一种露天矿内排土场含水层贯通方法与流程

本发明涉及一种煤矿开采工作中的一种水层贯通方法，具体是一种露天矿内排土场含水层贯通方法，属于煤矿开采领域。

背景技术：

露天开采是指将上层覆盖物剥离运走，直接开采下层煤炭资源的一种开采方法，露天开采过程中，为减少剥离物堆积占用地表土地，常采用将剥离物排弃至采空区的排土方式即内排，形成的排土场叫内排土场。

露天矿开采过程中，对土(岩)层的直接开挖，破坏了浅层的含水层及隔水层，深度较大露天矿开采还会对深部的含水层及隔水层造成严重的破坏。含水层在端帮的直接暴露，使得大量的水资源直接涌向露天矿坑，既是对水资源的浪费，同时也威胁到矿坑安全。内排土场形成后，开始阶段由于排土场土层未被压实，露天矿区外的地下水会通过含水层进入内排土场，由于没有隔水层作为引导和保护，排土场内的水资源流动呈现无规律性，通常沿着缝隙较大的层位进行渗透，长期侵蚀会严重影响排土场的稳定性，不利于安全生产。后期随着排土场土层不断的被压实，原本位于端帮的含水层露头会被彻底堵死，矿区外的地下水不能再进入排土场内部，一方面，造成露天矿排土场内部水分缺乏，影响植被生长，无法满足复垦的要求，另一方面，由于内排土场的阻隔，使得矿区范围内(大型露天煤矿可达几百平方公里)的地下水无法联通，对区域内的水资源循环造成严重影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种露天矿内排土场含水层贯通方法，以解决露天矿水资源的浪费问题，以及提高露天矿排土场的稳定性，从而提高采矿生产安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种露天矿内排土场含水层贯通方法，包括封堵原始含水层、再造人工隔水层、再造人工含水层、疏通含水层，人工补水等工序，具体步骤如下：

1)、封堵原始隔水层，主要步骤包括：

s1:露天矿初始开挖时，端帮台阶从地表层优先延深至含水层，使浅部的原始含水层完整暴露，将含水层露头所在台阶的坡面角平整并将坡面角降低3-5°；

s2:随着采剥工程推进，在含水层露头的台阶坡面上铺设可降解塑料布和导管，可降解塑料布底部深入含水层下部台阶1-2m，上部向上延伸至含水层上部台阶坡面2-3m，每隔3-5m布置一根导管，导管靠近可降解塑料布一侧密集布置小孔，然后在台阶塑料布上压覆宽度3～10m的覆盖物，覆盖物堆置层序与原地层相同；

2)、再造人工隔水层包括人工隔水层构建与人工隔水层缝合，具体为：

s1:随着露天矿采排工程推进，位于原始隔水层下表面所在水平以下的采空区按照露天矿正常作业方式排土，形成内排土场，内排土场最上表面接近露天矿端帮原始隔水层下表面所在的水平面3-5m时，停止排土，选择黏土等孔隙较小的物料作为排弃物继续在排土场上表面排土作业，每排土1-2m进行一次机械压实作业，直至黏土层排弃高度高出原始隔水层水平高度1-3m，停止作业，形成人工隔水层；

s2:再造人工隔水层在靠近端帮附近3-5m的范围内施工时，先将原始隔水层露头位置所在的端帮台阶坡面角降低至25-30°，将原始隔水层露头上、下部方圆3-5m范围内的台阶清除，与原始隔水层露头坡面共同形成隔水层缝合区，将黏土排弃至缝合区内，排弃高度高于原始隔水层上表面1-3m，并采用机械设备压实，实现人工隔水层与已经开挖的原始隔水层在交界处的缝合；

3)、再造人工含水层包括单条含水层构建与挡水墙构建，具体包括：

s1:在人工隔水层上部排弃高孔隙度物料，形成连接原始含水层的单条含水层，单条含水层的厚度高出原始含水层2-3m，且呈现中间高、靠近端帮两侧较低的形状。

s2:在露天矿内排土场推进方向，单条含水层每隔30m构建连通两侧端帮的挡水墙，墙底面与隔水层连接，墙的高度低于人工含水层厚度1-3m，墙宽度3-5m；

s3:随着排土场的推进，依次循环构建单条含水层和挡水墙，形成沟通两侧端帮含水层的人工含水层；

4)、疏通含水层是指，随着内排工作推进，内排土场人工隔水层、人工含水层形成后，在导管内注入催化剂，降解隔离塑料，使原始含水层与内排土场内人工含水层连通，恢复矿区原始的水力联系；

5)、人工补水是指在内排土场排弃至设计高度后，从排土场的顶部平盘向下钻井至人工含水层，每一个单条含水层上间隔200m布置一个钻孔，向内灌注处理后矿坑水，实现排土场含水层水资源的人工补充，加快人工含水层与原始含水层的水流贯通。

