基于截水帷幕的露天矿地下水资源与生态环境保护技术
admin
2022-09-17
基于截水帷幕的露天矿地下水资源与生态环境保护技术
技术编号
NMG-022
提供单位
内蒙古大雁矿业集团有限责任公司
技术大类
生态环境保护技术
联系人
高思华
技术类型
淡水生态环境改善技术
电话
13704703253
邮箱
gaosihua1982@163.com
适用范围
露天煤矿(矿山)保水采煤、水资源保护领域
推荐单位
呼伦贝尔市科技局
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技术简要说明原理:利用液压抓斗或双轮铣等成槽设备,由地表向下挖出窄而深的沟槽,在槽内灌注混凝土或铺设防渗膜等不透水材料,形成连续的地下截水帷幕墙,实现大幅减少矿坑疏排水量,保护地下水资源和生态环境的目的。 工艺流程:基本条件分析→截水帷幕设计→帷幕槽段开挖→防渗材料浇筑→顶部回填→场地恢复。 技术特点:地层适应性强、施工效率高、防渗效果好。 关键设备:液压抓斗/液压双轮铣成槽机、防渗材料浇筑配套机具等。
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Technical Brief Description
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技术提供方中煤科工集团西安研究院有限公司
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技术主要指标信息墙体有效厚度大于0.6m,渗透系数小于0.001m/d,墙体顶面高于地表水历史最高洪水位,底部进入稳定隔水层1m以上。
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商业应用情况该技术仅在我国内蒙古自治区呼伦贝尔市扎尼河露天矿进行了应用,示范工程名称为《扎尼河露天矿帷幕截水综合技术研究与示范工程》。扎尼河露天矿采用了地下混凝土连续墙、防渗膜截水帷幕、超高压角域变速射流注浆、钻孔咬合桩等四种帷幕技术,在矿坑北部煤层露头外围建造一座平面长度5815m、最大深度超过50m、有效厚度大于0.6m的弧线型截水帷幕。截水帷幕建成后,矿坑疏排水量中动态补给量减少了89%,疏排水量大幅减少,有效保护了地下水资源,年度节约疏排水电费约2000万元、少缴水资源税1.5亿元,经济效益显著。目前截水帷幕内外两侧地下水位差已达10m以上,外围地下水位已恢复至原始水位,生态环境得以明显改善。
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希望在技术转移过程中得到的帮助/支持
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商业应用单位联系人/电话/邮箱
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设备投资应用该技术进行新建工程时,必需的设备投入有:液压抓斗/液压双轮铣等成槽设备、吊车、挖掘机等辅助设备、发电机、短驳车等配套设备。 以扎尼河帷幕工程为例,帷幕总长度5815m,深度21~56m不等,厚度0.6~0.8m,总开挖工程量约15万m3,现场施工周期12个月。共投入液压双轮铣3台、液压抓斗5台、履带吊4台、挖掘机4台、发电机5台、短驳车10辆。按照设备租赁价格计算,设备租赁总投入约为12000万元(施工材料未计)。
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年运行维护费用截水帷幕建成后为地下隐蔽墙体,年运行维护费用主要由人工费和监测费构成。监测费主要是施工水文地质观测孔,安装监测仪器,观察帷幕墙内外两侧的水位差,用以判断帷幕墙防渗质量。以扎尼河露天矿帷幕截水工程为例,安装检测仪器41套,一次性投入成本343.6万元,设备折旧费为每年34.36万元,修理费、管理费约为每年10万元,人工费约为12万元(1人*12月*10000万/人*月),共计56.36万元。
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投资回收期以扎尼河露天矿帷幕工程为例,项目总投入为2.6亿元,截水帷幕建成后,年度疏排水电费较以往节约1700万元,节省水资源税1.5亿元,最多两年即可收回投资。
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附加效益以扎尼河露天煤矿截水帷幕的实施为例,使用本技术使矿坑疏排水量大幅下降,解放矿坑北部煤炭资源量约4500万吨,提高了煤矿经济效益。疏排水量减小的同时,缓解了由地下水引起的露天矿边坡不稳问题,提高了边坡稳定性,产生了显著的安全效益。
