伯方煤礦礦井水綜合利用方案的探討

趙其林

(山西蘭花沁陽煤礦有限公司，山西 晉城 048000)

1 概況

1.1 礦井地質(zhì)概況

山西蘭花伯方煤礦井田位于太行山中南段西側(cè)，西側(cè)的王龍山為沁水與丹溝的分水嶺，北部的丹珠嶺大保頭山為濁漳河南源與丹河的分水線，井田內(nèi)地形為西北高、東南低的低山丘陵，最高在井田中部，標(biāo)高為+1 130 m，最低在柏枝莊村東南的635號鉆孔處，標(biāo)高為+881.35 m，最大相對高差為248.65 m。在標(biāo)高+950 m以上多為基巖出露，溝谷發(fā)育，溝谷呈樹枝狀展布；在標(biāo)高+950m以下，則為黃土丘陵區(qū)，黃土覆蓋較厚，懸崖陡壁發(fā)育，大部分開墾為梯田，河床兩岸為黃土和近代沖積層。

批采煤層為3號-15號煤層，面積27.502 km2，開采深度+900 m至+370 m標(biāo)高。井田煤層體呈單斜狀，走向 N45°E，傾向 N45°W，傾角 3°～6°，水文地質(zhì)類型為中等，礦井現(xiàn)開采3號煤層，核定生產(chǎn)能力為2.10 Mt/a。采用斜—立井混合開拓，設(shè)計(jì)分為三個(gè)水平開采，一水平標(biāo)高+870 m，一水平已采完；二水平標(biāo)高+810 m，開采3號煤層一盤區(qū)、二盤區(qū)、三盤區(qū)。三水平標(biāo)高+650 m，開采9號、15號煤層。目前，井下3號煤層南翼盤區(qū)已采完，現(xiàn)布置一盤區(qū)、二盤區(qū)和三盤區(qū)。正在開采一盤區(qū)和二盤區(qū)，三盤區(qū)作為一盤區(qū)的接替盤區(qū)正在準(zhǔn)備中。多水平開拓示意圖，見圖1。

圖1 伯方煤礦多水平開拓示意圖

1.2 礦井水文概況

本區(qū)主要河流為丹河，縱貫井田東部邊側(cè)。較大的支流有高良河及杜寨河，高良河延入井田北部，杜寨河延入井田西南部，總的流向自西北流向東南與地形坡度基本一致。丹河常年有水，最高洪水位高出河床約3～3.5 m，至南部高平高廟山斷層帶，全部漏失于奧陶系石灰?guī)r中。井田北部斷層較多，但斷層落差均小于20 m，破碎帶寬度不大，斷層兩側(cè)派生裂隙雖然發(fā)育，但斷層裂隙被泥質(zhì)充填，導(dǎo)水性一般，含水量不大，伯方煤礦開采3號煤層多處遇斷層，過斷層，只是涌水量略有增大。井下遇到的陷落柱水量明顯增大，井田內(nèi)的老空分布在東部較淺的地段，由于3號煤埋深均在河床侵蝕基準(zhǔn)面以下，老空有積水。

該礦批準(zhǔn)開采3號、9號、15號煤層，直接充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層和太原組灰?guī)r、砂巖巖溶裂隙含水層，均屬弱含水層。間接充水含水層主要為奧灰?guī)r溶裂隙含水層，富水性較強(qiáng)。井田西部部分地段煤層底板低于奧灰水位標(biāo)高，存在帶壓開采問題，經(jīng)對西界處底板標(biāo)高最低（460 m）的15號煤層進(jìn)行突水系數(shù)計(jì)算，該處奧灰突水系數(shù)為0.27 MPa/m，大于正常地段突水系數(shù)臨界值0.15 MPa/m，存在突水危險(xiǎn)性。另經(jīng)計(jì)算，正常地段安全開采區(qū)為煤層底板標(biāo)高555.00 m以上地段，受構(gòu)造破壞地段安全開采區(qū)煤層底板600.00 m以上地段。經(jīng)對井田西界處3號、9號煤層奧灰突水系數(shù)計(jì)算，邊界處二煤層突水系數(shù)分別為0.013 MPa/m和0.039 MPa/m，無奧灰突水危險(xiǎn)性。結(jié)合該礦目前開采3號煤層井下涌水量45～65 m3/h。

