撫順東露天礦采區(qū)東部防排水系統(tǒng)優(yōu)化

閆 崠，藺永偉，周國棟，趙英拓

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 東露天礦，遼寧 撫順113004）

撫順東露天礦礦坑?xùn)|西長6 km，南北寬1.9 km，坑底水平-35 m，主要開采油頁巖富礦作為集團(tuán)公司煉油廠原料。油頁巖富礦受水流浸泡后礦石易碎且富礦質(zhì)量降低，因此在組織采區(qū)生產(chǎn)過程中，為確保高品位富礦原料供應(yīng)，需要合理規(guī)劃礦坑防排水系統(tǒng)。撫順東露天礦現(xiàn)有東區(qū)排水泵站的布局存在攔截淺部地表水能力不足問題，為提升采區(qū)防洪能力，解決汛期防排水需求，需要對采區(qū)東部防排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。為此研究實施東區(qū)排水泵站合二為一的方案，有效改善了采區(qū)東部防排水系統(tǒng)，提高了東露天礦雨季抵御暴雨的能力，為減少水流浸泡富礦提供保障。

1 撫順東露天礦水文地質(zhì)情況與防排水現(xiàn)狀

1.1 水文地質(zhì)情況

東露天礦礦區(qū)地處丘陵向平原過渡地帶，地勢自東北向西南傾斜，地表標(biāo)高＋70 ～＋150 m，礦區(qū)周圍地勢為南高北低[1]。煤田東部有海新河，煤田北側(cè)為撫順市主要干流渾河。撫順地區(qū)地處中溫帶，屬寒冷濕潤的大陸性氣候。年平均降雨量808 mm，據(jù)資料記載，歷年最小降雨量460 mm，最大降雨量1 135 mm，其中月最大降雨量575.0 mm，多集中在7、8 月份。東露天水文地質(zhì)含水層主要有3 個，即第四紀(jì)沖積層含水層、第三紀(jì)泥灰?guī)r含水層和凝灰?guī)r含水層[2]。

1）第四紀(jì)沖積層含水層。依據(jù)資料統(tǒng)計，該層全區(qū)分布，位于基巖之上，此層上部為粉質(zhì)黏土、粉土；中部為中砂、粗砂、礫砂。下部為圓礫層[3]。單位涌水量在4.11～0.841 L/（s·m）；滲透系數(shù)一般在92.8～10.27 m/d。含水層主要受大氣降水補(bǔ)給，其次受河水補(bǔ)給。露天開采前，潛水總的趨勢是從東南流向西北，潛水補(bǔ)給河水；但由于露天開采的影響，地下潛水位不斷變化，露天開采切斷了第四紀(jì)含水層。在第四紀(jì)沖積層與基巖接觸面上形成了1 個潛水滲出帶，由于長期滲水，在煤田中部即N1000 左右形成了分水嶺，分水嶺以南潛水流向露天礦坑，以北流向渾河。

2）第三紀(jì)泥灰?guī)r含水層。泥灰?guī)r、綠色泥巖系，垂厚600 m 左右。層理裂隙發(fā)育，潛水沿裂隙補(bǔ)給。泥灰?guī)r含水層不是全層含水，而是在裂隙發(fā)育地帶局部含水，其單位涌水量為0.07 L/（s·m），滲透系數(shù)為0.065 m/d，為層理裂隙水，微承壓，屬弱含水層。

3）第三紀(jì)凝灰?guī)r含水層。第三紀(jì)凝灰?guī)r含水層分布煤層底板之下，厚度變化很大，全區(qū)分布，西部厚，東部薄，其厚度平均為31 m，其含水層特征是淺部含水性較好，至深部逐漸變?nèi)?，該含水層在露頭部分直接受大氣降水補(bǔ)給，屬弱含水層。

1.2 撫順東露天礦防排水現(xiàn)狀

撫順東露天礦采區(qū)東部設(shè)有2 個排水泵站，東端幫上部為東部泵站，下部為32 站臨時泵站。端幫上部的東部泵站位于＋67 m 水平，汛期期間，由于泵站所處水平較高導(dǎo)致攔截淺部地表水范圍有限，泵站匯水量較低，未達(dá)到設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)；端幫下部的32 站臨時泵站因剝離臺階和端幫坡面限制水池容積較小，蓄水緩沖能力弱，現(xiàn)有防排水措施不能滿足實際需要。

