撫順東露天礦防排水系統(tǒng)及水害防治措施

王 洋，李煥忠

（撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司東露天礦，遼寧 撫順 113003）

煤礦水害是煤礦生產(chǎn)常見的災(zāi)害類型之一，不僅影響煤礦的生產(chǎn)工作，還威脅員工的生命安全。近年來，我國煤礦淹井事故的發(fā)生有所減少，但防治水的工作仍然不容忽視[1]。在露天煤礦開采過程中，防排水工作是一項重要組成部分。煤礦生產(chǎn)經(jīng)營中，經(jīng)常受到水資源的危害，一旦出現(xiàn)水災(zāi)，會影響礦井的正常生產(chǎn)運(yùn)營，給整個生產(chǎn)系統(tǒng)帶來不同程度的破壞，甚至造成人員傷亡，做好礦井的防治水工作非常重要[2]。隨著撫順東露天礦不斷降深開采，建立與生產(chǎn)實(shí)際相配套的防排水系統(tǒng)，合理劃分坑下匯水區(qū)域，并使各泵站蓄水池容積和儲排平衡關(guān)系滿足需要，提高綜合防汛能力，采取科學(xué)有效的水害防治措施，從而保障礦山安全生產(chǎn)。

1 東露天礦概況及防排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

撫順地區(qū)地處中溫帶，屬寒冷濕潤的大陸性氣候。主要特點(diǎn)是：夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。撫順地區(qū)年平均氣溫6.6 ℃，夏季最高氣溫可達(dá)36.3 ℃，冬季最低可達(dá)-40.3 ℃。撫順地區(qū)年平均降雨量808 mm，據(jù)資料記載，歷年最小降雨量460 mm，最大降雨量1 135 mm，其中月最大降雨量575 mm，多集中在7—8 月份，年平均蒸發(fā)量1 450 mm。

1.1 含水層特征

在東露天礦田區(qū)域內(nèi)有3 個主要含水層，即沖積層含水層、泥灰?guī)r含水層及凝灰?guī)r含水層[3]。

1）沖積層含水層。本區(qū)內(nèi)沖積層厚度2.5～15 m平均為6 m，其總的變化趨勢為由南向北逐漸增厚。地下水經(jīng)過沖積層到東露天礦坑下，沖積層含水層的含水度較大，滿足良好的供水條件，其一方面補(bǔ)給與渾河水有關(guān)，另一方面也與日常大氣降水有關(guān)。根據(jù)鉆孔抽水實(shí)驗結(jié)果，其滲透系數(shù)k=92.80～10.27 m/d，影響半徑R 為164.0～204.8 m。鉆孔測定的該含水層單位涌水量g 為2～3.51/s.m。

2）泥灰?guī)r弱含水層。該含水層屬于綠色泥巖及頁巖系，位于沖積層與油頁巖之間，由斷層和裂隙所構(gòu)成，其充水程度與其自身的裂隙大小有關(guān)，層厚250～400 m。該含水層的滲透系數(shù)k=0.065 m/d，屬弱含水層。

3）凝灰?guī)r弱含水層。凝灰?guī)r含水層位于本層煤下部，層厚20～40 m，在本區(qū)南部該含水層直接與第四紀(jì)沖積層相接觸，其埋藏深度各有不同，在E5800、S280 處埋藏深度約有80 m，而在E7161、S628 處，埋藏深度僅有27 m，其滲透系數(shù)k=1.178～0.228 m/d，該層在露頭處水量補(bǔ)給直接受上覆沖積層含水層和大氣降水所控制。

1.2 充水因素和東露天礦防排水現(xiàn)狀

根據(jù)東露天礦水文地質(zhì)條件及開采形式，充水因素主要有第四紀(jì)沖積層自然涌水和大氣降水2 方面因素。其次為原煤層采空區(qū)存有的極少量老窯水。通過該礦這幾年開采揭露實(shí)見，其淺部舊采空區(qū)的充填體壓實(shí)率達(dá)95%以上，只有在充填體內(nèi)含有少量積水，該水對東露天礦煤炭和油母頁巖富礦的開采沒有影響。

