【摘要】：露天煤礦在開采過程中需要對地下水進(jìn)行疏降和控制,常用的疏降與控制方法有疏排降水和帷幕截流。目前,我國在建和生產(chǎn)的露天煤礦均采用疏排降水方法進(jìn)行礦坑水疏降或疏干。這種方式由于長時間大流量疏排地下水,造成礦區(qū)周邊地下水位快速下降,引起植被枯死、井泉干枯、土地沙漠化等現(xiàn)象,對礦區(qū)自然環(huán)境破壞嚴(yán)重,并導(dǎo)致礦區(qū)周邊居民生活用水困難;同時,大量疏排地下水造成地下水資源極大浪費,且礦坑水的排放引起地表河流水質(zhì)變差。露天煤礦在剝離表土層及含水層水位疏降過程中易造成水土流失,引起邊坡穩(wěn)定性能下降,給疏排水工程和礦坑邊坡維護(hù)與治理帶來困難,加之礦坑疏排水工程占用了大量的人員與設(shè)備,每年上千萬元的疏排水費用為礦坑生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),增加了露天煤礦的生產(chǎn)成本。為解決露天煤礦因疏排降水在礦坑“生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)效益”等方面帶來的一系列問題,實現(xiàn)露天煤礦的綠色、安全、可持續(xù)發(fā)展,本文以扎尼河露天煤礦為例,通過采用防滲墻技術(shù)取代常規(guī)的疏排降水技術(shù),對露天煤礦滲流補(bǔ)給通道進(jìn)行帷幕截流,從根本上減少礦坑疏排水量,達(dá)到截滲減排的目的,主要開展了以下研究:1、以礦區(qū)水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ),結(jié)合防滲墻成墻工藝,提出露天煤礦防滲墻建造應(yīng)具備的必備條件、有利條件與應(yīng)滿足的經(jīng)濟(jì)條件;根據(jù)防滲墻成墻工藝與墻體結(jié)構(gòu)、防滲墻平面展布形態(tài)和墻體底部是否進(jìn)入穩(wěn)定隔水地層,將防滲墻從墻體結(jié)構(gòu)、平面展布形式、剖面形態(tài)等角度劃分為樁孔壓入式和溝槽灌入式、直線型和弧線型、落底式和懸掛式等多種形式。2、分析影響截滲減排效果的主控因素,以地下水滲流原理和復(fù)變函數(shù)理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了通過防滲墻兩側(cè)與底部的繞流量計算公式和通過墻體自身的滲流量計算公式。結(jié)果表明,繞流量與含水層滲透系數(shù)K和水頭損失H呈正比,與防滲墻長度l和深度d呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;滲流量與防滲墻厚度B呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與防滲墻滲透系數(shù)K_2呈正相關(guān)關(guān)系。3、選擇防滲墻連續(xù)長度為研究參數(shù),采用室內(nèi)滲流物理模型模擬了地下水流場與滲流量隨地下水水頭高度和防滲墻連續(xù)長度的變化過程與規(guī)律,擬合了滲流量與防滲墻長度的函數(shù)關(guān)系,建立截滲減排效果與防滲墻閉合度的關(guān)系。結(jié)果表明,截滲效果與防滲墻閉合度呈三次函數(shù)關(guān)系,截滲減排效果隨帷幕長度增加而顯著增加,進(jìn)一步研究了防滲墻截滲減排機(jī)制。4、通過建立數(shù)值模型,運用MODFLOW數(shù)值模擬軟件開展防滲墻長度、深度、厚度與滲透系數(shù)等主控因素的變化對地下水流場和疏排水量的影響,進(jìn)而研究防滲墻不同參數(shù)對截滲減排效果的影響程度。研究結(jié)果表明,防滲墻長度越長,將抽水中心水位降低至同一標(biāo)高時所需抽水量越小,抽水量減小的速度隨防滲墻長度的增加越來越快;防滲墻深度對抽水量的影響主要取決于防滲墻底部所處的地層,落底式防滲墻截滲效果明顯優(yōu)于懸掛式;防滲墻厚度與抽水量的關(guān)系可用二次多項式函數(shù)表示,抽水量減小的速度隨著防滲墻厚度增加而逐漸變緩;當(dāng)防滲墻滲透系數(shù)減小到0.001m/d以下時,繼續(xù)減小滲透系數(shù)對截滲減排效果的影響程度不大。研究結(jié)果完善并建立了防滲墻截滲減排機(jī)制。5、以扎尼河露天煤礦為例,開展露天煤礦防滲墻建造工程試驗,驗證了露天煤礦建造防滲墻的可行性,采用流場觀測法與抽水試驗法檢驗了防滲墻的防滲性能,研究了防滲墻試驗工程對地下水流場和礦坑疏排水量的控制作用,驗證了截滲減排機(jī)制的合理性與有效性。6、建立水文地質(zhì)概念模型與數(shù)值模型,利用MODFLOW數(shù)值模擬軟件模擬工程試驗結(jié)束后和墻體全部建成后的地下水流場與疏排水量,進(jìn)一步驗證了截滲減排機(jī)制并預(yù)測了截滲減排效果,依據(jù)研究成果建立墻體參數(shù)優(yōu)化模型,對扎尼河露天煤礦防滲墻主體工程關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計和優(yōu)化。本文運用地下水滲流原理與復(fù)變函數(shù)理論推導(dǎo)了防滲墻繞流量和滲流量計算公式,研究了防滲墻長度、深度、厚度和滲透系數(shù)等主控因素對截滲減排效果的影響程度,建立了露天煤礦防滲墻截滲減排機(jī)制。開展了露天煤礦防滲墻建造工程試驗,檢驗了截滲減排機(jī)制的合理性與有效性,預(yù)測了防滲墻全部建成后的截滲減排效果,形成一套在露天煤礦建造防滲墻的理論研究、分析設(shè)計、工藝實現(xiàn)及效果檢驗與預(yù)測的理論與方法,為露天煤礦水害防治及水資源保護(hù)提供技術(shù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD804
【圖文】：

圖 1.1 連續(xù)墻分類圖（據(jù)文獻(xiàn) 18，叢藹森）Figure1.1 Classification of diaphragm wall（according to literatu上世紀(jì)五、六十年代，連續(xù)墻技術(shù)隨著二戰(zhàn)結(jié)束后的經(jīng)濟(jì)

疏排水費用為 Wi（元）/m3），露天礦可采年限為 = = 用為 P（元），建造周期施工后綜合截滲減排效排水費用為 Fi（元/m3）= + ( × ) + W＞Z，則防滲墻建造方經(jīng)濟(jì)合理性。建基本條件劃分示意圖

入式防滲墻的基本形式成漏水，通常與其他防滲膜防滲墻是溝槽用，先開挖出連續(xù)溝槽滲膜；防滲膜防滲墻主，目前應(yīng)用深度不超過凝土連續(xù)墻具有地層目前廣泛應(yīng)用于鐵路制，防滲墻的厚度具有。因此，防滲墻只有在和獨特優(yōu)勢。就防滲效溝槽灌入式防滲墻中，際截滲目的和地質(zhì)條件類型劃分見圖 2.2。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2772683