露天矿疏干排水泵集控系统

金柱　张占村

[摘 要]露天煤矿采用的疏干排水方式，经过了很多次的改进，改进后采用盲沟疏干排水方式，经过验证发现这项技术无论是在技术上还是在经济上都有很好的效果，可供其他露天煤矿进行疏干排水时借鉴。

[关键词]露天煤矿；疏干排水

中图分类号：TD745 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0227-01

在进行露天煤矿进下水疏干时，一直沿用的是坑下水集聚在一起然后外排的方式，后来在采煤场的地表打疏干井，现在也一直在使用这种方式。对煤层水进行疏干时，采取了挖掘煤层疏干通道将煤层水排出的方式，有一定的效果，但是工作量很大，疏干排水费用较高，所以这个方式一直没有被推广。近些年尝试使用盲沟疏干工程对煤层水进行疏干，取得了非常明显的效果。下面以青海木里露天煤矿为例进行介绍 。

一、露天煤矿的水文地质情况、煤层构造

青海木里煤矿位于青海省大通河的上游，隶属于天竣县木里乡，该煤田的煤炭资源丰富，抛开地表的草坪就可以挖到煤海，煤种很多，其中焦煤最为闻名，含量占总煤炭储量的90%以上，煤矿现拥有固定资产约3亿元，是我国西部重要的露天煤矿之一。

露天煤矿含水层包括：第四系孔隙潜水和基岩内的裂缝缝隙承压水

1、第四系孔隙潜水含水层：含水岩以细砂或者中砂为主，有的部位会有砾石，含水层底部的砾石含量较高，从南向东、从南向北含水层的厚度越来越大，岩质的粒度由细变粗 ，地下水南北流向，水位标高在900多米，单位涌水量0.4～1.2，渗 透系数为4.4～16.50m/d，属于中等的富水含水层，水量会随着季节的变化而发生变化 。

2、沙砾岩孔隙、裂隙承压含水层：这层水系主要是砾岩，中间会夹杂着薄薄的一层砂岩和砾石，属于富水性很强的含水层。

3、承压裂缝缝隙含水层：主要以煤层为主，中间会夹杂薄薄的一层砂岩和沙砾岩，属于中等富水性的含水层，会沿着煤层裂缝缝隙的方向往坑内涌入水。

开采区为复合煤层，煤层中间夹杂着非常多层的泥岩，最厚的厚度达到45厘米，大多数厚度都在10厘米以上。

二、疏干排水系统介绍

1、第四系孔隙潜水含水层的疏干

青海木里露天煤矿很早之前就用降水孔对第四系孔隙潜水含水层进行疏干，现在有将近40口疏干井，在需要疏干的地段从地面开始，冲着采场含水层的方向凿大直径的钻孔，在孔中安装有水泵，抽水后形成一个下降的漏斗，这样疏干以后地下水位会降低，接下来进行剥离工作。

要根据含水层的厚度和涌水量来选择水泵的型号，各种矿井的抽水量必须 要大于最大的涌水量，要想发挥各个矿井的疏干作用，必须保证矿井中的水位要达到含水层的底板。

进行工程布设时，内外排孔要以100米的距离来布设，因为外排孔的水量较大，可以使用功率大的水泵来降低水位，内排孔的水量较小，可以使用功率小的水泵抽水，这样可以使外排孔的水位越来越降。进行水泵型号的选择时要保证大于或者等于实际的涌水量，只有这样才能封闭过水断面。为了对地下水位的变化情况进行了解，可以在孔排和采场之间布置观测孔，疏 干井的孔径、管径、观测孔孔径确定之后，要选择适合的水泵型号。

疏 干井一般每年的3月份开始运行，到冬季由于剥离工作停工和管路维护困难，在11月的中旬会停止运行。经过疏干井的运行，初始水位降低了将近10米，保证了剥离工作的顺利进行。

2、煤层裂隙承压水的疏干操作

首先是水仓的疏干。原来采煤量小，工作线较短，一直采用在采煤区最下部设集水仓进行抽水疏干，采煤台阶靠前，集水仓也相做相应的移动，水由泵房的铁管排到外排土场，直到流入河中。这种方法进行布设时较灵活，工期也不是很长，投资成本较小，但是不能进行提前施工，如果开采规模不断扩大，工作战线越拉越长，设置集水仓进行疏干的方式已经不能满足需求。