防排水系統(tǒng)建設(shè)要考慮到地貌、地質(zhì)、生產(chǎn)工藝等因素，必須全面規(guī)劃、科學(xué)設(shè)計、合理建設(shè)[4]。東露天礦礦坑總匯水面積913.00 萬m2，劃分6 個匯水區(qū)域，即東部泵站匯水區(qū)域、西南泵站匯水區(qū)域、西北泵站匯水區(qū)域、隧道泵站匯水區(qū)、萬新泵站匯水區(qū)域、坑底移動泵站匯水區(qū)域，各自匯水區(qū)域內(nèi)分別建有泵站和防排水系統(tǒng)。礦坑周邊建有東一段水溝、東二段水溝、東三段水溝、東四段水溝、新屯疏水隧道、萬新至新屯疏水隧道、老虎臺暗渠、東崗水溝、綠都水溝、西四段水溝等地表截流設(shè)施，使地面匯水不進(jìn)入坑下。東露天礦防排水設(shè)施主要負(fù)責(zé)將地面的匯水分別引流到渾河、海新河之中，從而保證坑下正常有序作業(yè)。

2 防治水工作需注意的問題

1）防排水系統(tǒng)需要完善。排水系統(tǒng)是煤礦開采順利進(jìn)行的重要途徑，因此需要采取有效措施加強(qiáng)排水系統(tǒng)建設(shè)，以滿足煤礦開采需求[5]。隨著礦山的開采和地質(zhì)條件的變化，防排水系統(tǒng)的建設(shè)和配備上應(yīng)該符合國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，比如排水管路型號與排水泵是否配套、蓄水池容積是否達(dá)到要求、泵站的儲排平衡關(guān)系是否滿足需要等。如果發(fā)生水災(zāi)事故，防排水系統(tǒng)建設(shè)的不完善，將很難對水災(zāi)進(jìn)行及時有效地控制。

2）汛期災(zāi)害預(yù)防要做到位。受地理工作環(huán)境的影響，在遇到暴雨等災(zāi)害性天氣時，容易造成坑下部分場所被水淹沒，甚至?xí)?dǎo)致礦山出現(xiàn)洪水、泥石流的情況，進(jìn)而引發(fā)水災(zāi)事故。其次，海新河的防汛預(yù)防工作，提前排查堤壩和周邊的薄弱環(huán)節(jié)，制定應(yīng)對預(yù)防措施，防止海新河的決堤給東露天礦帶來環(huán)境的惡化和作業(yè)現(xiàn)場的破壞。由于設(shè)備的維修和更換都需要大量的資金，從而提高煤礦的生產(chǎn)成本，直接影響煤的經(jīng)濟(jì)效益[6]。

3 防排水系統(tǒng)儲排平衡關(guān)系

3.1 計算參數(shù)和礦坑總涌水量

按撫順地區(qū)50 年一遇標(biāo)準(zhǔn)降雨量及水泵運(yùn)行時間按1 日20 h 計算。各匯水區(qū)地下水涌水量是在設(shè)計泵站時進(jìn)行實(shí)測，并參考東露天礦《初步設(shè)計》提供的數(shù)值進(jìn)行計算。撫順地區(qū)50 年一遇降雨標(biāo)準(zhǔn)降雨量表見表1。

表1 撫順地區(qū)50 年一遇降雨標(biāo)準(zhǔn)降雨量表

東露天礦礦坑地下自然涌水量為958 m3/h，水量變化較為恒定。礦坑總匯水面積913 萬m2，當(dāng)50年一遇降雨時，1 d 降雨185.5 mm，礦各匯水區(qū)匯水面積及逕流系數(shù)見表2。各泵站均按“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，其總的日最大排水能力為43.23萬m（3小時最大排水能力2.16 萬m3）。所有泵站蓄水池的容積為59.84 萬m3，1 日最大涌水量為60.82萬m（3小時最大涌水量2.53 萬m3），剩余量為42.25萬m3。

表2 東露天礦各匯水區(qū)匯水面積及逕流系數(shù)表

徑流量=匯水面積（m2）× 降雨量（m）/小時×徑流系數(shù)。

3.2 東露天礦各泵站儲排平衡關(guān)系分析

1）東部泵站。東部泵站匯水面積為287.00 萬m2，蓄水池容積4.5 萬m3，KQSN400-N6W/570 型號水泵3 臺，流量1 658 m3/h，揚(yáng)程74 m。東部泵站“50年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表3。

表3 東部泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系表

2）西南泵站。西南泵站匯水面積約201 萬m2，蓄水池容積12.0 萬m3，350S-125A 型號水泵3 臺和350S-75A 型號水泵2 臺，流量分別為1 181 m3/h 和1 170 m3/h，揚(yáng)程分別為112 m 和65 m。西南泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表4。

表4 西南泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系核定表

3）西北泵站。西北泵站匯水面積約95 萬m2，蓄水池容積11.6 萬m3，KDOW200-800B 水泵2 臺 和350S-26A 水泵2 臺，流量分別為625 m3/h 和1 116 m3/h，揚(yáng)程分別為170 m 和26 m。西北泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表5。