更进一步的，在露天矿正常推进方向上的工作帮的两端帮30m-50m范围内开挖超前沟，超前露天矿最上一个台阶坡顶线50-100m，进行原始含水层超前封堵操作。

优选的，在露天矿正常推进方向上的工作帮的两端帮30m范围内开挖超前沟，超前露天矿最上一个台阶坡顶线50m，进行原始含水层超前封堵操作。

本发明相比于现有技术，其有益效果为：采用可降解塑料对原始含水层进行封堵，有效减少原始含水层在端帮的暴露时间和面积，减少了水资源的损失，保证了矿坑的安全，同时为后期含水层联通创造条件；人工隔水层构建原料来自矿区，施工方式与正常排土工艺类似，施工难度小，成本低，通过隔水层缝合区保证人工隔水层与原始隔水层的连接，保证了隔水效果，人工隔水层厚度大于原始隔水层，避免由于内排土场沉降造成人工隔水层厚度降低，保证隔水效果；含水层采用中间隆起的形式，避免内排土场自然沉降造成含水层压实下陷甚至堵塞；人工含水层分条设置，建设挡水墙减少内部水压对内排土场稳定性的影响，同时可实现后期的分区域人工补水且不会让水流入矿坑；采用人工补水方式，加速内排土场人工含水层与原始含水层联通，保证矿区内地下水循环，同时可对矿坑水进行利用，减少矿坑水浪费。

附图说明

图1为封堵原始含水层示意图；

图2为封堵原始含水层示意图局部放大图；

图3为超前沟布置示意图；

图4为再造人工隔水层示意图；

图5为再造人工含水层示意图；

图6为人工补水示意图。

图中：1-地表层；2-原始含水层；3-原始隔水层；4-人工含水层；4.1—单条人工含水层；4.2—挡水墙；5-人工隔水层；6-可降解塑料布；7-导管；8-覆盖物；9-隔水层缝合区；10-钻孔；11-超前沟；12-内排土场；13-端帮；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种露天矿内排土场含水层贯通方法，包括封堵原始含水层2、再造人工隔水层5、再造人工含水层4、疏通含水层，人工补水等工序，具体步骤如下：

1)、封堵原始隔水层3，主要步骤包括：

s1:露天矿初始开挖时，端帮13台阶从地表层1优先延深至含水层，使浅部的原始含水层2完整暴露，将含水层露头所在台阶的坡面角平整并将坡面角降低3-5°；

s2:随着采剥工程推进，在含水层露头的台阶坡面上铺设可降解塑料布6和导管7，可降解塑料布6底部深入含水层下部台阶1-2m，上部向上延伸至含水层上部台阶坡面2-3m，每隔3-5m布置一根导管7，导管7靠近可降解塑料布6一侧密集布置小孔，然后在台阶塑料布上压覆宽度3～10m的覆盖物8，覆盖物8堆置层序与原地层相同；

2)、再造人工隔水层5包括人工隔水层5构建与人工隔水层5缝合，具体为：

s1:随着露天矿采排工程推进，位于原始隔水层3下表面所在水平以下的采空区按照露天矿正常作业方式排土，形成内排土场12，内排土场12最上表面接近露天矿端帮13原始隔水层3下表面所在的水平面3-5m时，停止排土，选择黏土等孔隙较小的物料作为排弃物继续在排土场上表面排土作业，每排土1-2m进行一次机械压实作业，直至黏土层排弃高度高出原始隔水层3水平高度1-3m，停止作业，形成人工隔水层5；

s2:再造人工隔水层5在靠近端帮13附近3-5m的范围内施工时，先将原始隔水层3露头位置所在的端帮13台阶坡面角降低至25-30°，将原始隔水层3露头上、下部方圆3-5m范围内的台阶清除，与原始隔水层3露头坡面共同形成隔水层缝合区9，将黏土排弃至缝合区内，排弃高度高于原始隔水层3上表面1-3m，并采用机械设备压实，实现人工隔水层5与已经开挖的原始隔水层3在交界处的缝合；

3)、再造人工含水层4包括单条含水层4.1构建与挡水墙4.2构建，具体包括：

s1:在人工隔水层5上部排弃高孔隙度物料，形成连接原始含水层2的单条含水层4.1，单条含水层4.1的厚度高出原始含水层22-3m，且呈现中间高、靠近端帮13两侧较低的形状。

s2:在露天矿内排土场12推进方向，单条含水层4.1每隔30m构建连通两侧端帮13的挡水墙4.2，墙底面与隔水层连接，墙的高度低于人工含水层4厚度1-3m，墙宽度3-5m；

s3:随着排土场的推进，依次循环构建单条含水层4.1和挡水墙4.2，形成沟通两侧端帮13含水层的人工含水层4；

4)、疏通含水层是指，随着内排工作推进，内排土场12人工隔水层5、人工含水层4形成后，在导管7内注入催化剂，降解隔离塑料，使原始含水层2与内排土场12内人工含水层4连通，恢复矿区原始的水力联系；

5)、人工补水是指在内排土场12排弃至设计高度后，从排土场的顶部平盘向下钻井至人工含水层4，每一个单条含水层上间隔200m布置一个钻孔10，向内灌注处理后矿坑水，实现排土场含水层水资源的人工补充，加快人工含水层4与原始含水层2的水流贯通。

更进一步的，为了减少两侧端帮13浅部含水层内的水资源通过工作帮的露头过渡流失，在露天矿正常推进方向上的工作帮的两端帮13的30m-50m范围内开挖超前沟11，超前露天矿最上一个台阶坡顶线50-100m，进行原始含水层2超前封堵操作。其中，作为优选的，在露天矿正常推进方向上的工作帮的两端帮13的30m范围内就开挖超前沟11，超前露天矿最上一个台阶坡顶线50m，进行原始含水层2超前封堵，以减少过度开挖而挖不到水资源，造成开采工作量的浪费。