短路徑“疏干-回灌”水循環數值模擬及回灌研究

李 穎，楊 卓，程 麗

(中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司 綠色礦山規劃設計所，遼寧 沈陽 110015)

露天煤礦具有生產安全、資源采出率高、高產高效等優點，近年來得到快速發展，但是為消除開采過程中地下水引發的地質災害，開采時需將地下水抽出以降低含水層水位，但該方法造成地下水資源量衰減甚至枯竭，同時排水形成的巨大排泄區影響范圍遠大于礦坑面積[1]，由此產生的環境負效應尤為突出[2]。由于疏干水量大且不穩定，直接綜合利用難度較大，所以疏干水外排需要在系統外尋找新的排泄區來接納，由此導致原有的補給-排泄平衡被打破[3-4]。同時大量的疏干水排放引發了地表生態環境破壞等問題[5]，對系統外產生了難以逆轉的影響。

露天煤礦采用降水井疏干法抽出的疏干水屬于潔凈水源，直接通過密閉管路和井回灌至原含水層中，水質未受污染，相較于其他回灌水源更能保證原地層水質不受干擾[6-7]。地下水回灌在水源熱泵工程中已廣泛應用，并在各地的地下水管理條例里對同層等量回灌進行了規定。因此，將疏干水有計劃地回灌至原含水層對地下水系統進行補給，是保持露天煤礦區域地下水系統平衡的方法，避免由疏干和排水造成的水資源破壞及不良環境影響產生，是實現露天煤礦綠色開采中保護水資源的有效手段之一。

國外學者PETER Dillon在2005年曾論述采用鉆井灌注或溝渠(水池)入滲等方式進行回灌，對于抬升松散層中的水位標高、改善地表植被的取水環境等具有良好的促進作用[8]，美國開展回灌研究最早最多，并最先出臺了回灌水質的水法政策，制定了回灌水處理工藝要求的相關規范。我國有梧桐莊煤礦向奧陶系含水層回灌實現礦井水零排放、中關鐵礦向強徑流帶回灌單孔回灌能力達到496 m3/h等實例[5]，已有采空區儲水[9-10]、備用蓄水和廢棄煤礦轉成地下水庫[11-12]的回灌試驗研究。目前我國已經有許多通過回灌技術控制基坑降水對周邊建筑環境影響的成功案例[13-14]，但針對生產露天煤礦開展地下水回灌以解決疏干排水問題的研究報道較少。

在維護采礦安全生產基礎上，減輕煤炭開采對地下水的影響，以降低地下水系統內水量衰減程度、保障疏干水量相對穩定、實現地下水系統內部循環為目標，筆者嘗試利用注水回灌解決疏干水排放問題，創新性地以生產露天煤礦為研究對象，構建疏干-回灌協同開采地質模型，開展在降落漏斗[15]范圍內的疏干水同層回灌的疏干技術研究，為露天煤礦疏干水零排放提供新思路及基礎參考。

1 短路徑地下水循環疏干理論

1.1 短路徑地下水循環疏干概念

短路徑地下水循環是指含水層中的水在降落漏斗范圍內重新進入含水層參與地下水循環的過程。水由抽水井(疏干井)排出，經回灌井注入含水層重新成為地下水，并在含水層空間內流動，至疏干井再次排出含水層形成往復循環，構成一個以疏干井和回灌井為源匯項的補給-徑流-排泄水循環系統。該系統是以回灌井注水為地下水補給源，水井抽水為排泄方式，抽水井和回灌井之間的含水層空間為徑流路徑，水在抽水井與回灌井形成的人為限制邊界內循環。

短路徑地下水循環疏干是在基于短路徑地下水循環理論，在露天煤礦實現疏干的前提條件下，將疏干水重復注入含水層，臨時利用含水空間和水在含水層中循環的時間，換取采煤工作區安全開采的疏干方法。具體地說就是露天煤礦疏干井抽出的地下水(疏干水)，經管道供給回灌井并通過回灌井注入含水層中再次成為地下水，利用回灌注水在含水層中形成的注水反漏斗限制疏干影響范圍，并利用水在含水層運移的時間，控制水位和疏干采區地下水，是通過回灌注水把疏干水和含水層再次聯合起來控制地下水的方式。

圖1為短路徑地下水循環疏干系統示意，該系統由疏干井(群)、回灌井(群)、地面管路和疏干含水層組成。系統利用疏干與回灌形成的水位差誘導含水層內水的流動方向，采用回灌井圍成的邊界限制水的流入和流出，通過疏干水的循環抽注控制地下水和影響范圍。

