一种高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料

摘要

本发明涉及一种高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料，由以下原料组成：P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥100重量份，煤矸石85～110重量份，粉煤灰10～20重量份，水30～40重量份，砂子280～300重量份，碎石260～280重量份，外加剂0.8～1重量份，本发明混凝土材料以粉煤灰替代部分水泥、煤矸石替代部分碎石，提高了粉煤灰、煤矸石的资源化利用率，以本发明混凝土材料设计的农田排水沟能够有效控制高潜水位采煤塌陷区复垦农田的地下水位，减少土壤盐渍化影响，改善当地生态环境，降低复垦和生产成本，取得了更好的经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料。

背景技术

我国是世界上产煤最多的国家，煤炭资源为我国经济社会的发展做出了 重大贡献。同时，我国也是世界上采煤塌陷地面积最大的国家，因煤炭开采 引起的塌陷地面积高达233万hm²，并且以2．0万～2．67万hm²/年的速度 继续增长。随着经济的发展和城市建设步伐的加快，我国煤炭资源开采中心 逐步西迁，东部矿区的重点也由开采转变为对采煤塌陷地的治理。采煤塌陷 地绝大部分是优良的耕地，采煤塌陷容易使地表产生坡地、积水、凹凸不平、 裂缝等现象，在雨水、风力等因素的综合作用下，使得地表产生破坏、推移、 变形、沉积等情况，形成深浅不等、大小不一的封闭式塌陷水面，塌陷还易 造成地下水位的抬升。据估计，到2020年，每年受采煤塌陷影响的土地面 积将达到4万hm²。

粉煤灰和煤矸石是煤炭资源开发利用产生的主要固体废物，2010年我国 粉煤灰和煤矸石产生量约10.7亿吨。随着电力工业的发展，电厂的粉煤灰、 煤矸石排放量将逐年增加，预计到2015年粉煤灰、煤矸石产生量有望达到 13亿吨。大量的粉煤灰、煤矸石若不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若 排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危 害。

2008年徐州市贾汪区煤矸石产生量为591678t，潘安村采煤塌陷区位于 贾汪城区南部，属于华东高潜水位矿区，地下水主要有松散岩类孔隙水、岩 溶水、裂隙水，地下水位约1.5m。采煤塌陷区内水资源丰富，但因地面沉陷， 总体地势低洼，区内涝灾严重，地下水位接近田面，农田塌陷现象明显，形 成了季节性或者长期的积水区。区内灌排体系不完善，灌水方式粗放、田面 下沉等致使地下水水位较高，造成土壤盐渍化问题。在复垦区高潜水位的现 状下，农田排水除了要解决项目区明水排出外，还要结合地下潜水位控制以 及满足生态要求的目标，在达到降低地下水位的同时，兼顾生态环境，做到 排水通畅，固体废弃的资源化利用以及生态健康。因此，研究新型的高潜水 位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料，来解决本区域的排涝、排渍问题，成 了摆在我们面前急需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高潜水位采煤塌陷区农田排水 沟混凝土材料，本发明混凝土材料以粉煤灰替代部分水泥、煤矸石替代部分 碎石，提高了粉煤灰、煤矸石的资源化利用率，以本发明混凝土材料设计的 农田排水沟在降雨过程中，可以控制地下水位的上升，改善了生态环境，降 低了成本，取得了较好的经济效益。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高潜水位采煤塌陷区农 田排水沟混凝土材料，由以下原料组成：P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥100 重量份，煤矸石85～110重量份，粉煤灰10～20重量份，水30～40重量份， 砂子280～300重量份，碎石260～280重量份，外加剂0.8～1重量份。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述煤矸石需要进行粉碎处理，其粒径≤30mm。

进一步，所述的粉煤灰是来自电厂产生的普通粉煤灰。

进一步，所述砂子为粗砂。

进一步，所述碎石的级配范围为5～15mm。

进一步，所述外加剂为市售AE-d萘系高效减水剂普通型（化学名称为 β-萘磺酸钠甲醛缩合物）。

进一步，优选为，P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥100重量份，煤矸石 110重量份，粉煤灰18重量份，水36重量份，砂子300重量份，碎石260 重量份，外加剂0.8重量份。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料，具有透 水性较好、抗压强度高等优点，实现了煤矸石、粉煤灰固体废弃物的再利用， 节约了资源，降低了成本，保护了环境，且工艺简单，有利于大规模的推广 应用。

针对高潜水位采煤塌陷区内潜水位上升、固体废弃物处置利用难、生态 环境差等问题，不仅有效地解决了高潜水位采煤塌陷区复垦中的排水问题， 还提高了高潜水位采煤塌陷区固体废弃物利用水平。在利废和环境保护等方 面具有显著的经济和社会效益，符合国家产业政策，易于推广和实施。

