露天煤礦冬季疏干排水方法研究與應(yīng)用

摘要：本文主要論述了南露天煤礦在橫采內(nèi)排實(shí)現(xiàn)后，南采區(qū)南部到達(dá)底部境界的條件下，采場涌水量較小，無法滿足離心泵持續(xù)抽水的要求，而間歇抽水又會導(dǎo)致在冬季疏干時(shí)管道內(nèi)無法及時(shí)放出的殘留水凍結(jié)管道。為解決冬季疏干的難題，保證冬季疏干排水持續(xù)進(jìn)行，滿足采場推進(jìn)和排土場跟進(jìn)的安全要求，結(jié)合該區(qū)域現(xiàn)場匯水實(shí)際以及可利用的設(shè)施設(shè)備，探索出了半地下井疏干排水方法。經(jīng)過2017年冬季的實(shí)施運(yùn)行，達(dá)到了冬季少量持續(xù)疏干的效果，確保了冬季采煤的生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：疏干排水 ?半地下井疏干 ?涌水量 ?地下水 ?明排

1.引言

霍林河礦區(qū)屬高寒地區(qū)，冬季寒冷而漫長，冬季采用明排的疏干排水方式，會在疏干管道安裝、移設(shè)、檢修等方面帶來了很大的困難，此外，如遇雪天路滑，管道巡視工作會存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)，也會導(dǎo)致管道凍結(jié)。如果冬季疏干排水停滯，地下水將匯集到采場底部的集水坑，只能到下一年度天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)恢復(fù)明排疏干系統(tǒng)進(jìn)行疏干排水工作。經(jīng)過一整個(gè)冬季的水量積累，伴隨著采礦工程的開拓和降深，采場底部地下水位逐漸增高，甚至?xí)蜎]一部分煤層，巨大的積水量會給下一年度生產(chǎn)起步時(shí)帶來很大壓力。為避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，根據(jù)采礦工程的需要，一定要在冬季進(jìn)行疏干排水工作，南露天煤礦探索出了利用建立半地下井的疏干技術(shù)，在冬季進(jìn)行超前疏干排水，確保冬季疏干排水與采礦工程協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.礦區(qū)水文地質(zhì)情況及南礦疏干排水現(xiàn)狀

本區(qū)內(nèi)主要含水層有3個(gè)，第四系砂礫石含水層，煤系風(fēng)化帶含水層，火山碎屑巖裂隙含水層。[1]

松散層砂礫石含水層廣布全區(qū)，大面出露在漫灘、山前平原地帶，主要由細(xì)砂、礫石、砂礫石組成，厚度1.27m～47.6m，單位涌水量0.134L/s·m～1.361 L/s·m。

煤系風(fēng)化帶含水層（J3-K1h3）主要為粉、細(xì)砂巖及煤層孔隙，裂隙潛水，局部承壓。含水層厚度東部較厚，平均為58.078m;西部較薄36.79m，主要大氣降水補(bǔ)給。單位涌水量0.696 L/s·m～1.7 L/s·m。

火山碎屑巖裂隙含水帶（J3）主要為風(fēng)化裂隙含水或構(gòu)造裂隙帶充水，含水程度受裂隙發(fā)育控制，具明顯的不均一性，往往呈條帶狀分布，由于其上覆為泥巖（J3～K1h2），在某些部位地下水具承壓性，水頭高出地表。直接受大氣降水及上覆第四系含水層越流補(bǔ)給。

3.半地下井暗排疏干技術(shù)的提出

從2015年開始，采場工作線已由縱采工作線逐漸轉(zhuǎn)為橫采工作線，經(jīng)過近兩年的疏干排水工作，南采區(qū)21#煤水位標(biāo)高由716水平降至656水平，到2017年11月份南部350米范圍到達(dá)露天開采的底部境界。如果按照以往明排疏干[2]排水作業(yè)模式（冬季疏干排水暫停）將會帶來以下問題：

一是采場含水層積水及雪融水匯至采場底部，經(jīng)過冬季四個(gè)多月的水量積累，待春季開始疏干排水時(shí)，短時(shí)間內(nèi)很難完成大量的排水工作，無法及時(shí)配合采礦工程，疏干排水工作肩負(fù)著巨大的壓力;二是當(dāng)冬季排土作業(yè)時(shí)，最下部排土臺將會被集水坑浸泡，會嚴(yán)重影響到排土場的邊坡穩(wěn)定，極易造成排土場滑坡。