圖1 短路徑地下水循環疏干系統Fig.1 Drainage system of short path groundwater circulation

1.2 短路徑地下水循環疏干數學模型

通過承壓水運動的基本微分方程建立短路徑地下水循環的疏干數學模型[16]：

式中，Kxx，Kyy，Kzz分別為沿主軸方向滲透系數，m/d；h為測壓水頭，m；Q為單位時間單位體積上垂直水量交換(疏干量、回灌量、降水或地表水入滲、越流補給等)，d-1；Ss為單位貯水系數，m-1；t為時間，d。

初始條件和邊界條件：

式中，h0為含水層的初始水位分布，m；Γ2為滲流區域的邊界；n為Γ2邊界的外法線方向；q(x,y,z)為邊界流量。

結合水均衡原理：

∑Qsg-∑Qhg=ΔVSs

式中,∑Qsg為疏干期內地下水系統疏干井抽出的水量的總和，m3；∑Qhg為疏干期內地下水系統回灌井回灌的水量總和，m3；ΔV為疏干期內地下水系統內部由短路徑地下水循環疏干產生的實際降落漏斗體積，m3。

根據數學模型得出，在短路徑地下水循環疏干初期階段，采區內含水層水位由高于含水層頂板降低至含水層頂板以下直至達到降深標高，疏干井抽水將含水層由承壓變為無壓，回灌井注水對疏干形成的降落漏斗形態反向疊加抑制漏斗向外擴散。隨著系統內降落漏斗形態的逐漸穩定，理想狀態此刻開始疏干量將等于回灌量，相當于回灌補給疏干，形成短路徑地下水循環。

1.3 短路徑地下水循環疏干理論關鍵問題

(1)疏干與回灌同步。采用疏水鉆孔疏放含水層的靜儲量，降低采坑內水壓或水位，同時向含水層注水，保證疏干與回灌同步。回灌注水形成的水帷幕可以阻止回灌井以外區域地下水對采區的補給，保護區域外水資源不受采礦疏干影響，保證回灌注水補給短路徑地下水循環系統正常運行。

(2)疏干流量穩定。為滿足露天礦安全需要和采掘進度計劃安排[17]，疏干工程量和設備選型均留有安全系數，實際疏干能力已偏大于設計值1.2倍以上，但疏干水量隨著疏干時間的延長逐漸降低，使疏干能力越來越偏大，導致疏干設備頻繁啟停或常處于效率低區工作，不但縮短設備使用壽命、造成能源浪費，還會引發疏干含水層水位波動。雖然，為了更好的控制地下水，使疏干井可以持續穩定量抽水，采用回灌補給地下水，可以增加疏干井的出水量，保證疏干水泵持續和正常效率工作。

(3)回灌量盡量接近疏干量。回灌水源均來自于疏干水，因此瞬時的回灌量不能大于同時刻的疏干量，所以總回灌量小于總疏干量，而系統穩定運行的目標是保證采坑內水位降深的情況下，盡可能多的增大回灌量，降低疏干對含水層水量衰減的影響。

(4)回灌井與疏干井距離短。回灌井與疏干井的距離涉及到地下水影響范圍和回灌的成本。用回灌的方法使回灌井以外地下水免受疏干影響，因此，回灌井距離疏干井越近對地下水的影響范圍越小，回灌井與疏干井距離越短，連接疏干井和回灌井的地面管路越短，疏干排水設備所需的能耗越低。

2 疏干-回灌協同開采水文地質模型

筆者以水均衡為理論基礎，采用FEFLOW地下水數值模擬軟件，依據短路徑地下水循環疏干理論，對露天煤礦疏干和回灌同時運行條件下的地下水流進行模擬[18-20]。以典型露天礦煤系含水層為例，建立承壓含水層多井抽水和注水同時進行的水流數值模型，模擬計算含水層在回灌注水同時進行的情況下，露天礦區含水層系統由承壓轉無壓的疏干過程。通過回灌注水在露天礦疏干降落漏斗范圍內建立人工水文地質邊界條件，縮小地下水循環系統，形成露天礦疏干排水短路徑循環模式，減少疏干水排放及對地下水環境的影響。

