專利名稱：疏排截流(深溝高壘法)排供優化結合防治地下水的制作方法
技術領域：
本發明為通過預先提前剝離露天煤礦外圍境界內土石方而形成疏排截流深溝高壘法之截流水渠防治地下水。
在目前現有的技術中為開采地下礦藏，所應用的地下水的防治方法有(1)凍結法，凍結法鑿井是首先在井筒周圍打一定數量的凍結孔，孔內安裝凍結器，用人工制冷手段將井筒周圍的含水和流沙地層凍結成封閉的圓筒(即凍結壁)然后在凍結壁保護下進行井筒掘砌施工，向地下延伸，開采深部礦藏，此方法由于施工造價成本昂貴，技術要求嚴密，只適用于小面積的(100平方米)堅井開鑿時過大水或流沙層的防治地下水的方法。
(2)注漿法，注漿法鑿井是指在含水(或流沙)層中通過打鉆的方式，在施工前預先注入可凝結的漿液達到堵封裂隙隔絕水源，將松散巖層膠結成不透水的整體，可以達到永久性堵水與固沙土層的目的，此方法因施工面積范圍大，接頭多，質量很難保證，因還有一定數量的殘余水位，此方法也只用于小范圍小面積地質構造簡單的防治地下水之用。
(3)帷幕法，混凝土帷幕法是在沿井筒外圍按設計布置專用帷幕鉆機挖槽孔，然后在槽孔中灌注混凝土形成封閉的圓筒狀混凝土帷幕，因施工成本和技術難度等原因，此法也只適用于開鑿豎井時使用，對于防治面積超過1-10平方公里或含水層超過30米的富水露天煤礦來說，目前很難實施這一防治水方法，因為隨著深度、面積范圍增加施工難度也隨之防大，因水頭差增大，繞流水可達30％以上。殘余水位較大。因此此方法目前僅有在少數水利工程上使用。
(4)井群疏干法，井群疏于法，為地表疏干方式，利用在礦區境界內外，縱橫網狀排列降水孔排(群井)強制排水，迫使礦區大面積降低地下水位。但此法因降低水位周期長，且降水效果并不理想，因水位下降后，高水位疏干井困疏干報廢，使用壽命較短。井田內也因采礦需要工作邦向前推進，群井需挖掉，因不斷打新井報廢舊并成本較高，因截流不徹底，殘余水量較大。因此，鑒于以上四種地下水防治方法的各種缺點和局限性。目前，國內外急需尋求一種能根治大面積富水礦區，防治地下水的新方法來開露天煤礦、鐵礦等，非金屬金屬礦藏。
本發明的任務是提供一種施工組織簡單可靠，而且成本低，效率高的疏排截流深溝高壘法排供優化結合防治地下水的方法，用此法防治大面積富含水層的一次可達到防治地下水目的的行之有效的方法，不需修建任何設施和堵水工程，綜合利用排出的地下水還可保護生態環境。
本發明的疏排截流深溝高壘法排供優化結合防治地下水是通過沿露天礦(煤礦、鐵礦等金屬、非金屬礦床)采礦邊界沿端邦預先提前剝離排土，形成露天礦區周圍的截流深溝集水渠，溝渠底板應到達含水層底板，截流端邦外側地下涌水到集水溝渠，然后由設在端邦的揚水站水泵排出露天坑外，為了保持端邦邊坡穩定，減少水對邊坡的壓力，準確地計算出動態水的涌水量，設置端邦水泵的數量應滿足動態水量即截流水量與水泵排出量相等，水泵的數量應留足一定的安全系數，因為水泵數量少，排出量也少，可使截流溝渠內水位不斷上升，導致地下水注滿溝渠涌入露天坑，危及安全生產，如果水泵數量太多，造成溝渠內水位急驟下降，因疏于渠水而停泵，如此開開停停，頻繁起動，因此，根據涌水量隨時增減揚水泵，為了保證本發明的順利實施，在露天礦坑內截流水渠正常工作的同時，減少匯水面積，保證在每年6、7、8月高溫雨季、大訊期間的地表洪水，通過沿邦高壘法構筑的防洪堤阻擋而流入排洪水渠，為了保護礦產資源，設計深溝剝離端邦要向外側擴展20米寬度，在剝離排土到達含水層位置后，工作面內的積水可選用有水能自動抽水，無水允許空轉的抽水排沙潛水泵，保證工作機械，挖掘機，自卸汽車在無水的環境中工作，在剝離排土工作開始，應選擇較易施工的高水位A、B段先行開挖，依次是BC、CD段，最后到達EF段。含水層深度可達到80米—100米。
本設計每臺階高度為24米，平盤寬度第一層為工作邦左側，AB段是115米，工作邦前方BC段161米，工作邦右側CD段是173米，最下部第二層臺階下為45米，符合采礦設計最小允許平盤寬度30米的要求，左側端邦第一層平盤臺階端邦一側有運輸通道，因提前剝離土石方而形成的深溝二邦要設置可移動的過山天橋。
