1930煤礦河流改道方案研究①

摘 要：艾維爾溝河流經1930煤礦，影響井下采礦安全生產。通過對1930煤礦研究區河床流域的地形地貌、地質采礦、地表水流量、導水裂隙帶及其他保護建筑設施的分析研究，提出可行的河床改道的三個方案，依據各比較方案的技術可行性、施工長度、利用已建排洪渠長度、投資額度等指標進行綜合技術經濟比較分析，最終確定艾維爾溝河床改道優化方案，解放老河床下壓煤約1400萬t。

關鍵詞：河流改道 地表水 導水裂隙帶 方案優化

中圖分類號：：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0022-02

近年來，國內外學者對水體下采煤進行了深入的研究。徐良驥等對地表水的治理作出了深入的研究[1-2]；高文華等用不同的方法對工程方案進行優化[5-6]；楊鵬年等在河流改道工程設計實施上總結了方法和經驗[7]，取得了大量突破進展[8-10]。但是類似1930礦區煤層群開采、埋藏深度不足50 m、煤層厚、覆巖中硬、河水流量大等復雜地質條件下幵采所面臨的技術難題并沒有得以解決，且少有工程實踐借鑒。在前人研究的基礎上本文利用數值模擬的方法預測裂隙帶高度，從而確定保護層厚度和最大裂隙帶到設計河道距離，運用技術和經濟的比較選出最終可行性方案，提高了礦井煤炭資源的利用率，延長了礦井服務年限。

1 礦井地表水文地質概況

1930煤礦位于艾維爾溝礦區中東部，北距烏魯木齊市130 km。地處天山山區見圖1所示。礦區地層露頭良好，出露的地層中和地表水有互補關系的第四系沉積層最厚可達40 m以上，其位于地下水混合水位以上，區域地理特征及水文地質條件決定其不具軟化及泥化作用，工程地質性能較為穩定。研究區范圍內河谷基巖裸露且谷坡高陡，沖刷作用和物理風化作用強烈，土層以砂礫為主，植被極其稀少，透水性極強。

2 改道方案選擇

2.1 改道原則

垂直方向上和水平方向上遠離開采煤層的原則，少壓煤或不壓煤。沿著煤層走向方向的河段占整個河段的絕大部分，不壓煤，可以安全進行河下采煤；充分利用巖體隔水層；充分考慮艾維爾溝河道排洪、防洪能力，防止地表洪水涌入采空區，導致井下水災災害發生；利用部分現有工程，以便節省投資；考慮河道改道工程初期投入，提高礦井經濟效益和社會效益。

2.2 建立河床改道方案及優化

（1）建立河床改道方案

根據艾維爾溝1930改擴建后的井田范圍、地質地形、煤層賦存條件、河流分布及河水的流量和在垂直方向上盡量遠離開采煤層的原則等綜合考慮，在現場踏勘的基礎上，經過實地測量和論證，最終確定三個備選方案見圖2所示。

方案一：在光明溝以東開口，即從已建防洪渠1+350光明溝納洪口下游開口，然后橫穿老河床至南側山腳，沿山腳向東1150 m處導入南側沖溝內，沿采區南側山間自然沖溝向東，在1930材料庫房處折向原河床，接入1930大橋。

方案二：在2130煤礦以東開口，即從已建排洪渠樁號0+600處開口，然后橫穿老河床，與方案一在南側山根起點處匯合。

方案三：從已建排洪渠樁號0+000處開口，工程將原河床改到公路北側，防洪渠全長3.155 km，現狀已施工完成2.0 km，其余1.155 km土方開挖已完成，未進行襯砌。

（2）河床改道方案比較

根據1930煤礦煤層的賦存條件和三個方案的位置，選擇9號勘探線進行數值模擬，開采5號煤層后，隙帶發育的最大高度見圖3。從圖中可以看出裂隙帶發育的最大高度為79 m，其上部的裂隙帶高度為60 m，平均69.5 m，計算裂隙帶距離地表最近距離為70 m。三個方案比較，方案一和二符合安全開采要求，方案三具有安全隱患，技術上不可行。

通過施工長度、利用已建排洪渠長度、投資額度等項目對方案一和方案二進行技術經濟比較，如表1所示。

方案一除了東邊界改造后的河道的一部分要留設保護煤柱外，其余部分均不用考慮保護煤柱的留設問題，為推薦方案。

2.3 河流改道經濟效益分析

依據方案一，河流改道后解放老河床下壓煤約1400萬t，回收率取70%，可以多采出煤炭約980萬t，延長礦井服務年限6.5 a，按目前市場噸煤利潤100元計算，預期總利潤約98000萬元。新河道建設工程總費用（設計、監理、勘察、施工、草原補償、其他費用）約5204.39萬元，噸煤投資57.83元，投資回收期6個月，經濟效益顯著。

3 結語

（1）根據1930煤礦實際地質條件，提出了艾維爾溝河流改道三個備選方案。

（2）對河流改道方案進行技術經濟比較，確定了最優方案，為1930煤礦河床下開采提供了支撐和保證。

（3）推薦方案在現場進行了實際應用，實現了安全高效開采，取得了顯著經濟效益，研究成果對同類礦井也具有借鑒意義。

參考文獻

[1]徐良驥，嚴家平.煤礦塌陷區地表水系綜合治理[J].煤炭學報，2007（5）：469-472.

[2]鄒君，劉蘭芳，田亞平，等.地表水資源的脆弱性及其評價初探[J].資源科學，2007（1）：92-98.

[3]高文華，張志敏，朱建群.基于模糊BP神經網絡的深基坑支護方案優選[J].中國安全科學學報，2006（7）：4-8+1.

[4]金菊良，劉永芳，丁晶，等.投影尋蹤模型在水資源工程方案優選中的應用[J]. 系統工程理論方法應用，2004（1）：81-84.

[5]張瑜瑜，楊鵬年，周文，等.某河流改道工程對區域地下水動態的影響[J].水利與建筑工程學報，2013（5）：189-193.

[6]楊宗震，王吉才，陸飛偉.淮南煤礦進行“三下”采煤的技術對策[J].煤炭學報，1994（1）：5-14.

[7]孫亞軍，徐智敏，董青紅.小浪底水庫下采煤導水裂隙發育監測與模擬研究[J]. 巖石力學與工程學報，2009（2）：238-245.

[8]薛少波，武雄，徐能雄.大型水庫下壓煤開采研究思路思考[J].中國煤炭地質，2008（S1）：47-49.