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中煤科工集團西安研究院有限公司創(chuàng)新技術(shù)工藝，使扎尼河露天礦從開挖疏干井變地下水綜合疏降與控制——

在地下建起一道截水帷幕墻

王世雅

 近日，國家能源集團組織召開了由中煤科工集團西安研究院有限公司承擔的“扎尼河露天礦帷幕截水綜合技術(shù)研究與示范工程”科技創(chuàng)新項目驗收會。

會上，專家指出，扎尼河露天礦帷幕截水工程項目的成功實施，開創(chuàng)了我國露天煤礦通過截水帷幕綜合技術(shù)實現(xiàn)截水減排的先例，為我國露天煤礦地下水疏降與控制及安全綠色開采提供了新思路。

建造帷幕，截斷海拉爾河側(cè)向補給

扎尼河露天礦位于內(nèi)蒙古呼倫貝爾東部，礦坑涌水主要由北側(cè)的海拉爾河側(cè)向補給。在應(yīng)用帷幕截水綜合技術(shù)以前，扎尼河露天礦主要通過施工疏干井來排水，既對水資源和生態(tài)環(huán)境造成擾動，又耗費了大量的財力和人力。

“最重要的是會影響邊坡的穩(wěn)定性，影響煤礦安全?！痹岷勇短斓V帷幕截水綜合技術(shù)研究帶頭人曹海東向記者介紹，隨著礦坑不斷往北部轉(zhuǎn)移，疏排水更加困難，不但會浪費大量的煤炭資源，而且經(jīng)濟和環(huán)境成本也會增加。

2015年，項目部在扎尼河露天礦北部邊界實施了長度400米的試驗工程，對帷幕的技術(shù)、施工工藝、效果等進行了試驗。結(jié)果表明，技術(shù)可行、工藝可靠、收到預(yù)期效果。

2018年，“扎尼河露天礦帷幕截水綜合技術(shù)研究與示范工程”科技創(chuàng)新項目正式啟動。該項目首次采用帷幕截水綜合技術(shù)解決我國露天煤礦礦坑疏排水問題，由國家能源集團批復(fù)、中煤科工集團西安研究院有限公司負責實施，具有多項重要的技術(shù)與工藝創(chuàng)新。

“通過前期對扎尼河露天礦水文地質(zhì)條件分析，我們認為應(yīng)該在充分考慮經(jīng)濟條件的前提下，建造一條‘半圓’型的帷幕墻，有效攔截海拉爾河的側(cè)向補給，減少礦坑疏排水量、保護礦坑外圍生態(tài)環(huán)境和地下水資源。我們當時的預(yù)期目標是帷幕建成后，礦坑排水量減少70%左右。”談到技術(shù)思路時，曹海東表示。

通過深入研究扎尼河露天礦水文地質(zhì)與工程地質(zhì)特征，項目部最終確定扎尼河露天礦截水帷幕的形式為溝槽灌入式+樁孔壓入式弧線型落底式截水帷幕墻。

結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征和現(xiàn)場施工條件，項目部確定扎尼河截水帷幕采用地下混凝土連續(xù)墻工藝等4種工藝。

項目部提出截水帷幕設(shè)計的3個原則，即安全有效、經(jīng)濟合理和環(huán)境友好。依據(jù)“頂不越、底不漏、兩端不繞、接頭不滲”準則，他們最終設(shè)計出總長度約6千米的截水帷幕墻。

帷幕截水，礦坑排水量減少75%

施工現(xiàn)場地下有4條通信光纜、地上有3趟高壓線，且301國道穿礦區(qū)而過，沒有可借鑒的煤礦帷幕建造經(jīng)驗，高寒地區(qū)施工周期短，施工過程中需不斷調(diào)整注漿比例，防滲膜隱蔽鋪設(shè)難，接頭處理難等，項目部面臨著許多挑戰(zhàn)。

“比如在鋪設(shè)防滲膜上，我們來來回回進行了很多次試驗。下膜后，用什么材料回填？我們前期設(shè)計的是原土回填，但實踐證明這個方法是行不通的。最后，我們創(chuàng)新性地提出用高摻量粉煤灰加水泥漿液材料來填充，保證了帷幕墻質(zhì)量?！辈芎|說。

通過研究4種帷幕的施工工藝與參數(shù)，項目部從泥漿質(zhì)量、成槽質(zhì)量、混凝+澆筑質(zhì)量、防滲透鋪設(shè)質(zhì)量、注漿回填質(zhì)量等方面，明確了質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并在施工過程中突破了低強度抗?jié)B混凝土配合比技術(shù)、防滲膜大深度垂向隱蔽鋪設(shè)與連接技術(shù)、超長槽段開挖與泥漿護壁技術(shù)、水泥混合漿液注漿回填技術(shù)、強滲透厚礫石層中高壓旋噴注漿成樁技術(shù)等難關(guān)。

“實踐過程中，很多技術(shù)是首創(chuàng)，創(chuàng)新性強，并申請了專利。此外，新工藝的實施還能將周邊電廠的粉煤灰變廢為寶，節(jié)約了成本、保護了環(huán)境?！表椖拷M人員表示。

通過建立以聲波投射法、取芯驗證法、抽水試驗法、流場觀測法、水量分析法為主的效果檢驗體系，項目部在截水帷幕建造過程中和結(jié)束后，檢驗了帷幕截水的效果。結(jié)果表明，墻體質(zhì)量符合設(shè)計和規(guī)范要求、收到預(yù)期截水效果。

“與項目目標相比，礦坑排水量減少75%。”曹海東表示。截水帷幕形成后，礦坑疏排水量顯著減少，可有效保護地表和地下水資源；帷幕外圍地下水位抬升到了原始水位標高；帷幕范圍內(nèi)的地下水位下降可能會對生長的植物種類產(chǎn)生一定影響，不過，項目部在植被恢復(fù)的草種選擇上充分考慮了這一點。

項目部表示，不管是研究思路，還是工藝和技術(shù)，都有很多創(chuàng)新之處。該項目具有示范性，為露天煤礦地下水疏降和綠色環(huán)保開采提供了技術(shù)思路，具有重要示范意義。

“從源頭上建造帷幕，可以減小露天礦開采對地下水和環(huán)境造成的損傷，實現(xiàn)真正意義上的綠色開采。通過這個項目，我們驗證了截水帷幕在露天礦的可行性?！辈芎|表示。

此外，針對項目實施過程中的一些不足，如防水膜接口處如何更好地處理、如何選擇更環(huán)保和經(jīng)濟的材料等，項目部將會繼續(xù)跟進和完善。