1930煤礦河流改道方案研究①

摘 要：艾維爾溝河流經(jīng)1930煤礦，影響井下采礦安全生產(chǎn)。通過對1930煤礦研究區(qū)河床流域的地形地貌、地質(zhì)采礦、地表水流量、導(dǎo)水裂隙帶及其他保護(hù)建筑設(shè)施的分析研究，提出可行的河床改道的三個方案，依據(jù)各比較方案的技術(shù)可行性、施工長度、利用已建排洪渠長度、投資額度等指標(biāo)進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析，最終確定艾維爾溝河床改道優(yōu)化方案，解放老河床下壓煤約1400萬t。

關(guān)鍵詞：河流改道 地表水 導(dǎo)水裂隙帶 方案優(yōu)化

中圖分類號：：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0022-02

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對水體下采煤進(jìn)行了深入的研究。徐良驥等對地表水的治理作出了深入的研究[1-2]；高文華等用不同的方法對工程方案進(jìn)行優(yōu)化[5-6]；楊鵬年等在河流改道工程設(shè)計實(shí)施上總結(jié)了方法和經(jīng)驗[7]，取得了大量突破進(jìn)展[8-10]。但是類似1930礦區(qū)煤層群開采、埋藏深度不足50 m、煤層厚、覆巖中硬、河水流量大等復(fù)雜地質(zhì)條件下幵采所面臨的技術(shù)難題并沒有得以解決，且少有工程實(shí)踐借鑒。在前人研究的基礎(chǔ)上本文利用數(shù)值模擬的方法預(yù)測裂隙帶高度，從而確定保護(hù)層厚度和最大裂隙帶到設(shè)計河道距離，運(yùn)用技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的比較選出最終可行性方案，提高了礦井煤炭資源的利用率，延長了礦井服務(wù)年限。

1 礦井地表水文地質(zhì)概況

1930煤礦位于艾維爾溝礦區(qū)中東部，北距烏魯木齊市130 km。地處天山山區(qū)見圖1所示。礦區(qū)地層露頭良好，出露的地層中和地表水有互補(bǔ)關(guān)系的第四系沉積層最厚可達(dá)40 m以上，其位于地下水混合水位以上，區(qū)域地理特征及水文地質(zhì)條件決定其不具軟化及泥化作用，工程地質(zhì)性能較為穩(wěn)定。研究區(qū)范圍內(nèi)河谷基巖裸露且谷坡高陡，沖刷作用和物理風(fēng)化作用強(qiáng)烈，土層以砂礫為主，植被極其稀少，透水性極強(qiáng)。

2 改道方案選擇

2.1 改道原則

垂直方向上和水平方向上遠(yuǎn)離開采煤層的原則，少壓煤或不壓煤。沿著煤層走向方向的河段占整個河段的絕大部分，不壓煤，可以安全進(jìn)行河下采煤；充分利用巖體隔水層；充分考慮艾維爾溝河道排洪、防洪能力，防止地表洪水涌入采空區(qū)，導(dǎo)致井下水災(zāi)災(zāi)害發(fā)生；利用部分現(xiàn)有工程，以便節(jié)省投資；考慮河道改道工程初期投入，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.2 建立河床改道方案及優(yōu)化

（1）建立河床改道方案

根據(jù)艾維爾溝1930改擴(kuò)建后的井田范圍、地質(zhì)地形、煤層賦存條件、河流分布及河水的流量和在垂直方向上盡量遠(yuǎn)離開采煤層的原則等綜合考慮，在現(xiàn)場踏勘的基礎(chǔ)上，經(jīng)過實(shí)地測量和論證，最終確定三個備選方案見圖2所示。

方案一：在光明溝以東開口，即從已建防洪渠1+350光明溝納洪口下游開口，然后橫穿老河床至南側(cè)山腳，沿山腳向東1150 m處導(dǎo)入南側(cè)沖溝內(nèi)，沿采區(qū)南側(cè)山間自然沖溝向東，在1930材料庫房處折向原河床，接入1930大橋。

方案二：在2130煤礦以東開口，即從已建排洪渠樁號0+600處開口，然后橫穿老河床，與方案一在南側(cè)山根起點(diǎn)處匯合。

方案三：從已建排洪渠樁號0+000處開口，工程將原河床改到公路北側(cè)，防洪渠全長3.155 km，現(xiàn)狀已施工完成2.0 km，其余1.155 km土方開挖已完成，未進(jìn)行襯砌。

（2）河床改道方案比較

根據(jù)1930煤礦煤層的賦存條件和三個方案的位置，選擇9號勘探線進(jìn)行數(shù)值模擬，開采5號煤層后，隙帶發(fā)育的最大高度見圖3。從圖中可以看出裂隙帶發(fā)育的最大高度為79 m，其上部的裂隙帶高度為60 m，平均69.5 m，計算裂隙帶距離地表最近距離為70 m。三個方案比較，方案一和二符合安全開采要求，方案三具有安全隱患，技術(shù)上不可行。

通過施工長度、利用已建排洪渠長度、投資額度等項目對方案一和方案二進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，如表1所示。

方案一除了東邊界改造后的河道的一部分要留設(shè)保護(hù)煤柱外，其余部分均不用考慮保護(hù)煤柱的留設(shè)問題，為推薦方案。

2.3 河流改道經(jīng)濟(jì)效益分析

依據(jù)方案一，河流改道后解放老河床下壓煤約1400萬t，回收率取70%，可以多采出煤炭約980萬t，延長礦井服務(wù)年限6.5 a，按目前市場噸煤利潤100元計算，預(yù)期總利潤約98000萬元。新河道建設(shè)工程總費(fèi)用（設(shè)計、監(jiān)理、勘察、施工、草原補(bǔ)償、其他費(fèi)用）約5204.39萬元，噸煤投資57.83元，投資回收期6個月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語

（1）根據(jù)1930煤礦實(shí)際地質(zhì)條件，提出了艾維爾溝河流改道三個備選方案。

（2）對河流改道方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定了最優(yōu)方案，為1930煤礦河床下開采提供了支撐和保證。

（3）推薦方案在現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了安全高效開采，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益，研究成果對同類礦井也具有借鑒意義。

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