一种包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的制作方法

本发明属于矿业工程与水利工程交叉技术领域，特别涉及一种包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库。

背景技术

东部草原大型煤电基地生态脆弱、露天煤矿开采极易造成土地沙漠化，同时对地下水运行系统造成污染和破坏。因此，露天煤矿地下水库建设对东部草原大型煤电基地生态修复具有重要的水资源保护作用。

露天煤矿开采需剥离地表岩土层后采出煤体，然后对采空区用地表岩土层剥离物进行回填，该采空区称为内排土场，内排土场是露天煤矿地下水库建设的主选地址。对于露天煤矿地下水库设计，如何在露天煤矿内排土场内实现地下水库的快速建设，如何解决地下水库建设与内排土作业问题，如何协调内排土作业与挡水坝构筑的工期关系，以及如何有效储水与利用，这些问题都已成为露天煤矿地下水库建设亟待考虑与迫需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够协调内排土作业与挡水坝构筑的工期关系、布局设计合理、且能够安全高效建造的包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库，包括用作储水空间的露天煤矿矿坑，设置在露天煤矿矿坑内的心墙挡水坝，设置在心墙挡水坝前后两侧用作储水体的堆石，以及填充在堆石上的由内排土作业排出的内排土，所述心墙挡水坝包括按照内排土作业方向依次构筑而成的多个心墙挡水坝，所述多个心墙挡水坝将露天煤矿矿坑分区成多个地下储水空间，每个心墙挡水坝跟随内排土作业分多级阶段构筑而成，所述多个地下储水空间之间设有输水管网，保证不同库间的调水与取水，所述堆石底部设置由固体废弃物铺设而成的防渗层。

进一步地，所述心墙挡水坝由混凝土浇筑或者土石碾压而成。

进一步地，所述心墙挡水坝的第一级心墙挡水坝的坝基深度为10-15m，每级心墙挡水坝的坡角为87°，最后一级心墙挡水坝的坝顶宽度为10-15m，心墙挡水坝的总高度hn与露天煤矿坑深h的关系为h＝hn+10m，心墙挡水坝的最大宽度w与露天煤矿坑深h的关系为w＝20m+(h-10m)/tan87°。

进一步地，所述堆石上的内排土填充高度与所述心墙挡水坝高度持平。

进一步地，所述堆石是由毛石、或具有空间孔和/或腔结构的材料沿着所述心墙挡水坝倾斜堆积而成。

进一步地，所述堆石的堆叠坡度为25°-33°。

进一步地，所述防渗层的厚度hs为1-1.5m。

进一步地，所述输水管网包括埋设在所述储水体中的地下输水管，以及设置在内排土表层与所述地下输水管通过竖直管道连通的地表输水管。

本发明提供的一种包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库，将露天煤矿内排土作业与地下水库建造有效结合在一起，考虑设计心墙堆石挡水坝结构型式的地下水库建造，在保证不影响内排土作业的前提下，多阶段、多工期建造心墙堆石挡水坝，实现了露天煤矿地下水库的安全高效建造。并且，采用心墙堆石挡水坝结构型式的地下水库设计，坝体结构由心墙和堆石组合而成，为典型的强弱组合体结构，散体堆石不仅能够起到储水作用，还具有吸能削波作用，因此采用心墙堆石挡水坝结构的地下水库，具有十分稳定的结构抗震性能。同时，利用矿山矸石、建筑或塑料等固体废弃物碾制铺设地下水库库底用作防渗层，满足了库底防渗的工程要求，实现了变废为宝的绿色建造理念。

附图说明

图1为本发明实施例提供的包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的整体设计剖视图；

图2为本发明实施例提供的包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的部分剖视图；

图3为本发明实施例提供的包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的平面布局图；

图4为本发明实施例提供的包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的心墙挡水坝第一级阶段构筑设计图。

具体实施方式

参见图1，图2和图3，本发明实施例提供的一种包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库，包括用作储水空间的露天煤矿矿坑10，设置在露天煤矿矿坑10内的心墙挡水坝20，设置在心墙挡水坝20前后两侧用作储水体的堆石30，以及填充在堆石30上的由内排土作业排出的内排土40，并且堆石30上的内排土40的填充高度与心墙挡水坝20的高度持平。其中，心墙挡水坝20由混凝土浇筑或者土石碾压而成，心墙挡水坝20包括沿内排土作业方向依次构筑而成的多个心墙挡水坝，这样，多个心墙挡水坝将露天煤矿矿坑10分区成多个地下储水空间，即形成1#、2#、3#、4#等多个地下水库。并且，每个心墙挡水坝10随着内排土作业分多级阶段构筑而成，即每个心墙挡水坝10由1、2、3、4…等多级阶段构筑而成。