影響露天煤礦疏干效果的因素可分為自然因素和人為因素。含水層性質、補給和排泄條件等為自然因素，可以通過模型參數設置。人為因素是疏干井、回灌井的布設，可簡化為井之間的位置關系，包括回灌井之間的位置關系和回灌井與采坑或疏干井的位置關系2方面。其中回灌井之間的位置關系常用井間距離表示，當回灌井以采坑為中心環形布設時，回灌井數量即決定了井間距離。本次模擬回灌井按照單環形等間距布置，以露天采場“大井”中心(降水中心)為圓心，距離降水中心的距離L為半徑的圓形，2個回灌井之間的距離大于注水影響半徑，彼此間降深和流量不發生干擾。

在此，利用回灌井數量和回灌井距離降水中心的距離(L)2項基本條件的組合在的建立模型中進行試算，模擬計算各時刻、不同位置的含水層的水位以及疏干量和回灌量，通過指定疏干時間的采區中心殘余水頭判定疏干效果優劣。回灌井數量按疏干井數量與回灌井數量的比(1∶1，2∶3，1∶2，2∶5，1∶3)分5組，回灌井距離降水中心的距離(L)從800～3 000 m每百米間隔分23組，共試算115組。

2.1 回灌井數量與疏干效果的關系

圖2為短路徑地下水循環疏干時，各組試算的降水中心殘余水頭。圖2中1∶1，2∶3，1∶2，2∶5，1∶3為模型里疏干井數量與回灌井數量的比值。從試算結果可以看出，同一觀測時間，L相同時降水中心水位變幅僅相差零點幾米，這對于露天礦承壓含水層疏干而言影響極小，說明回灌井數量對短路徑地下水循環疏干效果的影響甚微。因此，短路徑地下水循環在不考慮回灌井成井質量和使用過程中出現的堵塞[21]等干擾回灌效果的問題時，回灌井的數量與疏干井數量相等。

2.2 回灌井距降水中心的距離(L)與疏干效果的關系

通過對回灌井距離降水中心的距離(L)從800～3 000 m不同組試算，得出降水中心殘余水頭，如圖2所示。當回灌井布設在距離降水中心800 m時，短路徑地下水循環疏干系統運行100 d，采區中心觀測孔殘余水頭為37.26 m，運行1 000 d時仍有25.16 m，沒有達到疏干的效果。當回灌井布設在距離降水中心2 300 m時，短路徑地下水循環疏干系統運行100 d，采區中心觀測孔殘余水頭為0.61 m，再增大L值，疏干效果基本無變化。可見，隨著L增大，殘余水頭值變小，疏干效果漸好，回灌井距離降水中心距離過短，不能滿足疏干要求，L過長疏干效果變化不明顯。所以，每個模型都可以根據疏干要求得出形成較好循環的距離段。對于本模型，滿足疏干要求100 d、采坑中心殘余水位不高于5 m，回灌井距降水中心的距離能形成循環的布設段為2 000～3 000 m。

圖2 回灌井數量與疏干效果對比Fig.2 Comparison of the number and dredging effect of recharge wells

2.3 疏干流量、回灌流量、L和時間(t)之間的關系

在能形成循環的布設段，不同時刻系統的疏干流量(Q1)、回灌流量(Q2)對比如圖3所示。圖3中正值為各時刻疏干井群的疏干流量之和、負值表示相應時刻的回灌井群回灌流量之和。當回灌井距降水中心的距離一定時，Q1先以穩定的疏干量持續一段時間后，隨著t的增加逐漸下降，最后趨于穩定。如圖3所示，在模型運行1 000 d后，對于L=2 000 m，疏干流量穩定在21 800 m3/d，為井群最大出水能力的91%。L=3 000 m的疏干流量由24 000 m3/d降至16 500 m3/d，疏干水量可穩定在群井最大出水能力的69%。相比較與不同L的試算數據，L越大疏干流量變幅越大。對于回灌流量，回灌井距降水中心的距離一定時，Q2隨著t的增加逐漸增大，最后達到最大回灌流量，并能一直保持最大回灌量注水。對于不同L的試算，L越小回灌流量達到最大回灌量的時間越短。

圖3 不同時刻疏干流量、回灌流量對比Fig.3 Comparison of drainage flow and recharge flow at different times