2 防排水工程布置

2.1 防排水原則

東露天礦開采期間，防治水方面實行淺截淺排原則，地表淺部匯水大部分引流到淺部泵站和西南泵站內(nèi)，然后引入到坑外的河流內(nèi)；截流水溝以下的地下涌水和大氣降雨通過各平盤的渡槽和管路等引流到坑底匯水池內(nèi)，通過坑底的移動泵站將水排到坑外。為減少坑底匯水滲透量，避免給下部老虎臺礦采煤作業(yè)帶來安全隱患，在坑底匯水處均安置移動泵站抽排積水。

2.2 排水泵站布局

目前，東露天礦坑底有東部泵站、32 站臨時泵站、西南泵站、西北泵站、隧道泵站、金融護(hù)衛(wèi)泵站等固定式泵站，汛期期間在東部坑底、西部坑底設(shè)立移動泵站（浮船）加大排水能力。礦坑西部匯水主要集中在隧道泵站，西北泵站；東部泵站和32 站臨時泵站主要抽排68 站以東沖積層滲透水和地表匯水。東部泵站建于2013 年11 月，泵站標(biāo)高為＋67 m 水平，蓄水池容積4.5 萬m3，擁有4 臺14SH-9A 水泵（排量為970 m3/h），最大排水能力為6.2 萬m3/d。32 站臨時泵站2014 年12 月建成，標(biāo)高為＋32 m 水平，蓄水池容積0.8 萬m3，擁有3 臺14SH-9 水泵（排量為1 260 m3/h），最大排水能力為3.5 萬m3/d。

3 防排水系統(tǒng)優(yōu)化

目前，東部泵站主要匯集＋67 m 水平以上沖積層滲水和地表匯水，泵站開泵時間僅2 h/d，日排水量1 500 m3；而68 站以東的大部分沖積層滲水和地表水由68-32 水溝匯入了32 臨時泵站，因該臨時泵站蓄水容積小，緩沖能力弱，水泵需長時間運(yùn)行，排水量9 000 m3／d，臨時泵站排水體積達(dá)到了東部泵站排水體積的6 倍。結(jié)合近年汛期防排水資料來看，采區(qū)東部匯水大量涌入32 站臨時泵站，而東部泵站在汛期未能發(fā)揮應(yīng)有的作用。32 站臨時泵站蓄水池容積僅有2 萬m3，加之泵站排水能力不足，無法滿足汛期防排水需要。采區(qū)東部排水系統(tǒng)泵站設(shè)置不合理問題逐漸顯現(xiàn)，因此需盡快調(diào)整采區(qū)東部防排水系統(tǒng)布局，避免造成不必要的浪費(fèi)。

優(yōu)化礦山防排水系統(tǒng)布局應(yīng)綜合水文、氣象、地形、地質(zhì)、露天采礦工藝和進(jìn)度等條件，保證露天采剝工作安全、正常地進(jìn)行[4]。經(jīng)過反復(fù)研討，依據(jù)“合理規(guī)劃，區(qū)域防洪，淺截淺排，節(jié)能降耗”的原則[5]，提出廢除東部泵的意見。

3.1 重新劃分東露天礦東部匯水區(qū)域

利用原有地形、地貌及分水嶺，盡最大可能攔截地表水，使淺部水不進(jìn)入東露天礦坑內(nèi)。設(shè)計將位于礦區(qū)E10300～E10400、SN0～N200 區(qū)域、＋67 m 水平的 東 部 泵 站 降 深 移 設(shè) 至E10200 ～E10300、N200 ～N300 區(qū)域、＋32 m 水平，移設(shè)后與32 站臨時泵站合并，命名為32 站泵站。東部泵站降深移設(shè)后，采區(qū)內(nèi)形成5 個大型匯水區(qū)域，即西南泵站匯水區(qū)域、西北泵站匯水區(qū)域、隧道泵站匯水區(qū)域、32 泵站匯水區(qū)域、東部坑底移動泵站匯水區(qū)域。

