印尼穆印露天煤礦采場疏排方案

姜忠華

（準格爾能源集團公司印尼露天項目部，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300）

水是影響露天煤礦生產(chǎn)最為重要的因素之一。一方面會造成邊坡滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[1]，另一方面礦坑內(nèi)大量的水使得露天礦山的生產(chǎn)難以進行。研究露天礦采場內(nèi)水的疏排方案，將采場內(nèi)的水有效地疏排是保證煤炭資源安全回采的前提。

研究礦山的水文地質(zhì)條件，了解礦山含水層相關(guān)信息及礦山周邊河流、大氣降水等信息，對地下水賦存進行估算[2]，是制定疏干排水方案的前提。深入分析礦山疏排水現(xiàn)狀，研究采場水位、疏干排水井、排水溝等排水工程的布設(shè)情況[3]，通過對現(xiàn)狀疏干方案建立地下水疏干排水優(yōu)化模型，分析現(xiàn)行疏干排水工作中存在的問題，提出疏排優(yōu)化方案，運用相關(guān)監(jiān)測手段，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對新的疏排方案在正常運行和生產(chǎn)管理中起到的作用進行評價[4]。

王秀蘭等[5]通過對元寶山露天礦疏干水工作中存在問題的研究，建立了露天礦疏干水模型。范麗娟[6] 研究了霍林河一號露天煤礦降水孔疏干工程對采掘工作帶來的問題，提出了采用降水孔與巷道聯(lián)合疏干方式疏降礦山采場地下水，減少了與采掘工作的干擾。劉海龍[7]對現(xiàn)狀疏干方案進行研究，根據(jù)礦區(qū)后續(xù)開采提出了4 種地下水疏干優(yōu)化方案，并對方案的分別進行了模擬。在前人研究基礎(chǔ)上，以印尼穆印露天煤礦為工程背景，研究穆印露天煤礦的水文地質(zhì)情況和周邊河流情況，結(jié)合大氣降水情況，因地制宜地研究采場的疏排方案，并研究減少伯尼穆河對礦山采場影響的疏排方案，采取了抽排采掘場坑底積水、主河道泵送方案、伯尼穆河分流等綜合措施，有效地減少了伯尼穆河對礦山生產(chǎn)的影響。

1 露天礦工程概況

1.1 露天礦基本情況

印尼穆印露天煤礦位于印度尼西亞南蘇門答臘巨港市（Palembang）西南的當庫區(qū)（Dangku），距巨港市約100 km，普拉布穆利（Prabumulih）西約10 km。行政區(qū)劃為穆印縣[8]（Muara Enim）。印尼穆印露天煤礦沿走向方向（南、北2 個采區(qū)）劃分一采區(qū)與二采區(qū)，一采區(qū)為露天礦的首采區(qū)。開采境界內(nèi)可采原煤儲量71.06 Mt，服務(wù)年限30 年。穆印露天礦包含有外排土場、內(nèi)排土場以及沿幫排土場。剝離、采煤的開采工藝為全部采用單斗-卡車工藝。

由于伯尼穆河洪峰流量較大（較過去幾年洪峰流量都大），在非工作幫邊坡中部區(qū)域出現(xiàn)管涌現(xiàn)象，并隨著洪峰流量增加，出水孔洞增大，最終將非工作幫沖垮、滑坡，并引起東排土場西南部滑動。非工作幫邊坡沖垮后，伯尼穆河水進入坑內(nèi)，將采坑大部分區(qū)域淹沒。為恢復(fù)生產(chǎn)，購置了數(shù)臺大揚程、大流量水泵進行抽水，由排水管路排至伯尼穆河下游。但由于伯尼穆河水來水量較大，露天礦坑內(nèi)積水一直未能抽干。

1.2 露天礦水文地質(zhì)條件

1.2.1 地下水

1）含水層。露天區(qū)內(nèi)共發(fā)育3 個含水層（組）：①第四系孔隙含水層：含水層巖性一般為粉砂或粉砂質(zhì)黏土屬極弱的含水層；②3 煤層頂板以上砂巖孔隙含水巖組：該含水巖組主要組成為粉砂巖、細砂巖、泥質(zhì)砂巖等，賦存在第四系底板至3 煤頂板含煤地層之間，在3 煤層頂板露頭以北，厚度變化較大，發(fā)育不連續(xù)；③4～5 煤層間砂質(zhì)泥巖孔隙含水巖組：該含水巖組分布于5 煤層頂板露頭以北，4 煤底板至5 煤頂板含煤地層之中，該含水巖組主要由泥質(zhì)砂巖或砂質(zhì)泥巖組成。