從圖3可以看出，回灌井距離降水中心的距離(L)不同時，疏干流量和回灌流量與時間呈現出相同的規律。結合圖2統計結果，L<2 200 m時對于模型來說回灌井位置過近，形成循環太快，可臨時借用的含水層空間有限使得回灌量低，2 200～2 900 m可以形成較好循環的距離段；當回灌井布設距離大于3 000 m時，最大回灌量回灌時該位置的水頭仍會降低，由于回灌水量不足，回灌疊加后仍有降落漏斗產生，不滿足短路徑地下水疏干運行的條件。因此2 200～2 900 m為形成短路徑地下水循環疏干的適宜布井位置。對于L不同的模型，在一個區間范圍內運行同樣時間，回灌流量與L具有反向相關性，說明在此L范圍內可以形成短路徑地下水循環，短路徑地下水循環系統形成的時間與距離L成反比。從疏干流量和回灌流量與時間對應關系可以看出，從某時刻開始疏干流量和回灌流量曲線平行，疏干流量基本等于回灌流量，說明已經形成短路徑地下水循環，此時刻t即是短路徑地下水循環疏干形成的時間。

對于同一回灌井距離L，回灌流量隨著疏干回灌運行時間先降低再升高，最終達到最大回灌流量并保持穩定，流量由小變大的階段可以理解為回灌井附近的地下水位隨著疏干進行在逐漸下降，為補充疏干降落漏斗體積內的水壓所需回灌量增加，在回灌流量平滑階段地下水已形成短路徑地下水循環，疏干流量大小取決于回灌流量。

根據水均衡原理，短路徑地下水循環形成前，疏干總水量和回灌總水量的差即為產生的降落漏斗體內的水量，利用漏斗體積公式和水量列等量關系式計算回灌井距離降水中心的距離L。漏斗體水量可以采用體積公式和流量公式2種方法推求。由于群井抽水回灌計算量大且復雜，在此，根據露天采場(大井)引用半徑r0簡化計算。先根據短路徑地下水循環疏干時長要求推算漏斗體水量，再反推最近回灌井布設距離L，計算公式為

(1)

式中，μs為承壓含水層貯水率，m-1；μσ為承壓轉無壓后含水層的給水度，無量綱；r0為露天采場(大井)引用半經，m；S為由含水層頂板算起的水頭降深，m；h0為采場中心殘余水頭，m；M為承壓含水層厚度，m；ΔQ為短路徑地下水循環疏干穩定流量，m3/d；t1為短路徑地下水循環疏干形成時間，d。

3 短路徑地下水循環疏干驗證

3.1 模型概述及疏干要求

3.1.1模型概述

以某露天煤礦為例，按照降水孔疏干法和短路徑地下水循環疏干法分別進行數值模擬，通過疏干效果驗證短路徑地下水循環疏干法，并與降水孔疏干法進行對比。研究區總面積約80 km2，區域地勢北高南低，地形起伏不大，不規則形狀的露天礦采區位于研究區中央，礦區單邊長度約1 000 m。煤層埋深40～70 m，礦坑挖掘深度在50～90 m以上，地層巖性由上至下為第四系的粉質黏土、粉質砂土、黏土間夾粉細砂；白堊系的泥巖、煤層和煤層間夾的含礫粗砂巖、砂巖、礫巖。煤系含水層主要影響露天礦開采，由煤層和煤層間夾的砂巖和礫巖組成，被煤層上覆的泥巖與第四系地層隔開，露天礦區綜合柱狀如圖4所示。采區內水頭高度高于含水層頂板35 m左右，含水層滲透性良好，具有承壓性，補給來源主要接受側向徑流補給。煤系含水層水力坡度為0.5%，厚度30 m，滲透系數2.5 m/d，貯水率0.000 1 m-1，給水度0.01。

圖4 露天礦區地層綜合柱狀Fig.4 Comprehensive stratigraphic histogram of open-pit coal mine

3.1.2FEFLOW地下水數值模型

研究區南北兩邊為流量邊界，北側流入，南側流出，西側基本垂直于等水位線概化為零流量邊界，東側隔水斷層視為零流量邊界。

采用Triangle法進行網格剖分，考慮到露天采礦工程地表位置平面圖和疏干井、回灌井位置平面圖，在露天礦疏干預估影響范圍內，尤其是預估地下水降落漏斗區域內進行了網格加密。模型單面共剖分為11 578個節點、11 460個單元格。整個研究區的網格剖分平面如圖5左圖所示，其中地下水疏干預估影響區內的網格進行了加密，如圖5右圖所示。

圖5 研究區網格剖分平面及網格加密放大Fig.5 Grid generation plane and grid densification enlarged view of the study area