表5 西北泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系核定表

4）隧道泵站。隧道泵站匯水面積約65.0 萬m2，蓄水池容積1.4 萬m3，12SH-6A 型號水泵1 臺和350S-125A 型號水泵1 臺，流量分別為756 m3/h 和1 181 m3/h，揚(yáng)程分別為78 m 和112 m。隧道泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表6。

表6 隧道泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系表

5）萬新泵站。萬新泵站匯水面積43.2 萬m2，蓄水池容積3 500 m3；350s-75A 型號水泵2 臺，流量為1 161 m3/h，揚(yáng)程24 m。萬新泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表7。

表7 萬新泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系表

6）坑底移動泵站。坑底移動泵站匯水面積221.8萬m2，蓄水池容積12.34 m3；泵船1 座；250D-4A 型號水泵2 臺，流量450 m3/h，揚(yáng)程180 m。坑底移動泵站“50 年一遇”暴雨標(biāo)準(zhǔn)儲排平衡關(guān)系見表8。

表8 坑底移動泵站匯水區(qū)儲排平衡關(guān)系核定表

4 水害防治措施

4.1 汛期前的水害預(yù)防措施

1）在每年7 月汛期來臨前，對全礦坑下防排水設(shè)施開展全面安全大檢查和隱患排查，完成坑下防排水系統(tǒng)的檢修和重要防排水的新建工程。

2）當(dāng)設(shè)施位置不高于當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位時，必須根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況按照要求標(biāo)準(zhǔn)修筑堤壩、排水溝等有效防洪措施。

3）坑下排土場保持平整，不得有積水，周圍修筑截泥、防洪和排水設(shè)施。排水溝要采取日常巡查和清淤工作，防止?jié)B漏、倒灌或漫流。

4）當(dāng)采場內(nèi)有滑坡區(qū)時，應(yīng)在滑坡區(qū)周圍采取截水措施。當(dāng)水溝經(jīng)過有變形、裂縫的邊坡地段時，應(yīng)采取防滲措施[7]。

5）地表及邊坡上的防排水設(shè)施，應(yīng)避開有滑坡危險的地段。用露天采場深部做儲水池排水時，必須采取安全措施，備用水泵的能力不得小于工作水泵能力的50%。

6）汛期前對海新河上下游重新進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，掌握堤壩溢流點(diǎn)、溢流方向和匯水區(qū)域，完善海新河緩沖系統(tǒng)和洪水溢流系統(tǒng)。

7）由于該礦為復(fù)采井工礦采過的煤層，煤層中遺留大量水沙充填的舊采跡，隔水煤壁也會因自然沉降出現(xiàn)松動和裂隙，如果采煤坑底出現(xiàn)積水，會通過舊采跡泄漏到老虎臺井下，威脅老虎臺礦的安全生產(chǎn)，應(yīng)預(yù)防上部排水溝渠向坑下跑水。

4.2 汛期中的水害防治措施

1）當(dāng)采區(qū)含水影響采礦工程正常作業(yè)時，應(yīng)超前采取疏干工程，保證采礦工程安全。

2）因疏干地層含水地面出現(xiàn)裂縫、塌陷時，應(yīng)在影響范圍增設(shè)防護(hù)設(shè)施，并設(shè)立安全警示標(biāo)志，采取有效安全措施。

3）地下水影響較大和已進(jìn)行疏干排水工程的邊坡，應(yīng)進(jìn)行地下水位、水壓及涌水量的觀測，分析地下水對邊坡穩(wěn)定的影響程度及疏干的效果，制定地下水治理措施[8]。

4）汛期時所有泵站水位降至最低水位，同時，做好坑底采區(qū)設(shè)備的避險工作，就近選擇安全地點(diǎn)避險，保證人員及設(shè)備的安全。

5）因地下水水位升高，可能造成排土場或采場滑坡時，必須進(jìn)行地下水疏干[9]。

6）與老虎臺礦建立聯(lián)動機(jī)制，及時收集老虎臺礦采煤沉陷監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨時調(diào)整礦區(qū)內(nèi)的大氣降水匯水和徑流，以防礦區(qū)內(nèi)的積水向老虎臺礦滲漏。

5 結(jié)語

通過對東露天礦防排水系統(tǒng)和各泵站儲排平衡關(guān)系的分析研究，東露天礦防排水設(shè)施健全，同時，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際采取有效水害防治措施，強(qiáng)化“三防”工作，確保安全度汛，從而促進(jìn)東露天礦安全生產(chǎn)。