。结果表明，在砾石层厚度大、含砂量小、地层密实、含水层渗透性强的施工东区无法成桩，而在条件相反的施工西区成桩质量符合要求。研究成果拓宽了MJS工法的应用范围，对类似条件下MJS工法施工参数的选择具有指导意义。      

类刚性-大直径水泥土（旋搅）桩在珠三角地区的应用和发展

类刚性-大直径水泥土（旋搅）桩是水泥土桩系列中的一种新桩型,其特有的有关造桩的科技成果已获得了众多工程专家的赞誉和社会的公认,并已在珠江三角洲地区推广应用。其中,最具持续发展意义的成果,则是可促进建筑工程实现低碳目标：即低耗、低噪、无污染施工。通过该桩型的一些实例,结合珠三角地区的地层特点,重点介绍了在含水量为70%-80%的（欠固结）淤泥地层中,Φ1000-1200 mm水泥土桩现场抽芯桩身强度95%达到qu（28d）≥1.5-2.0 MPa的成果,以及＂Φ1000 mm水泥土桩穿透N≥38击粗（砾）砂层＂的成果。     

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。      

不同固化材料垫层在黄土中隔水能力及其垂直扩散特性

黄土作为地基材料时由于其湿陷性容易出现失稳现象,利用固化剂垫层改良黄土地基水稳性和强度的技术被广泛使用。本文主要通过在黄土中分别加入石灰、水泥和粉煤灰固化剂垫层的方法进行加固,测定了在垂直方向上各处的含水率、密度、干密度、土颗粒比表面积(SSA)及阳离子交换能力(CEC)的变化。试验表明石灰、水泥和粉煤灰垫层可以影响10～15cm范围内相邻土层含水率、密度、比表面积和阳离子交换能力,改变土质结构,提高土体的水稳性。改性后的土体越靠近固化剂垫层,含水率、SSA和CEC越小而密度越大。其中,石灰垫层效果最好,它能将黄土中含水率减小超过4%,密度增加1.0～1.5g cm-3,粉煤灰作用次之,水泥最弱。此外,试样土颗粒比表面积(SSA)与阳离子交换能力(CEC)存在线性递增的关系,本次试验中,3个试样中SSA与CEC之比均稳定于6.5～7.5之间。