在垂向上，根據所概化的水文地質模型，自上而下分為上覆地層、隔水層、煤系含水層3層。地表面采用等高線提取高程數據來刻畫，煤系含水層采用從鉆孔數據中提取的含水層頂底板高程散點數據進行空間插值控制。為了避免上覆弱含水層的越流補給，在煤系含水層上人為插入一個0.5 m厚的薄隔水層。為了降低模型運行啟動期水位調整的影響，初始水位采用穩態模擬獲得，并用收集的水位統測資料對初始時刻的地下水位分布情況進行驗證。

滲透系數、給水度、貯水系數等水文地質參數，均在FEFLOW中進行設置，滲透系數采用“試估-校正法”和FePEST自動率定工具進行該參數的識別驗證，露天礦區內采用3次抽水試驗的結果，在礦區范圍外的模型其他區域，主要參考了水文地質勘察報告和地下水流場圖，隔水層的滲透系數和彈性貯水率都采用了均一值。

地下水的補給與排泄是影響地下水位變化的主要因素。本模型研究的地下水主要接受上游側向徑流補給，排泄項主要為向南方向的徑流。東西邊界均已使用第1類邊界條件進行表征。因此，最重要的源匯項就為露天采坑的疏干抽水和回灌井的入滲補給。

3.1.3模型的識別驗證

本次研究首先采用穩態模型進行模型的識別，使用“試估-校正”法以及FePEST工具調試參數。然后基于調參后的結果，對抽水試驗進行模擬，進一步調整水文地質參數，通過非穩態的抽水試驗模型驗證參數的合理性。

經過調參和誤差分析，校核出含水層滲透系數、煤層頂底板含水層的貯水率；隔水層的滲透系數和貯水率均采用均一值。綜合考慮以往的勘探成果和抽水試驗數據，各水文地質參數基本符合實際特征。

3.1.4疏干要求

露天煤礦采用降水孔疏干法疏干含煤地層水，現有降水孔20口，沿采區四周分布，單井出水能力可達到1 200 m3/d。疏干水綜合利用能力能達到8 000 m3/d，多余水將外排至采場東側低洼地帶。根據露天煤礦安全需要設置水位降深，按照采掘進度計劃安排確定疏干時間。結合本例實際確定采坑中心殘余水頭不高于含水層底板5 m，達到水位降深的疏干時間不大于60 d，保持水位降深疏干至1 095 d完成采礦工作。

3.2 降水孔疏干法數值模擬

采用FEFLOW數值模擬軟件的非穩定流，模擬計算露天煤礦疏干過程。降水孔抽水量根據單井出水能力限定，實際抽水量由模擬計算取出。根據模擬結果，20口降水井同時抽水，單井抽水能力1 200 m3/d，疏干59 d，可將采坑中心殘余水頭疏降至4.89 m，模型運行結果與解析法計算吻合。圖6為降水孔疏干法抽水進行1 095 d的過程中，疏干總水量和單井疏干流量與時間關系曲線。單井疏干流量隨抽水時間延續逐漸減小，由開始時的1 200 m3/d降低到551.5 m3/d，疏干500 d時疏干流量已降至單井抽水能力的50%以下。據此可得出疏干水外排量，疏干水量減掉綜合利用部分，最大需外排16 000 m3/d，至疏干后期疏干流量降低時也仍需外排3 030 m3/d。

圖6 疏干總水量和單井疏干流量與時間關系Fig.6 Relationship between the total amount of water and flow of dredge and time

圖7為數值模擬的各疏干節點的地下水水流場，從圖7可以看出降落漏斗范圍隨著疏干時間的延長逐漸擴大，疏干至1 000 d時降落漏斗半徑已達到4 188 m。

圖7 降水孔疏干法降落漏斗范圍Fig.7 Range of descending funnel in the drainage method of rainfall drainage hole

3.3 短路徑地下水循環疏干法數值模擬

以2.2節中疏干方法為基礎，為保護采區東側水資源環境，不再將疏干水排放至采區東側，實現疏干水零排放，同時為避免疏干降落漏斗對采區東側影響，對采區東側部分疏干井采用短路徑地下水循環疏干方式進行試驗。根據露天煤礦疏干水利用量和需減少外排量要求，推算對采區東側的6口疏干井采用短路徑地下水循環疏干可實現零排放。因此，選擇東側P1～P6疏干井為試驗對象，在其外布置回灌井。回灌井以單環型、與疏干井數量比為1∶1布置，按式(1)計算其所在位置為2 455.46 m，故在模型中設置回灌井位置為距離采坑中心2 400 m。疏干井、回灌井及觀測井布置如圖8所示，圖中P1～P20為承壓含水層疏干井、R1～R6為回灌井。模擬計算設定疏干井最低水位不低于承壓含水層底部，回灌井最高水位根據排水管道出水口壓力不小于5 m水頭高度確定，回灌井最高水位不高于初始水位5 m。

