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中国煤炭报 | 中煤科工集团西安研究院有限企业创新技术工艺,使扎尼河露天矿从开挖疏干井变地下水综合疏降与控制—— 在地下建起一道截水帷幕墙

来源:黑龙江龙煤矿业控股集团
编辑:中国煤炭报
发布时间:2021-04-26 13:06:05
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中煤科工集团西安研究院有限企业创新技术工艺,使扎尼河露天矿从开挖疏干井变地下水综合疏降与控制——

在地下建起一道截水帷幕墙

王世雅

 近日,国家能源集团组织召开了由中煤科工集团西安研究院有限企业承担的“扎尼河露天矿帷幕截水综合技术研究与示范工程”科技创新项目验收会。

会上,专家指出,扎尼河露天矿帷幕截水工程项目的成功实施,开创了我国露天煤矿通过截水帷幕综合技术实现截水减排的先例,为我国露天煤矿地下水疏降与控制及安全绿色开采提供了新思路。

建造帷幕,截断海拉尔河侧向补给

扎尼河露天矿位于内蒙古呼伦贝尔东部,矿坑涌水主要由北侧的海拉尔河侧向补给。在应用帷幕截水综合技术以前,扎尼河露天矿主要通过施工疏干井来排水,既对水资源和生态环境造成扰动,又耗费了大量的财力和人力。

“最重要的是会影响边坡的稳定性,影响煤矿安全。”扎尼河露天矿帷幕截水综合技术研究带头人曹海东向记者先容,随着矿坑不断往北部转移,疏排水更加困难,不但会浪费大量的煤炭资源,而且经济和环境成本也会增加。

2015年,项目部在扎尼河露天矿北部边界实施了长度400米的试验工程,对帷幕的技术、施工工艺、效果等进行了试验。结果表明,技术可行、工艺可靠、收到预期效果。

2018年,“扎尼河露天矿帷幕截水综合技术研究与示范工程”科技创新项目正式启动。该项目首次采用帷幕截水综合技术解决我国露天煤矿矿坑疏排水问题,由国家能源集团批复、中煤科工集团西安研究院有限企业负责实施,具有多项重要的技术与工艺创新。

“通过前期对扎尼河露天矿水文地质条件分析,大家认为应该在充分考虑经济条件的前提下,建造一条‘半圆’型的帷幕墙,有效拦截海拉尔河的侧向补给,减少矿坑疏排水量、保护矿坑外围生态环境和地下水资源。大家当时的预期目标是帷幕建成后,矿坑排水量减少70%左右。”谈到技术思路时,曹海东表示。

通过深入研究扎尼河露天矿水文地质与工程地质特征,项目部最终确定扎尼河露天矿截水帷幕的形式为沟槽灌入式+桩孔压入式弧线型落底式截水帷幕墙。

结合工程地质、水文地质特征和现场施工条件,项目部确定扎尼河截水帷幕采用地下混凝土连续墙工艺等4种工艺。

项目部提出截水帷幕设计的3个原则,即安全有效、经济合理和环境友好。依据“顶不越、底不漏、两端不绕、接头不渗”准则,他们最终设计出总长度约6千米的截水帷幕墙。

帷幕截水,矿坑排水量减少75%

施工现场地下有4条通信光缆、地上有3趟高压线,且301国道穿矿区而过,没有可借鉴的煤矿帷幕建造经验,高寒地区施工周期短,施工过程中需不断调整注浆比例,防渗膜隐蔽铺设难,接头处理难等,项目部面临着许多挑战。

“比如在铺设防渗膜上,大家来来回回进行了很多次试验。下膜后,用什么材料回填?大家前期设计的是原土回填,但实践证明这个方法是行不通的。最后,大家创新性地提出用高掺量粉煤灰加水泥浆液材料来填充,保证了帷幕墙质量。”曹海东说。

通过研究4种帷幕的施工工艺与参数,项目部从泥浆质量、成槽质量、混凝+浇筑质量、防渗透铺设质量、注浆回填质量等方面,明确了质量控制的关键环节,并在施工过程中突破了低强度抗渗混凝土配合比技术、防渗膜大深度垂向隐蔽铺设与连接技术、超长槽段开挖与泥浆护壁技术、水泥混合浆液注浆回填技术、强渗透厚砾石层中高压旋喷注浆成桩技术等难关。

“实践过程中,很多技术是首创,创新性强,并申请了专利。此外,新工艺的实施还能将周边电厂的粉煤灰变废为宝,节约了成本、保护了环境。”项目组人员表示。

通过建立以声波投射法、取芯验证法、抽水试验法、流场观测法、水量分析法为主的效果检验体系,项目部在截水帷幕建造过程中和结束后,检验了帷幕截水的效果。结果表明,墙体质量符合设计和规范要求、收到预期截水效果。

“与项目目标相比,矿坑排水量减少75%。”曹海东表示。截水帷幕形成后,矿坑疏排水量显著减少,可有效保护地表和地下水资源;帷幕外围地下水位抬升到了原始水位标高;帷幕范围内的地下水位下降可能会对生长的植物种类产生一定影响,不过,项目部在植被恢复的草种选择上充分考虑了这一点。

项目部表示,不管是研究思路,还是工艺和技术,都有很多创新之处。该项目具有示范性,为露天煤矿地下水疏降和绿色环保开采提供了技术思路,具有重要示范意义。

“从源头上建造帷幕,可以减小露天矿开采对地下水和环境造成的损伤,实现真正意义上的绿色开采。通过这个项目,大家验证了截水帷幕在露天矿的可行性。”曹海东表示。

此外,针对项目实施过程中的一些不足,如防水膜接口处如何更好地处理、如何选择更环保和经济的材料等,项目部将会继续跟进和完善。


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