河曲舊縣露天煤礦排水系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王 鵬

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)河曲舊縣露天煤業(yè)， 山西 河曲 036500）

1 礦山排水系統(tǒng)概述

河曲舊縣露天煤礦采用的疏排水系統(tǒng)有坑下疏排以及外圍疏干等。在采場內(nèi)采取的疏排方式在水流疏排過程中會(huì)攜帶大量的泥沙，特別是在采場幫角位置排水?dāng)y沙問題更為突出。在采場的涌水通過拉溝引水方式將采面幫、裂隙水及大氣降水等排入到引水圈內(nèi)，通過布置在引水圈內(nèi)的水泵把積水排除。但是隨著采場開采范圍增加，引水圈需要經(jīng)常重建，制約采場排水；同時(shí)引水圈需要安排專人值守排水或者安裝自動(dòng)排水系統(tǒng)，管理困難，在排水過程中還會(huì)有大量的泥沙流入到引水圈內(nèi)，造成水中懸浮物含量偏高。

同時(shí)在煤炭回采過程中發(fā)現(xiàn)，局部區(qū)域內(nèi)有殘余水頭，給煤炭的正?；夭晒ぷ鲙碛绊?。分析原因主要是由于布置的疏干井排距、井距過大，在礦場周邊難以實(shí)現(xiàn)地下水位的統(tǒng)一降低。在后續(xù)的排水工作中應(yīng)采用其他的輔助疏排水技術(shù)措施。綜合分析礦山在開采中受到的水害影響，該礦提出采用集水井對(duì)采場出水進(jìn)行疏排[1-3]。

2 集水井降水方案

礦山開采的煤層厚度在4.9～78.65 m，平均厚度58.7 m，煤層傾角在5°。通過布置集水井可以有效降低地下水位，從而消除地下水對(duì)采場開采威脅，同時(shí)排水成本較低。針對(duì)開采幫水流流動(dòng)時(shí)攜帶大量泥沙問題，通過布置大口徑集水井即可截流流水，降低流水?dāng)y沙量。現(xiàn)有的工程實(shí)踐表明，采用集水井可以控制采場幫角涌水距離以及徑流時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效降水作用。具體在采場內(nèi)布置的集水井位置剖面圖見圖1。

圖1 集水井位置剖面圖

2.1 集水降布置

采用集水井降水就是通過在礦場深部埋深低于基底的管井，在管井內(nèi)布置排水設(shè)備將地下水排出，從而使得地下水標(biāo)高低于礦場開采層標(biāo)高，從而有效降低采場開采時(shí)的涌水量，同時(shí)由于集水井位于采場標(biāo)高較低位置，大氣降低通過溝渠經(jīng)過過濾也可直接排入集水井中集中排出。

為了便于對(duì)集中井管理，將集水井布置在距采掘工作面一定距離位置處，從而不會(huì)對(duì)正常的生產(chǎn)工作帶來影響。設(shè)計(jì)的集水井深度在6～10 m、孔徑在1.35 m，下入的套管管徑為1.0 m，從而為集水井預(yù)留充足的沉積范圍，具體結(jié)構(gòu)見圖2，可以采用挖溝機(jī)快速施工。設(shè)計(jì)的集水井應(yīng)深入到開采煤層底板2 m 以上，井壁為直徑1.0 m 鋼筋籠，在鋼筋籠外采用尼龍網(wǎng)包裹，從而形成集水井濾水網(wǎng)。在濾水網(wǎng)與集水井井壁間充填粒徑在1.0～2.0 mm 不等的粒料，從而形成過濾層，用以過濾水流中含有的泥沙、煤粉等雜質(zhì)。

圖2 集水井結(jié)構(gòu)示意圖

為了降低涌出攜帶泥沙、煤粉等問題，在設(shè)計(jì)井位時(shí)首先考慮容易受到采場開采擾動(dòng)的區(qū)域，同時(shí)為了提升集中井利用效率，根據(jù)開采煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)，對(duì)巖層變化情況進(jìn)行反演，盡量將積水井布置在反演得出的地層最低處，水流經(jīng)過徑流即可流入到集水井，達(dá)到攔截地下水涌出目的。