针对集水仓的以上不足，又采取了掘进疏干通道的方式，为进行采煤生产提供了很好的工作环境。但是由于采场是复合煤层，煤层中含有多个含水层，但巷道高度较小，但煤层的厚度却达20米之厚，导致 煤层的上下含水层不能沟通彻底，只有少数的漏水孔来实现疏干排水，而且施工费用还高，工期较长，维护也比较困难。

三、盲沟疏干排水技术

要想彻底疏干煤层的层间水，必须破坏隔水层，使煤层彻底沟通，对这些隔水泥岩进行破坏，可以采用深孔爆破的方法，就是通过爆破来破开煤层的层间结构，使水层渗透力增强，在破碎地区形成一个上下可以沟通的水沟，也可以叫做盲沟 ，将煤层水流截流后，水沿着煤层底板流动，从盲沟流入集水仓，由集水仓再排出。这种疏干方式就叫做盲沟疏干。

1、盲沟疏干的工程布设

要根据当地的水文地质条件，要保证采煤工作面不能着水，所以要布设疏干工程，对地下水进行拦裁疏干，布设时先在中央集水仓设置盲沟 ，沿东北方向再布设盲沟，拦截这个方向的地下水，然后再拦截疏干地区其他方向的地下水，这些方向要与中央集水仓相通。地下水顺着盲沟汇聚到中央集水仓，排出。如果采煤台向前推进，则有一段盲沟就要填平，在这一段的平行位置再挖一条盲沟 ，其他方向也要进行延伸 。采煤工作线延长，盲沟 也要进行相应的推进。

2、涌水量的取得

涌水量的计算公式=盲沟 长度*渗透系数*（水头值*2*含水层厚度-动水位2）/影响半径，上述公式中的各个参数带入公式以后，可以得到涌水量的数值。如果盲沟疏干系统全部完成，可以将水位控制在保证要求的采煤量的标准。

如果盲沟所包围的水淹煤量已知，含水系数忆知，形成降落漏斗后，疏干煤的含水时间=给水度*疏干岩体积/（与水力动态有关的系数*疏干设施的平均排水量），求出疏干煤的含水时间，就可以知道整个疏干系统形成以后，用多长时间可以疏干煤层的含水。

3、导水能力计算

根据达西定律Q（导水能力）=KWI（注：K：盲沟 内的渗 透系数，W：过水断面I：水力坡度），如果计算得到的导水能力大于最大涌水量，说明盲沟 有能力排出涌 入的水，也说明盲沟 施工技术是可行的。

四、试验结果

进行深孔爆破操作以后可以形成盲沟，所以在盲沟疏干 的施工时要进行3次爆破，第一次爆破时采用3排孔的微差爆破，可以进行50米深的盲沟施工，可以钻孔30多个，微差时间可以控制在50毫秒，爆破后对盲沟进行注水试验，试验表明煤层中的隔水层得到了破坏，地下水可以在煤层中流通。

爆破后盲沟的渗透系数增加了6倍左右，随后进行了两次爆破试验 ，效果也不错，用盲沟疏干后，疏干效果优于巷道疏干 ，主要体现在以下方面：一是盲沟的截水面增大了5-8倍；二是盲沟可以实现上下水层的全部贯通，但是巷道只能通过漏水孔沟通煤层的含水量；三是盲沟爆破后的裂隙区增大了煤层两侧的渗透力；四是盲沟的施工简单，人工成本较低，工期较短，成本低，安全；五是盲沟更有利于提高工程的质量，使各台阶的平盘宽度缩小，从而可以使内排的距离 减小。

五、小结

经过试验可以看出，盲沟疏干的疏干效果好，无论是从技术上，还是从技术层面上或者是适用范围上都比其他疏干方式要优良。

采用盲沟疏干以后，可以从水淹煤量中获得较大的开拓煤量，减少剥离土岩量，节省一大笔剥离费用，不仅对煤炭资源进行了回收，也会取得经济效益的提升。

参考文献

[1] 杨成器.专门水文地学[M].北京：地质出版社，1981.

[2] 采矿设计手册[M].北京：中国建筑工业，1989.