五位一體優化結合綜合技術研究

文/劉存玉

冀中能源峰峰集團梧桐莊礦井田處于相對封閉滯流的水文地質單元，水害成為制約礦井安全生產、高產高效的主要因素。

一、礦井水的控制

1.采用綜合探測手段，查明礦井水文地質條件

（1）探明區內落差5m以上的斷層要素，控制斷層落差、產狀及其在走向和傾向上的變化；查明區內的陷落柱發育情況、煤層底板的起伏形態及褶曲構造的發育形態、奧灰頂面起伏形態及埋深；同時，進行采區綜合水文物探工作，確定斷層、陷落柱的含（導）水性及含（導）水深度和范圍；查明區內大煤以下各主要含水層至大煤的導水裂隙、通道發育范圍。

（2）重點采區的三維地震資料進行精細解釋，對危害性較大的陷落柱及常規解釋難以反映出來的小構造及裂隙發育帶進一步精確解釋。

（3）在巷道掘進過程中采用物探加鉆探的方法探查導水構造。

（4）工作面回采前的底板綜合探測。

（5）利用井下含水層水溫隨深度增加而升高的特點，加大對采掘工作面生產過程中出水水溫的日常監測，可迅速直觀地判別出水水源。

2.堵源截流，改善礦井水文地質環境

梧桐莊礦1＃導水陷落柱封堵工程井下施工6個鉆孔，注入水泥1000噸；地面施工1個注漿主孔及6個分支孔（1789.17m），共注漿20977.6t，通過對該陷落柱的注漿封堵，將北翼總回風巷2.2m3/min的出水徹底封堵，并使礦井涌水量由 17.5m3/min減少至 12.5m3/min；3＃陷落柱地面注漿封堵工程地面施工4個注漿主孔、6個分支孔及一個檢查孔 （4742.97m），共注漿59731t，通過對該陷落柱的注漿封堵，使礦井涌水量由12.5m3/min減少至7.5m3/min，同時極大地改善了礦井的水文地質條件，對工作面的安全開采提供了強有力的保障。

3.工作面底板預注漿加固改造和局部疏放水

從第二個工作面開始，在工作面回采前采用底板預注漿加固改造和局部疏放水的方法進行工作面綜合防治水工作。通過不斷探索總結，對斷層附近重點加固，將加固目的層延深到山伏青灰巖含水層，甚至大青灰巖含水層。注漿后的效果達到了將裂隙充填密實，使強含水層段變為弱含水層段，甚至為隔水層段的目的。再結合工作面附近小范圍的局部疏放水，從而避免工作面回采期間的底板突水。

二、礦井水處理

1.井下澄清系統處理

梧桐莊礦礦井水屬于典型的高礦化度礦井水，礦井水在流經采煤工作面和巷道時，會帶入大量煤粉和巖粉等懸浮顆粒，致使礦井水懸浮物顆粒SS含量達到180mg/L。經過井下澄清系統的除沙、絮凝、沉淀等流程可去除大量的懸浮物。

（1）混凝劑選擇聚合氯化鋁PAC，并且確定PAC最佳投加量為30mg/L。

（2）助凝劑PAM加藥量的確定：絮凝劑PAM的最佳投加量為2.0mg/L。

2.地面石英沙過濾處理

礦井水經井下澄清系統處理后由井下提升系統送至地面無閥多介質過濾系統，其產水再經二氧化氯消毒。

濾料采用石英沙均質濾料，濾層厚度1.2m，反沖洗系統采用長柄濾頭配水配氣系統。濾池運行由PLC自動控制，在過濾過程中根據濾池內的水位變化情況自動調節濾池出水管上的氣動調節閥開啟度，當濾池過濾時間或水頭損失達到設定值時，濾池自動進行反沖洗，濾池反沖洗排水排入調節池。

