【摘要】：露天煤礦在開(kāi)采過(guò)程中需要對(duì)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(guó)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(zhǎng)時(shí)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(duì)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(shí),大量疏排地下水造成地下水資源極大浪費(fèi),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(guò)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(lái)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(wàn)元的疏排水費(fèi)用為礦坑生產(chǎn)帶來(lái)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(lái)的一系列問(wèn)題,實(shí)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(guò)采用防滲墻技術(shù)取代常規(guī)的疏排降水技術(shù),對(duì)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(kāi)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(guò)防滲墻兩側(cè)與底部的繞流量計(jì)算公式和通過(guò)墻體自身的滲流量計(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)與滲流量隨地下水水頭高度和防滲墻連續(xù)長(zhǎng)度的變化過(guò)程與規(guī)律,擬合了滲流量與防滲墻長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)建立數(shù)值模型,運(yùn)用MODFLOW數(shù)值模擬軟件開(kāi)展防滲墻長(zhǎng)度、深度、厚度與滲透系數(shù)等主控因素的變化對(duì)地下水流場(chǎng)和疏排水量的影響,進(jìn)而研究防滲墻不同參數(shù)對(duì)截滲減排效果的影響程度。研究結(jié)果表明,防滲墻長(zhǎng)度越長(zhǎng),將抽水中心水位降低至同一標(biāo)高時(shí)所需抽水量越小,抽水量減小的速度隨防滲墻長(zhǎng)度的增加越來(lái)越快;防滲墻深度對(duì)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(xiàng)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(shí),繼續(xù)減小滲透系數(shù)對(duì)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(kāi)展露天煤礦防滲墻建造工程試驗(yàn),驗(yàn)證了露天煤礦建造防滲墻的可行性,采用流場(chǎng)觀測(cè)法與抽水試驗(yàn)法檢驗(yàn)了防滲墻的防滲性能,研究了防滲墻試驗(yàn)工程對(duì)地下水流場(chǎng)和礦坑疏排水量的控制作用,驗(yàn)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(yàn)結(jié)束后和墻體全部建成后的地下水流場(chǎng)與疏排水量,進(jìn)一步驗(yàn)證了截滲減排機(jī)制并預(yù)測(cè)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(duì)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(jì)和優(yōu)化。本文運(yùn)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(jì)算公式,研究了防滲墻長(zhǎng)度、深度、厚度和滲透系數(shù)等主控因素對(duì)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(kāi)展了露天煤礦防滲墻建造工程試驗(yàn),檢驗(yàn)了截滲減排機(jī)制的合理性與有效性,預(yù)測(cè)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(jì)、工藝實(shí)現(xiàn)及效果檢驗(yàn)與預(yù)測(cè)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(fèi)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(fèi)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(kāi)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(guò)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(dú)特優(yōu)勢(shì)。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(jiàn)圖 2.2。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2772683