圖8 試驗模型概況Fig.8 Overview of test model

采用短路徑地下水循環疏干數值模擬的各疏干節點的地下水水流場如圖9所示。在同降深效果下，回灌井布設距降水中心2 400 m時，疏干至1 000 d時距采坑中心2 400 m的位置地下水位變幅仍控制在5 m范圍內，說明疏干或回灌對2 400 m以外的區域沒有形成降落漏斗，降落漏斗被控制在了2 400 m范圍內。

圖9 短路徑地下水循環數值模擬驗證結果Fig.9 Verification results of numerical simulation of short path groundwater circulation

圖10為短路徑地下水循環疏干法進行1 095 d的過程中，疏干總水量和疏干流量以及采坑中心殘余水頭高度與時間關系曲線。采坑中心殘余水頭高度0.8 m，疏干井日出水量穩定在990.75 m3以上，為最大疏干能力的82.5%，回灌流量達到960 m3/d。

圖10 短路徑地下水循環數值模擬驗證結果Fig.10 Verification results of numerical simulation of short path groundwater circulation

降水孔疏干法與短路徑地下水循環疏干日排水量統計如圖11所示，隨著疏干時間的延續和采坑水位的降低，疏干水量逐漸減少。疏干水減掉綜合利用量即為需要外排的水量。疏干至65 d以后最大可減少外排量5 314.91 m3/d，至疏干500 d后可實現疏干水零排放，較降水孔疏干法減少外排33%～98%。

圖11 實時疏干水外排量對照Fig.11 Comparison of real-time dredge water outflow capacity

3.4 短路徑地下水循環疏干的應用方法

短路徑“疏干-回灌”水循環疏干采用同層回灌的方式，可以解決露天礦疏干水需外排、難以實現疏干水零排放的問題，實現對露天礦地下水資源保護，同時在工程實施時可對疏干設備運行實現優化。該方法將疏干水作為含水層系統中的補給源，形成短路徑地下水循環，可以使露天礦疏干水泵等設備以高效率持續工作，在保證疏干效果的同時，減少地下水資源總量的消耗，并可對降落漏斗范圍進行控制。根據短路徑地下水循環疏干的設計方法進行疏干排水設計可按照以下3步進行：

(1)確定疏干參數。根據水文地質勘察結果和工程經驗，通過露天礦采區的承壓含水層賦存深度、厚度、水頭高度、水文參數和采掘進度計劃要求等，確定目標降深和疏干時間的關系，進行疏干設計。

(2)計算Q1，Q2。根據疏干設計和短路徑地下水循環疏干設計思想，確定回灌井數量和回灌井流量。

(3)確定距離L。根據式(1)計算短路徑地下水循環條件下回灌井布設最近距離。

4 結 論

(1)針對露天煤礦疏干排水特點，基于水在降落漏斗范圍內重新進入含水層參與地下水循環的過程，提出短路徑地下水循環疏干理論和短路徑地下水循環疏干法，在露天煤礦實現疏干的前提條件下，將疏干水重復注入含水層，臨時利用含水空間和水在含水層中循環的時間，換取采煤工作區安全開采的疏干方法，通過回灌限制疏干影響的程度和范圍，為露天礦疏干水零排放提供技術途徑。

(2)選擇典型露天礦煤系承壓含水層為研究對象，構建疏干-回灌協同開采水文地質模型，模擬短路徑“疏干-回灌”水循環疏干過程，獲得短路徑地下水循環疏干初期階段疏干井、回灌井和系統內含水層的水位變化，以及降落漏斗形態逐漸穩定，疏干量等于回灌量后形成短路徑地下水循環。以某露天煤礦為例，在驗證疏干效果的同時，對比出短路徑地下水循環疏干的優勢。

(3)得出短路徑地下水循環疏干法的疏干效果不受回灌井布設數量影響，通過分析Q1，Q2與t的關系、Q2隨距離L的變化關系，推算出距離降水中心最近的回灌井布設距離簡便計算公式，并給出短路徑地下水循環疏干法用于露天煤礦疏干排水的應用步驟。