1.3 礦井水綜合利用概況

井田內(nèi)煤層為東南高、西北低，3號煤層南翼盤區(qū)約7 km2，通過近三年對采空區(qū)水源的觀察，水源水質(zhì)通過水文觀察，南翼采空區(qū)水源流量春、冬兩季平均流量在120 m3/d,夏、秋兩季流量平均流量在200 m3/d，井下每天總排水量500 m3，在+870 m水平做個(gè)井下水池，通過防塵管路鋪設(shè)，能夠滿足井下防塵用水，井下水排到地面一級水池、凈化后注入二級水池，一級水池供給煤矸磚廠及洗煤廠，二級水池供給礦區(qū)防塵、附近農(nóng)業(yè)等用水，礦井水綜合利用圖，見圖2。

圖2 礦井水綜合利用圖

2 礦井水綜合利用設(shè)計(jì)和實(shí)施

2.1 地下水池的建立

根據(jù)礦井地質(zhì)構(gòu)造，標(biāo)高位于+870 m一水平，二水平大巷標(biāo)高位于+810 m水平，各盤區(qū)巷道標(biāo)高低于標(biāo)+810 m水平，儲水水倉建于+870 m水平巷道，高于用水區(qū)域60 m，水自然產(chǎn)生凈壓5個(gè)壓力，完全能夠滿足全礦主要大巷、盤區(qū)巷、皮帶機(jī)頭、等中水管路布置的地方。水倉設(shè)計(jì)在一采區(qū)大巷內(nèi)，第一個(gè)水池為過濾池，長20 m、寬1.5 m、深0.8 m，池內(nèi)鋪6~10 cm的小石子；第二個(gè)水池為儲水池，長20 m、寬1.5 m、深1 m，上鋪水泥蓋板，蓄水量為40 m3；距池頂20 cm做一個(gè)溢水口，與排水溝相連，使多余水量排出，流到中央水倉。

2.2 井下、井上防塵管路的改造與實(shí)施

在一采區(qū)用排水管口與水池相聯(lián)，通過巷道傾斜，另一段延長10 m后，通過閥門與井上下防塵管路溝通。井上構(gòu)建多條管道，根據(jù)需要連接到使用地點(diǎn)。水充足時(shí)使用井下采空區(qū)水防塵，水不足時(shí)使用地面靜壓水池防塵。

2.3 井上水池的建設(shè)要求

一級水池位置應(yīng)選在高于磚廠、洗煤廠，混凝土澆濤，體積為500 m3，不需用水泵，使井下水能夠直通使用地點(diǎn)，通水管路用3寸，避免井下污水堵塞管道。二級水池建在污水處理廠附近，根據(jù)需要通到使用地點(diǎn)。

3 提高礦井水使用后的經(jīng)濟(jì)效率

井下采空區(qū)用水效益經(jīng)濟(jì)分析。根據(jù)礦井水排水系統(tǒng)改造后一年的成本運(yùn)作，一采區(qū)防塵用水能夠滿足使用250 d，每天用水200 m3考慮，每天可節(jié)約污水處理費(fèi)300元，排水費(fèi)用250元，如果使用地面防塵凈水，每天需增加400元水提取費(fèi)用，每天950元，全年可節(jié)約23 750元。地面井下水使用效益經(jīng)濟(jì)分析。井下每天排水約500 m3，由于磚廠與洗煤廠對水的質(zhì)量要求不高，每天約消耗水200 m3，節(jié)約300元；礦山清洗、建筑每天可使用150 m3，節(jié)約深層井水提取費(fèi)300元；剩下的水存入二級水池，供附近農(nóng)民灌溉用水。全年可全年可節(jié)約21 900元。

4 結(jié)束語

不經(jīng)任何水質(zhì)處理的大量礦井污水的排放，嚴(yán)重污染了礦區(qū)的生活和生產(chǎn)環(huán)境，特別是一些酸性水或含有油質(zhì)、貴金屬離子或放射性等物質(zhì)的礦井水，污染程度更為嚴(yán)重。通過合理利用煤礦礦井水，提高了礦井水的綜合使用率，改善了礦區(qū)及周圍地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量和人民的生活質(zhì)量，降低了深層水的開采量，使地表水深度長時(shí)間保證在一定水平。

[1]張光德，李棟臣.礦井水災(zāi)防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

[2]武強(qiáng),黃曉玲，石占華,等.華北型煤田-供-生態(tài)環(huán)保三位一體優(yōu)化結(jié)合研究[J].中國科學(xué),1999（6）:35-38.