具体实施方式

下面结合具体的实施案例来描述高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝 土材料的优势，本领域的技术人员可以根据本发明的宗旨对本发明的农田排 水沟混凝土材料组配作适当的改进或变化，但都应该属于本发明的保护范 围。

实施例1

一种高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料，由以下原料组成： P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥100重量份，粒径≤30mm的煤矸石110重量 份，取自电厂的普通粉煤灰18重量份，粗砂300重量份，级配范围5～15mm 的碎石260重量份，AE-d萘系高效减水剂0.8重量份，水36重量份。

将P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥100重量份，粒径≤30mm的煤矸石 110重量份，取自电厂的普通粉煤灰18重量份，粗砂300重量份，级配范围 5～15mm的碎石260重量份，AE-d萘系高效减水剂0.8重量份上述各成分和 占水总重量40%～60%的水搅拌30～40s，再缓慢加入剩余的水搅拌均匀，即 可获得高潜水位采煤塌陷区农田排水沟混凝土材料。

将搅拌好的混凝土掺合料现浇到排水沟模具，对混凝土面层进行抹光收 面，同时及时对排水沟模具混凝土边沿进行收边。排水沟模具的底宽14cm， 顶宽52cm,沟深26cm,边坡比为1:1，浇筑的混凝土板厚度为8cm。初凝后应 立即覆盖塑料薄膜进行养护，环境平均温度为10度以上时，每天浇水两次， 自然养护28天，带模养护到混凝土硬固后拆模。

混凝土的抗压强度采用边长为150mm的立方体作为混凝土抗压强度的标 准尺寸试件，按《普通混凝土力学性能测试方法》（GB/T50081-2002）在微 机控制全自动压力试验机上进行测定。

透水率的测量用定水头法，两侧用马氏瓶向排水沟注水，并使排水沟内 外的水位差维持在14cm，水通过煤矸石粉煤灰等掺合料配置的混凝土后进入 排水沟内，当排水沟内水位达到设计水位10cm时，水从出水管排出。计量 不同时间段从出水管排出的水量,通过以下公式可算得透水性混凝土的透水 系数。

Ts=V/S*T

式中：

Ts:透水率，cm/h；

V:透水量，ml；

S:透水性混凝土横截面积，cm²；

T:透水时间，h；

经测试其透水系数为0.072cm/h，抗压强度为2.41MPA。

实施例2

本发明以江苏省徐州市贾汪区大吴镇潘安村采煤塌陷区作为研究对象， 在掌握当地煤矸石和粉煤灰基本性质的基础上，综合利用了贾汪区的粉煤 灰、煤矸石固体废物作为采煤塌陷区农田排水沟混凝土的掺合料，以下对本 发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本 发明的范围。

选择江苏省徐州市贾汪区大吴镇潘安村采煤塌陷区的一个田块，田块长 800m，宽300m。根据《农田排水试验规程》（SL-109-95）的要求进行试验。 贾汪区地下水临界深度为1.2m，根据作物要求的地下水埋藏深度和施工条 件，排水沟沟深选择1.5m，并拟定排水沟的间距为100m，边坡0.5m，底宽 0.5m。按田块的规格，用排水沟道将整个地块分割成若干个田块。

预制农田排水沟混凝土块，其掺合料各组分具有如下重量百分比： P.O42.5等级的普通硅酸盐水泥12%，粒径≤30mm的煤矸石13%，取自电厂 的普通粉煤灰2%，粗砂36%，级配范围5～15mm的碎石32%，AE-d萘系高效 减水剂1%，水4%。

按照实施例1中的步骤，将按上述配比称取好的P.O42.5等级的普通硅 酸盐水泥，粒径≤30mm的煤矸石，取自电厂的普通粉煤灰，粗砂，级配范围 5～15mm的碎石，AE-d萘系高效减水剂和占水总重量40%～60%的水搅拌30～ 40s，再缓慢加入剩余的水搅拌、摊铺、压实、抹平。等待排水沟混凝土初 凝后应立即覆盖塑料薄膜进行养护，环境平均温度为10度以上时，每天浇 水两次，自然养护28天后进行安装。

依据实例1的透水系数，推算田间条件下的排渍模数为0.01m³/(s·km²)。 2012年对排水沟的排水效果进行了观测，发现并没有因为布设此类排水而引 起地下水位的和抬升和作物的减产，该高潜水位采煤塌陷区农田排水沟达到 了有效降低地下水位的设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。