基于高掺量粉煤灰防渗墙的露天矿水资源保护技术

作     者：王海 黄选明 朱明诚 曹海东 张雁 WANG Hai;HUANG Xuanming;ZHU Mingcheng;CAO Haidong;ZHANG Yan

作者机构：中煤科工集团西安研究院有限公司矿山灾害防治与环境治理技术研发中心陕西西安710054 中煤科工集团西安研究院有限公司水文地质研究所陕西西安710054 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第3期

页      面：1160-1169页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：天地科技股份有限公司创新创业资金专项资助项目(2019-TD-MS014) 国家重点研发计划基金资助项目(2017YFC0804103) 中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金资助项目(2019XAYMS11) 

主　　题：高掺量粉煤灰 防渗墙 露天矿 水资源保护 保水采煤 

摘      要：蒙东某露天矿矿坑涌水量高达100000 m^3/d,补给源主要为海拉尔河,河水经深厚砂卵石层沿煤层隐伏露头渗入煤层,进而涌入矿坑,采用疏干井疏排矿坑涌水,造成水资源的巨大浪费和环境严重破坏,并增加露天矿生产成本。为截断补给通道、减小矿坑涌水量、保护水资源和矿区生态环境,通过试验、理论分析研究了高掺量粉煤灰防渗墙材料的强度、抗渗性能、黏度、粉煤灰激发剂效果,并针对露天矿煤层厚、补给范围广的特点,进行了现场帷幕截水试验。研究结果显示,水固比0.7∶1.0时,防渗墙材料的抗压强度和抗渗性能与水泥掺量呈正相关关系,粉煤灰掺量为80%的充填材料前期强度增长缓慢,后期强度增大较快,60,90 d抗压强度分别为28 d的1.90倍、3.25倍;CaCl2和NaCl可加快粉煤灰活性发挥、促进水化反应、减小颗粒间孔隙,显著提高充填材料的早期强度和抗渗性能,具有良好的激发效果;防渗墙材料的黏度随着剪切速率的增大具有明显的剪切变稀现象,剪切速率为30 s^-1时出现拐点,呈现剪切增稠现象;膨润土可增加充填材料的黏度,消除其剪切增稠现象,并提高材料的抗渗性能。通过露天矿北侧补给区域进行高掺量粉煤灰防渗墙截水试验,矿坑涌水量减少24000 m^3/d,截水效果显著,水资源得到保护;防渗墙内外水位差逐渐增大,墙外水位逐渐恢复,水位埋深达到-6^-7 m,水位恢复到植被所需的生态水位,生态水位得到保障。在露天矿采用高掺量粉煤灰防渗墙可截断渗水通道、减少矿坑涌水量、保护生态环境,实现露天矿绿色、保水开采。