為了保證露天礦的安全正常生產，防止地下水白渠底滲漏流入露天坑內，在截流水溝到露天礦坑一側要采取防滲措施，一是采用高壓噴漿法注漿，二是采用槽寬1米挖到含水層下，深達基巖1米，內填粘土和改性瀝清，用壓路機壓實可達到防滲效果，為了預防滑坡把因滑坡所造成的損失減少到最低限度，要減少渠水對邊坡的壓力，措施1是保持截流水渠水位不大于1米，2是使降水漏斗中心遠離工作邦，到達橫向截流水渠的BC段的C點為最好，3是截流水渠內每隔200米留一擋水墻不挖通，4是水泵窩深度隨渠底以5‰坡度向C點降低的同時也向C點加深，逐漸深這基巖，5是根據深溝內水量大小，可隨時增減揚水泵，移動揚水泵到達最佳排水點，6是在滑坡移動觀測站的指導下，采取予測滑坡區段地面上方設置沙袋，沙袋在滑坡停止時，可用于及時堵漏，使水流向邊坡穩定的地點的泵房一側，并及時恢復該段邊坡截流水渠。7是為了保護生態環境的平衡，綜合利用水資源，修建引水灌渠工程，可將露天坑內排水用于發電和露天降水漏斗影響區內地面農作物灌溉，保持露天礦區的水力循環。
疏排截流深溝高壘法防治地下水的優點是，隨著降水漏斗中心從工作邦前移，剝采范圍不斷擴大，工作邦向前推進，最下層礦藏剝采工作結束，工作邦后邊及兩側端邦截水溝渠將逐漸失去它的功能，而被內排土所填平，無論在地面或坑下均找不到它的影子，而且工程量很小，僅僅是排水渠道而已，而且防治水截流一次有效，沒有殘余水頭和繞流水，為開挖深溝而預先剝離的土石方量也可減少后期露天坑內的剝離量，用疏排截流深溝高壘法防治地下水，不需要修建任何大型工程或設施，因此，成本減少，效率大大提高。比帷幕法和群井法可節約投資70％，只需30％的投資即可達到防治地下水的目的，這對于防治大面積數平方公里到十數平方公里的深達30米以上的厚含水層的富水露天礦床，是一個十分行之有效的方法。
圖1是本發明地表境界剝離工程平面2是圖1所示平面圖左側端邦G-H邦坡剖面3是圖1所示平面圖右側端邦M-N剖邦坡面1所描述的疏截流深溝高壘法剝離工程地表境界平面圖，包括以地表開采境界(1)為外側剝采邊界線的坑內側剝采邊界線(2)為范圍的預先提前剝離土石方量以A、B、C、D、E、F為外圍邊界和A′、B′、C′、D′、E′、F′為內側作為邊界的提前剝離量長2.4公里，寬1.6公里，總面積3.84平方公里，提前剝離土石方量1700萬立方米，第一次剝離范圍到達(6)位置是因為露天礦面積達12平方公里，一次全部剝離則增加成本，因此，分為二次(或多次)較為有利，第一次剝離量以能維持生產能力20年以宜，第一次剝采范圍(3)及原始地下等水位線(4)，礦區內河流(5)為了減少投資降低成本，在工作邦(8)到達河流(5)的區域在能滿足維持生產20年的時間內，該段河流可推遲改道時間，這樣對露天礦生產有利，改道的最佳有利時間是在第一次預先剝離范圍的A、B、C、D、E、F境界內工作邦(8)推進到(6)2/3區域時，可以進行河流改道工程，所以，第二次剝離工程將跨舊河道進行，露天剝離深度應到達第四紀含水層底板，而形成深溝截流地下水之渠(7)，此時，提前預先剝離工程結束。排水泵安裝在端邦外側，在排水泵正常運轉排水，截流成功即可移交投產，此時工作邦(8)才能向前推進，露天坑(9)范圍和深度不斷擴大延深到達煤層時，可正式進行采礦工作，第三系基巖少量地下水由露天坑內貯水池(10)的排水泵排出坑外，為了維護邊坡的穩定減少地下水對邊坡造成的壓力，應使降水滑斗中心從工作邦前移到C′點為目的，為了達到此目的，必須將深溝(7)內水泵窩深度由F′向C′，A′向B′，B′向C′以5‰的坡度逐漸降低加深到達基巖，即可達到要求。
圖2是露天坑左側預先剝離土石方工程G-H剖面中第四紀沖積洪積砂礫孔隙含水層(1)下部為第三系基巖(2)通過剝離排土而形成左側端邦邊坡(3)，其邊坡角要符合采礦設計允許的25°，在端邦邊坡設立的水泵房(4)，水泵基座高程應以滿足離心泵允許吸上真空高度，也可選用揚程高，大功率潛水泵，在截流水渠(5)和水渠到右側露天坑邊坡(8)之間，設有采用防滲措施(6)作為開槽位置，防滲槽應距集水渠(5)邊坡2米為宜挖寬1米，挖深至第三系基巖1米，內填粘土和改性瀝清或其他防滲材料，用壓路機壓實，可達到防滲效果，防止地下通過渠底至第三系基巖面流入露天坑內。邊坡(7)為臨時右側邊坡，當第一層平盤從工作邦推進剝離過后，即不存在，最終形成端邦邊坡(8)，此時原始水位線(11)隨著深溝截流水渠形成，下降到截流水位線(12)的位置，此時截流水渠(5)發揮它的功能截流排水，在露天坑深部向下延深剝離到達煤層(9)時，正常生產開始，高壘之防洪堤(10)為防止每年7、8、9高溫雨季，大訊期間的防止洪水流入露天坑之用。
