礦井水資源優(yōu)化配置的方案研究

張繼武

（甘肅煤田地質(zhì)局一三三隊，甘肅 白銀 730913）

為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，研究學(xué)者們陸續(xù)開展了對水資源開發(fā)和利用的研究、配合地區(qū)水資源合理分配的研究等工作。同時主要的礦產(chǎn)資源通常分布在干旱以及半干旱的地區(qū)，由于自然環(huán)境因素及人為的開采破壞，使得礦區(qū)的水資源逐漸變得短缺，進(jìn)一步導(dǎo)致社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾激增，水危機(jī)成為了當(dāng)前礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展的制約重要因素[1]。針對這一問題，對礦井水資源優(yōu)化配置的方案進(jìn)行研究。

1 礦井水資源優(yōu)化配置的方案研究

（1）礦井水資源供需量計算。礦井水之源的配置需要滿足水資源的供需平衡要求，在礦區(qū)范圍內(nèi)對水資源的供給及需求量之間的余缺關(guān)系進(jìn)行計算，保證礦井水資源平衡關(guān)系滿足下述公式：

公式中，Wa表示為供需量計算時間段內(nèi)巖溶水補(bǔ)給量，單位為m3/s；Wb表示為供需量計算時間內(nèi)巖溶水的開采量；單位為m3/s；△W表示為巖溶水在供需量計算時間內(nèi)的變化情況，單位為m3/s；Wia表示為降水入滲補(bǔ)給量，單位為m3/s；Wja表示為礦區(qū)河谷中滲透的補(bǔ)給量，單位為m3/s；Wbs表示為礦區(qū)排水回滲補(bǔ)給量，單位為m3/s。

礦井的泉域面積會受構(gòu)造與地層巖性控制，在天然環(huán)境下地下水徑流趨勢會由某一方向向另一方西鄉(xiāng)流動，最終匯集到低洼位置。因此，在計算礦井天然水資源時要將降水量直接入滲補(bǔ)給與河流滲漏補(bǔ)給，根據(jù)大氣降水的綜合入滲算法計算出礦井的平均補(bǔ)給量[2]。對于礦井中的河流滲漏段，除了雨季會有少量水資源流入外，其他季節(jié)無表流。因此，在其他季節(jié)河水資源的滲漏補(bǔ)給量主要依賴于水庫的放水滲漏，此時可采用實測的方法計算補(bǔ)給量。

（2）礦井水資源化配置模式選擇。礦井水資源化配置模式根據(jù)礦井不同位置分為疏供聯(lián)合模式和回灌模式。其中，疏供聯(lián)合模式主要針對于建立在田地周圍的礦井，通過田地分擔(dān)礦井中的水資源，實現(xiàn)疏水降壓，這種礦井的水資源是無法依靠礦井排水，從而將水位降低到安全的礦區(qū)。通常情況下，在礦井強(qiáng)徑流帶建立淺排水源地，從而達(dá)到將礦井水資源合理分配的目的。淺排水源地可以輔助礦井完成水資源的疏通，對于供水部門而言，可以滿足其供水要求的前提條件下，使礦井含水層中產(chǎn)生最小的水位降，并保證水孔與礦井疏干中心的距離。對于礦山部門而言，滿足其最小的排水量達(dá)到礦井疏干降壓的需要。回灌模式的配置方案是針對在處理廠附近的礦井，利用各類勘探技術(shù)找出含水層富水區(qū)域，再通過設(shè)置多個礦井水回灌井鉆孔，再利用地面標(biāo)高和實際含水層之間的高度差，將凈化后的礦井水資源回灌到預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)含水層當(dāng)中，實現(xiàn)對水資源的有效配置。圖1為礦井水資源回灌模式的配置原理示意圖。

圖1 礦井水資源回灌模式的配置原理示意圖

在進(jìn)行礦井水資源的優(yōu)化配置時還要充分考慮到礦井水、地表水以及地下水之間的關(guān)系，因此還需要構(gòu)建三者之間的管理模式。管理模式的目標(biāo)為提供最大供水量和最小供水費(fèi)用。管理模式的約束條件包括水利約束、水位約束、水量約束以及非負(fù)約束，水利約束是將礦井水資源含量與水位有機(jī)的結(jié)合。水位約束是將礦井水資源控制在地下水的水位降深的一定范圍，當(dāng)?shù)叵滤乃唤瞪畛潭容^低時對于礦井的安全無法起到預(yù)期的作用，而當(dāng)?shù)叵滤乃唤瞪畛潭冗^高時又會導(dǎo)致狂境內(nèi)的水資源平衡條件被破壞，造成嚴(yán)重的工程地質(zhì)問題，因此，根據(jù)礦井的實際選擇適合的水位范圍。

水靈約束條件為礦井總供水量應(yīng)小于天然水資源量。非負(fù)約束條件為配置目標(biāo)與約束條件中的各項涉及參數(shù)均保證為非負(fù)數(shù)。

2 實驗論證分析

（1）實驗準(zhǔn)備。選取某礦山企業(yè)開發(fā)的礦井作為實驗對象，將礦井各項參數(shù)信息引入到仿真實驗軟件當(dāng)中，并模擬不同季節(jié)和不同水位下，礦井中水資源的變化情況，分別利用本文提出的礦井水資源優(yōu)化配置方案與傳統(tǒng)礦井水資源配置方案對該礦井的水資源進(jìn)行控制，并分配到生產(chǎn)用水、工業(yè)用水、生活用水及綠化用水中。設(shè)置本文配置方案為實驗組，傳統(tǒng)配置方案為對照組，比較實驗組與對照組對水資源的利用情況。

圖2 實驗組與對照組實驗結(jié)果對比圖

（2）實驗結(jié)果及分析。根據(jù)本文上述實驗準(zhǔn)備完成對比實驗，并將實驗組與對照組的水資源分配情況記錄，計算出生產(chǎn)、生活。工業(yè)及綠化四中水資源利用類型平均每天的供水情況，并繪制成如圖2所示的實驗結(jié)果圖。

由圖2中的各項數(shù)據(jù)可以看出，實驗組在為生產(chǎn)用水、工業(yè)用水、生活用水以及綠化用水四個方面的水資源供水量均明顯高于對照組。主要原因在于，實驗組在對礦井水資源配置時，首先對礦井水資源供需量進(jìn)行了計算，從根本上預(yù)測了各個水資源利用類型所需的水量，并根據(jù)礦區(qū)位置選擇適合的配置模式，在降低水資源浪費(fèi)的同時，保證了水資源的充足供給。因此，通過對比實驗證明，本文提出的礦井水資源優(yōu)化配置的方案更能夠滿足于人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活所需水資源用量，同時為綠化建設(shè)提供有利條件，進(jìn)一步提高對礦井水資源的綜合利用率，具有更高的應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

通過本文研究實現(xiàn)了對礦井水資源的優(yōu)化配置，為礦山企業(yè)的供水量提高提供幫助，但本文仍存在某些方便的不足，因此在后續(xù)的研究中還將針對礦井水資源的合理配置進(jìn)行更加深入的研究，利用水文信息管理加強(qiáng)對水文及地質(zhì)資料的管理，并深入開展采空區(qū)的積水水量和水質(zhì)的探測及分析研究。