基于泥岩-地聚合物的露天矿隔水层重构机理及应用研究

发布时间：2020-07-04 02:47

【摘要】：露天矿水资源保护与恢复是煤炭露天开采面临的重大环境问题,是制约露天煤矿大规模发展的重要因素。露天矿水资源难以恢复的根本原因在于,第一,煤层以上隔水层被爆破剥离,隔水层缺失;第二,内排土场物料松散,渗透系数大,达不到隔水、阻水的效果。为从根本上解决露天矿区浅表层地下水恢复问题,作者及研究团队提出以泥岩-地聚合物材料,构建露天矿内排土场重构隔水层。本文研究内容包含以下五个方面:(1)分析确定重构隔水层应具备的空间位置与结构特征,对应本文第二章;(2)构建过程中重构隔水层所载荷以及简化计算力学模型,对应本文第二章;(3)泥岩地聚合物的构建方法与构建原理,对应本文第三章;(4)改变材料配比条件下,泥岩-地聚合物材料的基本力学参数变化规律,以及材料微观破坏特征,对应本文第四、五章;(5)不同损伤条件下泥岩-地聚合物材料的渗透特性参数变化规律,对应本文第六章。通过研究,取得了如下创新性研究成果:(1)分析了露天矿内排土场重构隔水层空间位置特征、材料特征以及受力特征,在此基础上对构建过程中的重构隔水层进行受力简化,建立均匀沉降与非均匀沉降条件下的力学计算模型。(2)根据重构隔水层材料特征,引入了地聚合物缩聚反应原理,构建了泥岩-地聚合物材料,以此作为重构隔水层材料。对25种不同配比泥岩-地聚合物材料开展了力学实验,分析了材料配比对关键力学参数(峰值强度、峰值应变、应变能、抗拉强度等)的影响规律。(3)对泥岩-地聚合物材料,开展了单轴加载固定损伤条件下的渗透特性实验,得到了不同单轴加载损伤程度情况下材料渗透率参数。对损伤变量与渗透率进行拟合,确定了指数参数n=6时的损伤-渗透方程为最佳拟合结果。(4)以现场工程案例为实例,分析了防渗墙在工程应用的作用与效果,阐述了构建水平重构隔水层的必要性,确定了以构建水平重构隔水层为主、防渗墙为辅的露天矿保水原则。该论文有图78幅,表24个,参考文献137篇。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD745
【图文】：

分布图,露天开采,降量,分布图

1 绪论层以上的隔水层被爆破、剥离，浅层地下水无法恢复；第二，内排土场松散土石混合材料渗透系数较大，无法保持足够水分。露天开采对隔水层的破坏是永久性的，虽然大部分露天矿实现了剥离物内排，但松散土石混合材料渗透系数较大，无法满足隔水甚至阻水的要求，这好比给“漏斗”填上沙子、石子，无济于事。要解决露天煤矿水资源保护与恢复问题，需要结合露天矿自身工程特点进行彻底治理。

地层分布,地层分布,隔水层

为保证短时间内重构隔水层能发挥保水功能，需要构“防渗墙”，以防止浅层地下水的横向流失。所以露天矿内排土原则为：构建水平隔水层为主、防渗墙为辅。墙的构建方法、原理以及施工工艺等较为成熟，可通过简单调土场防渗墙的构建，本章仅做简单介绍，以水平重构隔水层（）为主要研究对象。构隔水层空间位置与结构特征（ Spatial Posral Characteristics of Reconstructed Water-blocking 构隔水层构建过程水平隔水构建煤矿开采空间区域原始地层可大致划分为 5 个地质构造层，水层、隔水层、基岩、煤层，如图 2-1 所示。其中隔水层一般透率极小，可以隔断含水层中的重力水向下流失，保持地下水常，煤层以上部分包含多个隔水层，隔水层之间为含水层或者

【参考文献】