2）隔水層。露天區(qū)內(nèi)共3 個隔水層：①3 煤層上部泥巖隔水層：分布在3 煤底板露頭線以北，全區(qū)發(fā)育，除煤層露頭部位外，對地下水的滲透起相對隔水作用；②3～4 煤層間泥巖隔水層：分布在4 煤頂板露頭以北，發(fā)育連續(xù)，主要巖性為泥巖，最大厚度3.90 m，平均厚度3.06 m，對地下水的滲透起相對隔水作用；③5～7 煤層間泥巖隔水層:該層全區(qū)連續(xù)發(fā)育，主要巖性為泥巖，厚度大于25 m，對地下水的滲透起相對隔水作用。

3）地下水的補給、排泄與含水層的水力聯(lián)系。地下水的主要補給來源為大氣降水，通過垂直或側(cè)向滲透補給地下水，主要排泄方式為地下徑流、河水排泄、地面蒸發(fā)和植物蒸騰。

1.2.2 礦區(qū)構(gòu)造及伯尼穆河影響

1）礦區(qū)構(gòu)造。礦區(qū)賦存煤層由上至下分別為1煤～7 煤，7 個煤層，其中露天區(qū)主要可采煤層為3煤、4 煤。地層比較平緩，一般傾角為4°～6°，局部存在呈南北向的小斷層，該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單。

2）伯尼穆河水。伯尼穆河（Sungai PENIMUR）俗稱東河，位于礦區(qū)東南部，其河源頭位于礦區(qū)東南方向，自西南向東北流經(jīng)礦區(qū)非工作幫與東外排土場之間地段，后轉(zhuǎn)向北西西，與埃幫河匯通后流入Lematang 河。經(jīng)野外調(diào)查，該河河床地面標高一般在15～20 m，主要來自于礦區(qū)以南的河水、地下水及礦區(qū)范圍以外匯水地段的大氣降水。據(jù)調(diào)查該河常年流水，河床切割深度一般為1.5～3.0 m。旱季河床寬3～8 m，雨季河水漫出河床，兩岸相對低洼處常形成寬度約50～100 m 的地表水體或積水沼澤。煤田地質(zhì)勘探期間曾對該河進行了簡易觀測，在礦區(qū)東南部河段測得該河最大流量4 860 m3/h（2009 年2 月6 日），相應(yīng)河水位標高17.148 m，最小流量1 080 m3/h。水質(zhì)類型為Cl-SO4-NO3-Na-Mg2-Ca2型水，pH值4.97～5.20，屬弱酸性～強酸水性。伯尼穆河在穆印縣行政管轄范圍內(nèi)長度為11.34 km，匯水面積約為20.79 km2。

2 疏排水方案

2.1 采掘場坑底積水排水

露天坑底已有4 臺大揚程、大流量水泵工作?？梢詽M足露天礦采掘場排水設(shè)計要求，現(xiàn)階段主要任務(wù)是抽干坑底積水以及防止被滑坡截斷的伯尼穆河水向采掘場的匯入。同時考慮到抽干露天坑內(nèi)積水后，采掘場保留正常降雨排水泵及暴雨排水泵。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查伯尼穆河每天最大水量約30 萬m3，由于排土場與采掘場之間滑坡導(dǎo)致河水流入采坑，造成坑底積水。采掘場排水系統(tǒng)包括2 臺2 300 m3/h、1臺913 m3/h 臥式渣漿泵，工作時間按20 h/d 計。日排水能力約11.026 0 萬m3/d。采掘場正常降雨排水量（包括地下水涌水量）為780 m3/h，即18 720 m3/d。采掘場排水系統(tǒng)可同時啟用正常降雨排水泵及暴雨泵，每日可將坑底積水排出約9.154 0 萬m3。達到安全水位后，可暫停使用暴雨泵。正常降雨排水系統(tǒng)即可滿足安全生產(chǎn)的排水要求。

