7.2 地下水控制方法
7.2.1 地下水的控制方法应符合下列规定:
1 对渗透系数大于2m/d的含水层,可采用垂直降水孔法;
2 对边坡的地下水降压,宜采用水平放水孔法;
3 水文地质条件简单,含水层产状较稳定,埋深较浅的松散含水层,应采用明渠和暗沟法;
4 对以补给量为主,且补给来源丰富,底部有稳定的隔水层,深度为20m~50m的松散含水层,可采用地下隔水墙法;
5 水文地质条件复杂、水力联系不大的多含水层,或含水层厚度、水压及透水性变化较大,埋藏较深且不适用降水孔法的含水层,应采用巷道法。
降水孔方法要求渗透系数大于2m/d是针对采掘场疏干而言,当为采掘场边坡稳定对地下水采取降压措施时,渗透系数不受此限制。
关于渗透系数的适用规定,是参照国内外地下水控制经验确定的。例如,茂名露天矿第Ⅱ含水层渗透系数K为0.55m/d~2.5m/d,该值已接近降水孔疏干的下限值。实践证明,其降压漏斗影响范围不大,一般距孔排30m以外其水位下降值很小。
疏水明渠及暗沟要求含水层透水性良好是和岩土状态相联系的。对于细小颗粒组成的边坡,用明渠疏水时,由于颗粒细,透水性不好,其水力坡度大,容易产生机械潜蚀,因此对边坡不容易维护。
由于明渠一般都位于开采境界以内,并在隔水层上,如果含水层底板不稳定,则不能保证滑坡地段内的岩土疏干,因而也不能保证边坡稳定。
巷道方法:可配合多种手段进行疏水,例如设在含水层底板上的巷道,配合滤水孔和滤水缝,可基本截流地下水(如海州露天煤矿、平庄西露天煤矿的巷道)。还可配合穿透式过滤器(如抚顺西露天煤矿A煤层疏干巷道)、打入式过滤器及放水孔等,对巷道上部、下部含水层进行疏水、降压。与降水孔相比,由于采用疏水手段多,疏水效果好,因此适应性较强,但是由于工程量大,施工困难,工期长,只宜在某些特殊条件下采用。本条中提出的几种疏排方法仅适用于重力水易于排出的含水层,而对于重力水不易疏出的、渗透系数较小的含水层,需要用特殊的疏排方法才能完成,如针状过滤器、喷射井点等。
7.2.2 永久性降水孔排应靠近被保护区,位于开采境界外的降水孔至采掘场地表境界线的距离不宜小于20m。
降水孔随采掘工程移设时,其使用年限根据年推进强度和过滤器的寿命确定。过滤器的缠丝通常采用镀锌铁丝,其使用寿命一般多在10年左右。另一方面,打井的成本很高,所以应尽可能延长其使用年限。
降水孔距开采边界的最小距离根据下述情况确定:根据阜新海州露天煤矿建矿以来30余次台阶滑坡调查,其滑坡体切入地表境界外的水平距离一般都在20m左右。另外,考虑降水孔附近可能出现塌陷问题,如果距离太近可能破坏边界轮廊。同时,考虑到降水孔应尽量靠近被保护区,以便充分发挥降水孔的作用。因此,距露天边界距离又不宜太远。例如,广东某铜矿降水孔距露天边界距离仅为15m~20m。
7.2.3 当采用明渠或暗沟法时,应验算水对边坡机械潜蚀。必要时应采取预防措施。土渠的纵坡宜为2‰~3‰。
地下水由边坡渗出时的流速,是受地下水的水力坡度控制的,而松散岩土视其颗粒组成特征,本身具有一个极限水力坡度值(允许水力坡度),当地下水流的水力坡度大于该值时,即产生颗粒流失现象(机械潜蚀)。为此应采取预防措施,通常采用反滤结构加以处理。抚顺西露天煤矿西帮疏水明沟是用木桩,其后部背以板条进行防护。有关疏水明沟最小纵坡的限制是按一般排水沟不淤积控制的。根据现有露天矿排水沟的调查,纵坡如小于2‰容易淤积。但考虑到当明渠较长时,其下游挖方深度较大,或含砂量较少时,其最小纵坡可以放宽控制,所以定为最小纵坡不小于2‰。当水流速度大,土岩性质差或纵坡大时,应通过水力计算确定护砌类型。
7.2.4 采用隔水墙截水应准确确定隔水墙位置。
由于在采掘场边坡外侧设置隔水墙,改变了地层土岩的平衡状态,降低了边坡的稳定性,因此,在采用隔水墙截水时,一定要准确确定隔水墙的位置,保证边坡稳定性。
7.2.5 地下水隔水墙的基础应布置在渗透系数小于5×10-8m/s的稳定隔水岩层上,其底部嵌入隔水岩层的深度不应小于1m。隔水墙应进行稳定性和渗漏计算。当采用混凝土隔水墙时,还应以墙两侧最大水位差进行隔水墙的强度计算。
目前,我国露天煤矿尚无实施隔水墙截水工程,隔水岩层渗透系数系根据德国隔水墙截水的成功经验确定的。隔水墙嵌入隔水岩层以利隔水墙稳定及起到防渗漏作用。隔水墙两侧的水头差最大时,隔水墙处于受力最不利状态,所以对混凝土隔水墙应做强度和稳定性计算,对黏土隔水墙和混凝土隔水墙均应做渗透性计算。
7.2.6 当采用巷道法时,巷道应设置在稳定的岩层或煤层内。当在松散含水层底板设置巷道时,巷道底部嵌入隔水岩层深度宜为0.5m~1.0m。巷道的纵坡不宜小于2‰。
当岩层较破碎时,巷道嵌入隔水层的深度取大值。巷道排水时,因水中携砂最少,其最小纵向坡度不小于2‰是适宜的。