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综合效益以《扎尼河露天矿帷幕截水综合技术研究与示范工程》项目为例,截水帷幕实施后,矿坑涌水量减少70%以上,疏排水费用中的排水电费、疏干孔施工费、材料费等逐年降低。据统计,2019年截水帷幕工程实施见效后,年度疏排水电费较帷幕工程实施之初减少了662.9万元;2020年度疏排水电费较帷幕工程实施之初减少了1697.83万元。以现有疏排水量估算,自2021年起,未来矿坑可采19年,节约疏排水总费用约为3.23亿元。根据疏排水总量计算应缴水资源费(税),2019年较2018年节省应缴水资源税6610余万元,2020年较2018年节省应缴水资源税14650万元。以现有疏排水量估算,自2021年起至回采结束,少缴纳的水资源税约为30.47亿元。 生态效益方面,帷幕墙自形成后,墙体内外两侧水位差已达到10m以上,墙体外围地下水位已回升至原始生态水位标高,显著改善了矿坑外围生态环境,有效促进了地表植被生长。由于帷幕墙为地下全隐蔽式墙体,顶面标高位于地表以下3m,因此不影响地表和浅层水径流。 截水帷幕实施后,矿坑疏排水量显著减少,有效的保护了地表和地下水资源,同时降低了环保风险。目前施工区已进行了地表植被恢
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障碍对技术转移影响等级工程一次性投入成本高 *成槽深度(大于80m效率低)
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提交日期2020/12/28
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技术成熟度我国截水帷幕技术已发展五十多年,在成槽精度的控制、槽壁稳定性的研究、泥浆配比的研制、单元槽段接头的开发、不同防渗材料的研制等方面不断取得突破,目前已广泛应用于水利水电、地下构筑物、码头等各类工程领域,技术成熟度高,成槽工艺与设备先进,防渗材料多样,整体配套系统完善,在露天矿山领域普及应用的时机已经成熟,条件已具备。 本技术在扎尼河露天矿的成功实践系我国露天煤矿首次采用帷幕截水综合技术解决露天资源开采保水采煤问题,取得了一系列技术及工艺创新,计划于2021在平庄煤业元宝山露天矿和神延西湾露天矿进行推广。
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技术适用性与使用条件该技术主要用于以露天煤矿为主的保水采煤领域,一般来说,截水帷幕适用于截渗目标含水层埋深较浅、富水性强、透水性好、矿坑动态补给量大于静储量的矿区,从矿区工程地质与水文地质条件出发,露天矿构建帷幕墙应具备以下必备条件:(1)地下水补给来源与补给方式明确且有稳定动态补给源;(2)截渗目标层底部发育有稳定隔水层。本技术基本不受上下游技术链条的匹配关系、地域、规模、环境、资源能源等因素影响。
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技术稳定性截水帷幕建造关键工序是成槽和浇筑。成槽过程中在泥浆护壁作用下能够保证槽段不坍塌,泥浆性能是确保槽段开挖稳定的关键;防渗材料浇筑过程中要保证浇筑的连续性,否则会造成墙体断层,并且整个浇筑过程对环境温度有要求,通常不得低于零下5℃,否则会影响防渗材料的性能。截水帷幕建成之后,多数是地下隐蔽式帷幕墙,受地面环境影响不大。在露天矿坑开挖至帷幕墙附近时,需要留设安全距离,否则会因为边坡滑动造成墙体开裂,影响墙体防渗性,造成墙体失效。 截水帷幕建成后,是具有一定承重、抗渗的地下建筑物,经久耐用,一般寿命都在50年以上。
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技术安全性本技术所使用的防渗材料主要以抗渗混凝土、水泥-粉煤灰浆液以及HDPE土工膜为主,在胶结成形和隐蔽铺设结束后,基本不会对地下水造成二次污染,且不存在易燃易爆高毒性物质泄露等环境、安全事故的风险。此外,本技术所涉及的材料、设备及配套设施均具备成熟完整的供应市场,因此也不存在上游资源限制、配套设施不完善、市场接受度不高等系统风险。
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技术转移推广障碍投资成本高或投资回收期长
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知识产权转让本技术具有国内自主知识产权,目前已有2项授权专利,11项授理专利,产权归国家能源集团大雁公司与中煤科工集团西安研究院有限公司共有。