在本發明的最佳實施方案中，圖1所描述的以礦區地面開采境界(1)為外側剝離線，內側剝離線(2)，以采礦設計允許邊坡安全角度25°往深部開挖，直至到這基巖，在截流水渠端邦成以后，在正常生產的同時，在考慮邊坡穩定的需要，向境界外側剝離然后砌護端邦邊坡，本發明疏排截流深溝高壘法截流地下水的方法，不但適用于露天煤礦，也適用于露天開采鐵礦等金屬非金屬礦藏和其他水利工程防治地下水的需要。
圖3為右側端邦M-N剖面圖，其特征和性能同圖2G-H剖面圖相同，只是方向相反，如端邦邊坡在圖2中為左側(3)位置，而在圖3中為右側(3)的位置，水泵房位置(4)在圖2中在截流水渠左側，而在圖3中在截流水渠的右側，只有截流水渠(5)，在圖2、圖3中位置不變，但截流水渠深度和渠上口寬度隨該含水層厚度變化有所改變，渠底板深度應達到第四紀含水層底部，并經防滲措施進入基巖才能達到截流的目的。
在實施本方案時，做好防滲加固(6)之工程尤為重要，因此，必須采取切實可行的措施，確保防滲材料粘土的選擇要質量良好，改性瀝清的接頭部要密實不允許留有縫隙，確保地下水在截流水渠防滲的同時一次截流成功，從而達到疏排截流的目的。
權利要求
1.由一個露天礦外圍預先提前剝離排土形成的環形深溝高壘截流地下水的水渠，深溝剝離地表線以礦區邊界[1]為地表剝離外側開挖線，經剝離排土形成端邦邊坡，內側剝離界線[2]同[1]同時開挖，深度達到含水層底板至基巖，邊坡角度符合采礦設計安全角度25°，剝離范圍從工作邦開始到礦區內河道右岸[6]位置，此時可維持生產20年，礦區內河流[5]改道后，第二次剝離將過日河道[5]往前進行，此時，在工作邦[8]推到距BC段截流水渠的[6]三分之二位置進行改河工程，其特征是截流水渠[5]設立在含水層底部，水渠的深度和渠寬，根據涌水量設計，渠內容積應大于涌水量一倍以上，以經過防滲加固[6]直達第三系基巖，從而達到完全截流地下流入露天坑的目的，水泵房[4]的水泵排水量和礦區涌水量相等，水泵數量應有1.3安全系數，經剝離排土深溝形成后地下水水位由原始水位[11]下降到截流水位[12]，再經防滲截流[6]，從而達到流入露天坑的地下水完全被截住。
2.根據權利要求1，深溝截流水渠在露天礦坑四周，環繞礦區[1][2]界限每隔200米留一擋水墻，不挖通。
3.根據權利要求1，揚水泵房[4]應設置在端邦一側，水泵基座高程要達到水泵吸上真空高度4-6米要求。
4.根據權利要求1，為使降水漏斗中心前移到達C點，水泵窩應從工作邦開始按5‰坡度逐漸延深，到達C點第三系基巖。
5.根據權利要求1，截流水渠[5]和露天坑中間[8]距渠邊2米，應采取挖槽內填粘土和改性瀝清或其他防滲材料防滲措施。
6.根據權利要求1，所述的疏排截流深淘高壘法截流防治地下水，含水層深度可達到80米—100米。
7.根據權利要求1，為保持端邦邊坡穩定，予防滑坡，露天礦裂離排土境界[1][2]可延G、N向外側剝離20米。
8.根據權利要求1，高壘之防洪堤在剝離邊界二側及工作邦前之同樣設置，高度為1米，寬5米，內高外低，便于擋洪水。
9.根據權利要求1-8本防治水方法不但適用于露天煤礦，也適用于露天鐵礦等金屬非金屬礦藏和其他工程防治地下水之用。
全文摘要
本發明為通過預先提前剝離露天煤礦外圍境界內土石方而形成疏排截流深溝高壘法之截流水渠，防治地下水，溝渠底板應到達第四紀孔隙含水層底板，截流露天礦端幫外側地下涌水到集水溝渠，然后由設在端幫揚水站水泵排出露天坑外，經剝離排土而形成的環繞露天礦區的深溝集水渠挖成后，可使礦區原始水位(11)下降到截流水位(12)，再經由溝渠到露天坑之間深入基巖的防滲截流(6)，從而使露天礦區四周的地下水完全被截住，達到了防治地下水的目的。可開采含水層下煤層。
文檔編號E21C41/00GK1130712SQ9511941
公開日1996年9月11日 申請日期1995年12月26日 優先權日1995年12月26日
發明者張朝喜 申請人:張朝喜