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防渗帷幕技术是矿山处理边坡地下水问题的常用方法。露天矿矿坑边坡的含水层中通常保持着较高的地下水水头,长期威胁露天矿边坡的稳定状态。因此,国内许多大型露天矿采用修建防渗帷幕来拦截地下水进入边坡和矿坑,同时保证防渗帷幕内外的地下水水头差在合理的范围内,以免防渗帷幕遭到破坏。本文根据研究区--姑山铁矿露天矿区北帮水文地质条件,分析已经完成的防渗帷幕的安全性,针对存在的隐患分别采用抽水井疏干形成辅助降深减小帷幕内外水头差的方法和修建副帷幕形成水位阶梯方法来应对北帮边坡防渗帷幕存在的问题,为北帮边坡安全提供长治久安的安全对策。
论文首先借助Groundwater Modeling System(GMS)模拟了存在防渗帷幕现状下的北帮地区地下水运动特征,针对防渗帷幕运行后的水头分布设计了疏干降水补充方案,并引入GWM优化模块进行疏干优化模拟,试图将帷幕内外的水头差控制在30m以内(设计要求),优化结果表明,在采用这个补充方案后,全区防渗帷幕内外水头差在大部分区域降至27m以下,但在帷幕东端的隐患区域内水头差仍在30m以上,说明该地段的防渗帷幕存在极大的安全隐患。
为了克服上述的安全隐患,笔者进而提出利用副帷幕形成水位阶梯的方法来进一步解决帷幕东端存在的过高水头差,该研究利用FEFLOW完成。经过反复的人工试算,得出形成水位阶梯效果最好与成本最低的一种帷幕方案,建议在隐患区距离已建帷幕10m的外侧建立一条长20m的新帷幕墙。结果显示,东端隐患区水头过高问题得到很好的解决。
在以上基础上,笔者对原先提出的疏干方案进行了第二次疏干预测(撤销了副帷幕所在的疏干井),结果显示出在副帷幕的共同作用下,疏干井的数量和疏干水量都得到减少。此举既能起到降低能耗和采矿成本,又能减少地下水环境的破坏的双赢目的。