為了解決上述問題，確保冬季疏干排水安全穩(wěn)步進(jìn)行，南露天煤礦探索疏干排水新方法，結(jié)合南露天煤礦的氣候和水文地質(zhì)等情況，對傳統(tǒng)的疏干排水方法進(jìn)行融合創(chuàng)新，確定了利用半地下井進(jìn)行疏干的新方法。

4.半地下井疏干系統(tǒng)的構(gòu)成及技術(shù)特點(diǎn)

4.1半地下井疏干系統(tǒng)的構(gòu)成

在采場到界位置底部水坑邊緣挖掘一處深約7米、容積150立方米的集水坑，利用廢舊直徑108mm的鋼管加工成米字型框架作為底座，上面蓋5mm厚的鋼板作為集水坑頂蓋，在其上面合適位置開4個(gè)直徑220 mm的孔洞，用于安裝更換水泵及水位觀測。

水泵房放置在集水坑頂蓋上，水泵房外部四周用碎煤進(jìn)行封堵密封，內(nèi)部泵房根部與鋼板接觸位置用發(fā)泡膠密封。在泵房頂部正對水泵位置開2m*2m的天窗，水泵與主管道之間采用逆止閥連接，方便檢修和安設(shè)水泵。

配備揚(yáng)程為160m的20m3/h和50m3/h多級潛水泵各2臺，排水系統(tǒng)的能力可在20m3/h至140m3/h范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，根據(jù)水量情況開啟水泵的型號和臺數(shù)進(jìn)行不間斷抽水。隨著積水的排出，泵房外部的地下水不斷涌入集水坑。

水泵房外使用粒度小的物料將泵房外圍密封，泵房內(nèi)放置2臺2000W的恒溫電暖氣為泵房供暖，保持室內(nèi)溫度在零度以上，防止水泵和閥件凍傷。

4.2主要技術(shù)特點(diǎn)

4.2.1采用明排與暗排相結(jié)合，集水坑以外的積水通過自流不斷進(jìn)入泵房下面的集水坑，該系統(tǒng)具有匯水量大，實(shí)現(xiàn)集中控制，不受氣溫影響等優(yōu)點(diǎn)。

4.2.2半地下井深度7m，通過下泵孔可觀察井下情況，水泵出現(xiàn)故障時(shí)使用吊車將水泵吊出集水坑維修，無需人員下井檢查維修，處理故障方便。杜絕了受限空間作業(yè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.2.3泵房內(nèi)采取保溫措施，可有效避免水泵、管路、閥件和及其它配件凍傷的現(xiàn)象。

4.2.4通過對水位的觀測，了解某段時(shí)間內(nèi)涌水量的最大值與最小值等涌水規(guī)律對未來涌水量進(jìn)行預(yù)判，配置與涌水量相匹配能力的的4臺水泵，相互形成備用水泵，輔以應(yīng)急發(fā)電車，可靠度大大提高。只要有一臺水泵作業(yè)即可保證在水位過低或者部分水泵檢修時(shí)不間斷抽水，從而避免了管道凍結(jié)。

5.結(jié)語

通過半地下疏干系統(tǒng)的使用改變冬季疏干排水作業(yè)中隨著水位下降不斷重新挖掘集水坑、移設(shè)水泵、疏干管路的重新焊接及抽水間斷時(shí)管路防凍等工作帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。避免了因低溫下室外作業(yè)造成人員凍傷。冬季疏干排水的正常持續(xù)進(jìn)行保證了底部煤炭采出順利進(jìn)行，防止了煤炭帶水運(yùn)輸造成路面結(jié)冰、破碎系統(tǒng)粘堵進(jìn)而影響車輛運(yùn)輸和煤炭加工效率。

參考文獻(xiàn)

[1]霍林河一號露天煤礦改擴(kuò)建工程修改初步設(shè)計(jì)[M].中國沈陽設(shè)計(jì)研究院.2006，

[2]趙艷娥.露天煤礦疏干排水方式的探討[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（4）

作者簡介：侯國棟，男，1987年3月出生，內(nèi)蒙古霍林郭勒人，采礦工程本科學(xué)歷，工程師職稱，內(nèi)蒙古霍林河露天煤業(yè)股份有限公司南露天煤礦，從事生產(chǎn)管理工作。