三、礦井水的利用

煤礦礦井水處理后的水供給井下消防降塵灑水、工作面底板預注漿加固用水、地面矸石山灑水等，節約了水資源。每年可減少排放懸浮物，減輕了對地表水環境的污染，減少了水體中污染物總量，環境效益良好。

礦井水凈化處理后作為生產用水可以減少地下深井水的開采量，節約地下水資源，保護礦區地下水和地表水的自然平衡；可以解決過度開采地下深井水帶來的環境問題，可促進工農關系，也有利于當地經濟的發展；可以解決礦區用水和水資源的矛盾，保證正常生產和經營，提高綜合效益，促進礦區的可持續發展。

四、礦井水的回灌

1.地下水回灌技術方法

采用管井注入法。回灌目的層為奧陶系中統馬家溝灰巖，奧陶系以上地層全部用套管止水封閉，奧陶系用祼孔有利于回灌和節省費用。

利用地面標高與奧灰含水層水位標高差（100m），將經過凈化和消毒的礦井水回灌至奧灰含水層中儲存起來。

2.回灌工程可行性分析

（1）水文地質條件的可行性

梧桐莊礦礦井地下水屬于相對獨立的深循環水文地質單元，側向邊界水量交換很少；區域性水文地質條件特征屬于排泄滯緩區，具備回灌、存貯高礦化度水的基本地質構造條件。梧桐莊礦礦井水回灌目的層為奧陶系中統馬家溝組灰巖，該含水層厚度大，介質巖性滲透系數高，透水能力強，比較適合地下水人工補給。

（2）回灌水處理水質的可行性

礦井水經混凝反應、斜板沉淀、石英沙過濾后，出水中再加投二氧化氯消毒后可有效殺滅微生物，防止微生物大量繁殖堵塞回灌井，滿足地下水回灌水質要求。

（3）回灌工程方案的可行性

回灌量可行性分析。從模型預測結果看，以450m3/h回灌8～10年，奧灰水的流場不會產生顯著變化，礦井排水67%來自奧灰水情況下，邊界水位上升幅度0.3m～1.2m之間；礦井排水80%來自奧灰水情況下，邊界水位上升0.2～0.75m，完全不會改變井田奧灰水與井田周邊奧陶系地下水的補給關系，井田水動力條件不會產生明顯的變化。

回灌方式可行性分析。現場表明，礦井水回灌奧陶系中統馬家溝灰巖含水層試驗比較成功，表明礦井水回灌工程方案具有可行性。

間斷回灌與不定時回揚回灌試驗。回灌過程中，各種沉積物質使井下逐漸堵塞，為了清除堵塞含水層和回灌井的雜質，在進行回灌時必須進行回揚。

五、生態環境保護

從建立防治水工作程序入手，系統研究礦井水害防治與水資源利用一體化的保水開采模式，有效控制了井下出水并對原出水點進行了有效封堵，以保護礦區重要的地表和地下水資源，為礦區及附近城鄉的可持續發展奠定基礎。

將煤礦礦井水處理后作為煤礦工業用水，不僅解決了礦區缺水問題，而且充分利用了礦井水資源，節省了地下水資源，具有明顯的環境效益。

高礦化度礦井水進行處理回灌之后，既回補了礦區地下水，控制了地面沉降，也不會造成對地下水的污染，確保了煤礦的綠色開采，實現了煤礦污水的零排放，保護了礦區周邊地區生態環境，促進了當地生態經濟的可持續發展。

六、結論

通過圍繞地下水控制、處理、利用、回灌與生態環保五位一體優化結合綜合技術研究成果而實施的一系列系統工程，徹底把梧桐莊礦由治水轉變為防水；由地下水資源流失與突水事故轉變為保水開采。實現“零排放”，真正達到環保綠色開采的目標；徹底把梧桐莊礦由水害嚴重、排放污染轉變為保水開采、生態環保，使礦山變成了綠色礦山、和諧礦山，保證了礦井的可持續發展。