3.2 端幫擴(kuò)采工程

東部泵站在進(jìn)行降深移設(shè)前需要實施東端幫擴(kuò)采工程，端幫擴(kuò)采后可為東部泵站降深移設(shè)創(chuàng)造空間位置。東端幫擴(kuò)采總工程量為51.2 萬m3，考慮端幫擴(kuò)采作業(yè)受幫坡角、平盤寬度和降雨匯水制約，設(shè)計采用汽車工藝降深作業(yè)，汽車工藝最大特點(diǎn)是機(jī)動靈活、爬坡能力強(qiáng)[6]，適合東露天礦端幫擴(kuò)采作業(yè)。東端幫擴(kuò)采縱斷面如圖1。

圖1 東端幫擴(kuò)采縱斷面

圖1 中，S1、S2、S3 分別表示上三角工程量的不同采掘階段，X1、X2、X3、X4 分別表示下三角工程量不同采掘階段。其中采裝上三角工程量的目的是形成采區(qū)降深公路系統(tǒng)，為生產(chǎn)作業(yè)提供施工條件。工程量總體可劃分為4 部分，分別為：形成東端幫新公路土方量1.7 萬m3；舊公路采裝推進(jìn)采裝土方量4.3萬m3；開拓公路系統(tǒng)上三角土方量12.1 萬m3；開拓公路系統(tǒng)下三角土方量33.1 萬m3。

工程施工后，首先，沿舊東部泵站公路由北向南降深開采形成采區(qū)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)；其次，完成開拓公路上三角土方量采掘到界；最后繼續(xù)下三角土方量采掘到界。東露天礦隨著開采深度的增加，采場邊坡不斷地加高加陡[7]，端幫擴(kuò)采到界過程中，要嚴(yán)格遵守設(shè)計要求留設(shè)幫坡角和保安平盤，為礦山長遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。東端幫采區(qū)東西方向縱斷面如圖2。

圖2 東端幫采區(qū)東西方向縱斷面

3.3 新建截流泵站

東端幫擴(kuò)采到界后既可開始32 站泵站新建工程，礦區(qū)東部匯水面積287.00 萬m2，東部泵站和32臨時泵站合二為一，可充分發(fā)揮淺排泵站截水能力，為采區(qū)安全生產(chǎn)提供保障。根據(jù)最終采礦境界要求，設(shè)計泵站位置建在32 臨時泵站的東側(cè)、-280 m開采境界界外。具體蓄水池位置為E10230～E10342、N70～N265，標(biāo)高＋32 m，呈南北向布置。

東露天礦礦區(qū)所處位置“五十年一遇”暴雨日最大匯水量為18.57 萬m3，地下涌水1 d 約為1.47 萬m3，總匯水量20.04 萬m3，經(jīng)過計算32 泵站日最大需要排水量14.94 萬m3。按排水量要求，新建泵站蓄水池面積0.92 萬m2，水池深度8.0m，容積為6.8 萬m3，有效容積5.1 萬m3。根據(jù)排水需要，32 站泵站設(shè)計安裝排量1 746 m3/h、揚(yáng)程74 m 的500S-98B 型號水泵2 臺；安裝排量1 260 m3/h，揚(yáng)程75 m 的14SH-9 型號水泵3 臺。通過對東露天礦采區(qū)匯水面積、匯水量、排水設(shè)備能力等參數(shù)進(jìn)行計算，以新形成的采礦布局為基礎(chǔ)，確定了新形成排水布局的合理性[8]。

4 結(jié) 語

原東部泵站降深移設(shè)與32 臨時泵站合二為一，有效改善了采區(qū)東部防排水系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化東露天礦坑底匯水區(qū)域，提升了泵站截流地表水范圍，同時，為減少水流浸泡采區(qū)富礦提供了保障。工程實施后在人力支出方面，原東部泵站為無人值守泵站，下部32 站臨時泵站為有人值守泵站，泵站合并后新泵站為無人值守泵站，每年可節(jié)省泵站人員管理支出費(fèi)用近30 萬元；在資源回收方面，實施東部泵站降深移設(shè)工程，可多回收油頁巖富礦6 萬t。