参见图4，每个心墙挡水坝20的第一级心墙挡水坝的坝基深度为10-15m，这样能使心墙挡水坝20稳固的矗立在地下水库中；每级心墙挡水坝的坡角为87°，即心墙挡水坝20基本接近直墙式，这种结构的心墙挡水坝，稳定性好、便于施工、施工简单；最后一级心墙挡水坝的坝顶宽度为10-15m，心墙挡水坝20的总高度hn通过与露天煤矿坑深h的关系公式h＝hn+10m确定，心墙挡水坝20的最大宽度w，也即第一级心墙挡水坝的宽度w通过与露天煤矿坑深h的关系公式w＝20m+(h-10m)/tan87°进行确定。

其中，堆石30是由具有孔隙或裂隙的毛石、或其他具有空间孔、具有腔结构或具有空间孔和腔结构的材料沿着心墙挡水坝20倾斜堆砌而成，为了方便堆石30的堆砌施工，堆石30的堆叠坡度设定为25°-33°为宜。这些堆石材料成本低廉，且具有吸附和过滤功能，不仅能够保证地下水体的有效净化和储存，并且这些散体堆石与心墙堆石挡水坝组合成典型的强弱组合体结构，能够起到吸能削波作用，使地下水库具有十分稳定的结构抗震性能。储水体材料优先考虑沿着所述心墙挡水坝倾斜堆积而成。

为了能够保证不同地下水库间的调水与取水，多个地下储水空间形成的1#、2#、3#、4#等多个地下水库之间设有输水管网。其中，输水管网包括埋设在作为储水体的堆石30中的地下输水管61，以及设置在内排土40表层中与所述地下输水管61通过竖直管道63连通的地表输水管62，每个地下水库的堆石30下均设置有与心墙挡水坝20并列平行的地下输水管61，所有地下输水管61通过许多根竖直管道63与许多根地表输水管62连通，形成输水管网，并且为了调水和取水的方便，每个地下水库的内排土40表层沿着心墙挡水坝20附近每间隔一定的距离建设有多个与地表输水管62连通的取水站70。

另外，为了使地下水库具有更好的蓄水能力，在每个地下水库的堆石30底部设置有防渗层50，防渗层50是采用煤矿废弃矸石、建筑废弃物或者塑料废弃物等固体废弃物进行铺设，并在固体废弃物表层铺设粘土进行碾压而成，为了达到最佳的防渗透效果而又不至于延长施工工期造成施工成本提高，防渗层50的厚度hs设定为1-1.5m为最佳。利用矿山矸石、建筑或塑料等固体废弃物碾制铺设地下水库库底，不仅满足了库底防渗的工程要求，还能够实现变废为宝的绿色建造理念，这对矿山生态修复与水资源保护具有重要意义。

在进行包含心墙堆石挡水坝结构的露天煤矿地下水库的建设时，选择露天煤矿采空区的矿坑作为地下储水空间10，在露天煤矿采空区的内排土场靠近露天矿边坡一定的距离构筑第一个心墙挡水坝20的第一级阶段挡水坝，并在心墙挡水坝20的前后两侧沿着心墙挡水坝20堆砌堆石30。当堆石30的堆砌高度与第一个心墙挡水坝20的第一级阶段挡水坝持平时，将内排土场排出的内排土40填充到靠近内排土场那一侧的堆石30上直至内排土40的高度与心墙挡水坝20的第一级阶段挡水坝持平。当内排土40的高度与心墙挡水坝20的第一级阶段挡水坝持平后，按照上述方法继续在第一级阶段挡水坝上构筑第二阶段挡水坝、堆砌堆石30、以及填充内排土40，直至心墙挡水坝20的总高度达到hn。当然在堆石30堆积前，先在库底铺设防渗层50，并在防渗层上的堆石30下铺设与心墙挡水坝20并列平行的地下输水管61，同时在堆石30中埋设与地下输水管61连通的竖直管道63。当第一个心墙挡水坝20构筑完成，且填充到靠近内排土场那一侧的堆石30上的内排土40与第一个心墙挡水坝20持平后，再按照上述方法进行第二个心墙挡水坝20的构筑、堆砌堆石30、以及填充内排土40，这样依此类推，将心墙挡水坝20的多阶段构筑、堆石20的堆积作业及内排土40的填充先后分别完成，直至整个地下水库建造完成，从而，将露天煤矿内排土作业与地下水库建造有效结合在一起，在保证了不影响内排土作业的前提下，多阶段和多工期的建造心墙堆石挡水坝，实现了露天煤矿地下水库的安全高效建造。最后在此填平的内排土40上铺设通过竖直管道63与地下输水管61连通的地表输水管62。建造完成的包含心墙堆石挡水坝的露天煤矿地下水库的效果图如图1和图3所示。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。