2.2 采場幫集水井布置

涌水是導(dǎo)致采面幫出現(xiàn)滑坡的一個(gè)重要因素，給邊坡穩(wěn)定帶來不利影響。含水量較高的巖體內(nèi)黏聚力、內(nèi)摩擦角等力學(xué)參數(shù)值較低，從而降低巖體抗剪強(qiáng)度。做好采場排水、防水工作對(duì)確保露天礦山正常生產(chǎn)具有重要意義。因此，河曲舊縣露天煤礦在采場邊幫區(qū)域增加布置集水井，將集水井布置在邊幫原出水口上側(cè)，集水中投入運(yùn)行之后可以降低該區(qū)域地下水位，有效控制邊幫出水量，徑流沖蝕邊幫問題也得到顯著改觀，具體采場幫布置的集水井見圖3。

圖3 采場幫集水井布置示意圖

由于采場內(nèi)以往采用的導(dǎo)水溝排水煤泥、淤泥等較多，大型的設(shè)備進(jìn)入到排水現(xiàn)場困難，為了降低排水工程量，控制排水成本，應(yīng)盡量采用現(xiàn)有的導(dǎo)水溝，采用毛石布置濾水層對(duì)導(dǎo)水溝內(nèi)的水進(jìn)行初步過濾。

3 集水井排水效果分析

相對(duì)于傳統(tǒng)的疏干降水井，采用的集水井管徑在1.0 m 以上，集水井容水量顯著增加，同時(shí)由于井壁采用鋼筋籠、尼龍網(wǎng)以及粒料形成的壓濾層，整個(gè)集水井具有較強(qiáng)的濾水能力。相對(duì)于普通的疏干井而言，集水井具備更強(qiáng)的排水、疏水以及過濾能力，在出水量較高區(qū)域，集水井排水穩(wěn)定，單井出水量高[4-6]。

3.1 排水能力顯著提升

現(xiàn)階段在礦山采場內(nèi)布置2 口集水井，可以占據(jù)到采場內(nèi)排水系統(tǒng)排水量的65%。通過優(yōu)化集水井布局，可以使得單口集水井占到采場總排水能力一半以上，承擔(dān)采場內(nèi)50%以上明排水工作。隨著采場開采深度的增加，地下水涌出量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢，因此，從長遠(yuǎn)方面考慮，采用集水井排水方式，可以極大地緩解礦山引水圈疏排水壓力。

3.2 管理更為便捷

從排水技術(shù)方面說，采用集水井排水更為簡單，在具有相同排水能力情況下，采用集水井不需要安排專人進(jìn)行值守，降低人力資源投入。隨著集水井在礦山中應(yīng)用，集中井排水量占到礦山總排水量比例逐漸提升。

3.3 井位布置更為靈活

采場采用引水圈時(shí)選擇采場內(nèi)底板凹陷點(diǎn)或地勢低位置，并與采場幫有一定的距離，降低引水圈對(duì)邊幫造成的影響。采用集水井排水時(shí)不需要安排專人值守，結(jié)構(gòu)更為簡單，位置選擇更為靈活。根據(jù)煤層底板巖性反演處的底板裂隙水導(dǎo)水通道后，可以更為精準(zhǔn)地確定集水井位置，有效攔截地下水向采場涌出。

3.4 降低排水投入

從排水設(shè)備維護(hù)以建設(shè)等方面分析，建設(shè)一座引水圈需要配套金屬泵房、電力設(shè)備、沉淀池以及排水官網(wǎng)等，排水系統(tǒng)總計(jì)需要的費(fèi)用在36 萬元。在具備相當(dāng)排水能力時(shí)，采用集水井時(shí)的管網(wǎng)、成井、維護(hù)等費(fèi)用僅為17 萬元，僅占引水圈投入費(fèi)用的50%。同時(shí)隨著采場開采范圍的增加，引水圈需要隨采場開采而不斷變換位置，引水圈搬改遷費(fèi)用更高。采用集水井時(shí)不需要頻繁更換位置，同時(shí)排水費(fèi)用更低。

4 結(jié)論

1）針對(duì)現(xiàn)階段礦山采用的引水圈排水方式存在頻繁搬移、排水效率不高，同時(shí)排水費(fèi)用高昂等問題，提出采用集水井用以礦山采場排水。根據(jù)采場涌水量特點(diǎn)將集水井布置在采場幫端、地層最低處，有效降低采場幫煤巖層出水量以及地下水位，對(duì)提升采場排水能力起到重要促進(jìn)作用。

2）集水井排水投入占到引水圈投入不足50%，位置選擇更為靈活，排水管理更為簡單，現(xiàn)階段在礦山排水中取得了顯著效果。