露天煤礦冬季疏干排水方法研究與應用

摘要：本文主要論述了南露天煤礦在橫采內排實現后，南采區南部到達底部境界的條件下，采場涌水量較小，無法滿足離心泵持續抽水的要求，而間歇抽水又會導致在冬季疏干時管道內無法及時放出的殘留水凍結管道。為解決冬季疏干的難題，保證冬季疏干排水持續進行，滿足采場推進和排土場跟進的安全要求，結合該區域現場匯水實際以及可利用的設施設備，探索出了半地下井疏干排水方法。經過2017年冬季的實施運行，達到了冬季少量持續疏干的效果，確保了冬季采煤的生產需要。

關鍵詞：疏干排水 ?半地下井疏干 ?涌水量 ?地下水 ?明排

1.引言

霍林河礦區屬高寒地區，冬季寒冷而漫長，冬季采用明排的疏干排水方式，會在疏干管道安裝、移設、檢修等方面帶來了很大的困難，此外，如遇雪天路滑，管道巡視工作會存在諸多安全風險，也會導致管道凍結。如果冬季疏干排水停滯，地下水將匯集到采場底部的集水坑，只能到下一年度天氣轉暖時恢復明排疏干系統進行疏干排水工作。經過一整個冬季的水量積累，伴隨著采礦工程的開拓和降深，采場底部地下水位逐漸增高，甚至會淹沒一部分煤層，巨大的積水量會給下一年度生產起步時帶來很大壓力。為避免出現這種現象，根據采礦工程的需要，一定要在冬季進行疏干排水工作，南露天煤礦探索出了利用建立半地下井的疏干技術，在冬季進行超前疏干排水，確保冬季疏干排水與采礦工程協調發展。

2.礦區水文地質情況及南礦疏干排水現狀

本區內主要含水層有3個，第四系砂礫石含水層，煤系風化帶含水層，火山碎屑巖裂隙含水層。[1]

松散層砂礫石含水層廣布全區，大面出露在漫灘、山前平原地帶，主要由細砂、礫石、砂礫石組成，厚度1.27m～47.6m，單位涌水量0.134L/s·m～1.361 L/s·m。

煤系風化帶含水層（J3-K1h3）主要為粉、細砂巖及煤層孔隙，裂隙潛水，局部承壓。含水層厚度東部較厚，平均為58.078m;西部較薄36.79m，主要大氣降水補給。單位涌水量0.696 L/s·m～1.7 L/s·m。

火山碎屑巖裂隙含水帶（J3）主要為風化裂隙含水或構造裂隙帶充水，含水程度受裂隙發育控制，具明顯的不均一性，往往呈條帶狀分布，由于其上覆為泥巖（J3～K1h2），在某些部位地下水具承壓性，水頭高出地表。直接受大氣降水及上覆第四系含水層越流補給。

3.半地下井暗排疏干技術的提出

從2015年開始，采場工作線已由縱采工作線逐漸轉為橫采工作線，經過近兩年的疏干排水工作，南采區21#煤水位標高由716水平降至656水平，到2017年11月份南部350米范圍到達露天開采的底部境界。如果按照以往明排疏干[2]排水作業模式（冬季疏干排水暫停）將會帶來以下問題：

一是采場含水層積水及雪融水匯至采場底部，經過冬季四個多月的水量積累，待春季開始疏干排水時，短時間內很難完成大量的排水工作，無法及時配合采礦工程，疏干排水工作肩負著巨大的壓力;二是當冬季排土作業時，最下部排土臺將會被集水坑浸泡，會嚴重影響到排土場的邊坡穩定，極易造成排土場滑坡。

為了解決上述問題，確保冬季疏干排水安全穩步進行，南露天煤礦探索疏干排水新方法，結合南露天煤礦的氣候和水文地質等情況，對傳統的疏干排水方法進行融合創新，確定了利用半地下井進行疏干的新方法。

4.半地下井疏干系統的構成及技術特點

4.1半地下井疏干系統的構成

在采場到界位置底部水坑邊緣挖掘一處深約7米、容積150立方米的集水坑，利用廢舊直徑108mm的鋼管加工成米字型框架作為底座，上面蓋5mm厚的鋼板作為集水坑頂蓋，在其上面合適位置開4個直徑220 mm的孔洞，用于安裝更換水泵及水位觀測。

水泵房放置在集水坑頂蓋上，水泵房外部四周用碎煤進行封堵密封，內部泵房根部與鋼板接觸位置用發泡膠密封。在泵房頂部正對水泵位置開2m*2m的天窗，水泵與主管道之間采用逆止閥連接，方便檢修和安設水泵。

配備揚程為160m的20m3/h和50m3/h多級潛水泵各2臺，排水系統的能力可在20m3/h至140m3/h范圍內調節，根據水量情況開啟水泵的型號和臺數進行不間斷抽水。隨著積水的排出，泵房外部的地下水不斷涌入集水坑。

水泵房外使用粒度小的物料將泵房外圍密封，泵房內放置2臺2000W的恒溫電暖氣為泵房供暖，保持室內溫度在零度以上，防止水泵和閥件凍傷。

4.2主要技術特點

4.2.1采用明排與暗排相結合，集水坑以外的積水通過自流不斷進入泵房下面的集水坑，該系統具有匯水量大，實現集中控制，不受氣溫影響等優點。

4.2.2半地下井深度7m，通過下泵孔可觀察井下情況，水泵出現故障時使用吊車將水泵吊出集水坑維修，無需人員下井檢查維修，處理故障方便。杜絕了受限空間作業中的安全風險。

4.2.3泵房內采取保溫措施，可有效避免水泵、管路、閥件和及其它配件凍傷的現象。

4.2.4通過對水位的觀測，了解某段時間內涌水量的最大值與最小值等涌水規律對未來涌水量進行預判，配置與涌水量相匹配能力的的4臺水泵，相互形成備用水泵，輔以應急發電車，可靠度大大提高。只要有一臺水泵作業即可保證在水位過低或者部分水泵檢修時不間斷抽水，從而避免了管道凍結。

5.結語

通過半地下疏干系統的使用改變冬季疏干排水作業中隨著水位下降不斷重新挖掘集水坑、移設水泵、疏干管路的重新焊接及抽水間斷時管路防凍等工作帶來的安全風險。避免了因低溫下室外作業造成人員凍傷。冬季疏干排水的正常持續進行保證了底部煤炭采出順利進行，防止了煤炭帶水運輸造成路面結冰、破碎系統粘堵進而影響車輛運輸和煤炭加工效率。

參考文獻

[1]霍林河一號露天煤礦改擴建工程修改初步設計[M].中國沈陽設計研究院.2006，

[2]趙艷娥.露天煤礦疏干排水方式的探討[J].內蒙古師范大學學報，2003（4）

作者簡介：侯國棟，男，1987年3月出生，內蒙古霍林郭勒人，采礦工程本科學歷，工程師職稱，內蒙古霍林河露天煤業股份有限公司南露天煤礦，從事生產管理工作。