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大型露天矿边坡的含水层中通常保持着较高的地下水水头。这部分地下水会通过边坡渗出面进入矿坑,影响露天矿的正常生产、矿石品质等。同时,地下水会降低边坡的稳定系数,致使边坡在一定的诱导因素下发生蠕动、滑坡、坍塌等地质灾害,威胁露天矿的生产安全。因此,露天矿企业在生产过程中需要布设疏干系统来尽量排空边坡中的地下水。疏干系统不仅包括抽水、排水的设施,也可以包括拦截地下水的防渗帷幕等。疏干过程中的疏干效益问题,表现为管理期内布设疏干系统并维持一定疏干效果所需付出的成本。如何能够在获得理想疏干效果的前提下减少成本的投入,即提高疏干效益,成为露天矿企业最为希望解决的问题。地下水流模拟技术的日渐成熟和地下水管理模型的飞速发展,使得露天矿边坡地下水疏干问题有了一种较为有效的解决方法。本文针对露天矿边坡地下水的疏干问题展开讨论,对目前应用于露天矿边坡的各类地下水疏干方法进行了总结,讨论各疏千方法的优缺点,并在此基础上提出基于水力截获原理的露天矿边坡地下水疏干技术;进而分析露天矿生产因素对露天矿边坡地下水流场形态的影响;最后较为系统的对建立露天矿边坡地下水疏干优化管理模型进行研究,并应用于胜利能源一号露天煤矿东帮边坡南段疏干问题的求解。赋存于胜利能源一号露天矿东帮边坡南段第四系孔隙潜水是诱导边坡发生滑坡的首要因素,经过反复讨论获得了“治坡之前需先治水”的统一意见。由于边坡的不断蠕滑使得均匀布置在边坡上的疏干井群本身的安全性都很难得到保证;在东帮开展的一系列水文地质试验也证明,该地区地层的低渗透性导致疏干井所形成的降落漏斗难以有效展开。因此,需要寻求一种新的疏干技术对其进行治理。
本文将基于水力截获原理的露天矿边坡地下水疏干优化技术应用到胜利能源一号露天煤矿东帮边坡南段第四系孔隙潜水的疏干工作研究。通过将其与防渗帷幕方案的疏干效果进行对比可以发现,应用该技术不仅可以保证能够在较短的时间内对东帮边坡南段第四系潜水进行疏干,而且可以最大程度上保证疏干系统在疏干过程中自身的安全性。对这两种方案的投入成本进行对比发现,使用这一新理念建立的疏干排水技术可以获得最佳的疏干效益,这也是露天矿企业最为希望的。大型地下水管理模型的求解过程往往需要耗费大量的计算机时,而现有的遗传算法有收敛速度慢、易早熟等缺点。因此,在处理实际问题时不仅需要采用新型计算技术来减少求解时间,而且也应对方法本身进行一定的改进。本文将基于多核计算机的并行求解技术、单纯形方法、遗传算法进行融合互补,提出使用混合随机单纯形技术的并行遗传算法来进行地下水优化管理模型的求解。通过对理想算例的研究表明:与遗传算法相比,这种新型的并行遗传算法具有更高的求解精度、计算效率和可靠性。当补给露天矿边坡体的地下水能够得以有效截获时,流入露天矿坑的地下水量将大幅度减少,矿坑边坡中地下水位也会随着疏干工作的进行不断降低。届时露天矿企业不仅能较大程度上避免在生产过程中面临与地下水渗透破坏有关的一系列难题,而且可以提高矿石的品质1,获得更高利润。同时,矿坑边坡的稳定性将会得到提高,滑坡等事故的发生概率将减少。以上改观将对露天矿企业的生存与发展产生十分深远的影响。