2.2 主河道泵送方案

設(shè)計在伯尼穆河斷流處1#橋涵西側(cè)設(shè)集水池、臨時擋水壩及排水泵站，由排水管路排至伯尼穆河下游2#橋涵西側(cè)230 m。防止河水向采掘場匯入。當?shù)睾铀畃H 值為4.97～5.20，具有腐蝕性，建議排水管路采用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管及PE 管。鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管采用電熔套筒連接，PE 管連接方式為電熔法蘭連接。排水管路采用明設(shè)。排水管路終點處用塊石硬化河道，防止排水管出口水流流速過快侵蝕河道影響邊坡穩(wěn)定性。硬化部分河道尺寸為為16 m×14 m×0.5 m。硬化河道下游重新修整，連接原河道。保證管路中水順利排出。在硬化部分及修整河道底部鋪土工膜防滲。防止河水向坑底入滲。

集水池結(jié)構(gòu)為漿砌塊石，深4.0 m、長50 m、寬40 m。挖方量約8 000 m3?，F(xiàn)有排水能力為3 600 m3/h 的水泵2 臺，排水能力2 000 m3/h 的水泵1 臺，每日工作按24 h 計，日排水能力約22 萬m3。臨時擋水壩類型為土壩，表面采用混凝土澆筑護坡。溢流段長度80.82 m，壩頂標高+22.5 m，非溢流段長度85.99 m，壩頂標高+23.0 m。迎水坡度和背水坡度均為1.22，壩長約168 m。挖方量約為659 m3，填方量約為1 404 m3，砂礫石消耗約232 m3，混凝土消耗約560 m3。

2.3 伯尼穆河分流

為減少伯尼穆河水大量流入采掘場，將河水分流出去一部分，以減輕伯尼穆河排水泵站排水壓力。在分流河道入口處設(shè)置小型分流壩，壩頂標高+22.0 m，提高分流河道內(nèi)水位。由于分流河道上游用分流壩抬高分流河道內(nèi)水位，分流涵管下游河道可能溢流到河道外，淹沒面積約為0.14 km2。另外由于分流段需要開挖溝槽，地表土體松散強度低，且靠近濕煤棚，為保證濕煤棚及邊坡開挖時安全，開挖溝槽后將土方回填。埋設(shè)涵管直徑為1 500 mm 的預(yù)制鋼筋混凝土圓管，基礎(chǔ)為砂礫石墊層。在軟弱地段用混凝土支墩，與已有的涵管（直徑為1 000 mm）平行。分流河道需進行清淤工作。分流涵管上游河道清淤標高為21.0 m，分流河道下游清淤標高為19.8 m。清淤標高為河道最低值，清淤后河道底寬度至少為2 m，深度至少為2 m。

伯尼穆河分流部分涵管水力坡度為3.4‰，正在使用的涵管直徑為1 000 mm，設(shè)計最大充滿度為0.75 時，流量約為3.5 萬m3/d。當設(shè)計的涵管直徑為1 500 mm 充滿度為0.75 時，流量約為10 萬m3/d。2根涵管同時使用，每日最大可為主河道分流13.5 萬m3。由于現(xiàn)有涵管存在於堵及斷裂情況，建議進行涵管內(nèi)清淤及涵管修復(fù)，或更換新的鋼筋混凝土圓管。

3 結(jié)語

1）分析了礦山的水文地質(zhì)情況及周邊水文情況和伯尼穆河對礦山采場積水的影響，因地制宜地提出了礦山采場的疏排方案。

2）采掘場排水系統(tǒng)可同時啟用正常降雨排水泵及暴雨泵，每日可將坑底積水排出約9.154 0 萬m3。達到安全水位后，可暫停使用暴雨泵，正常降雨排水系統(tǒng)即可滿足安全生產(chǎn)的排水要求。

3）采取了抽排采掘場坑底積水、主河道泵送、伯尼穆河分流的綜合疏排措施，有效地減少了伯尼穆河對礦山生產(chǎn)的影響，為礦山正常生產(chǎn)提供了安全與經(jīng)濟保障。