元宝山露天煤矿疏干井井眼布置及技术经济分析

元宝山露天煤矿疏干井井眼布置及技术经济分析

1第四系孔隙含水层和基岩含水层元宝山露天矿是国内外罕见的富水矿。它能够很好地覆盖第四系多孔潜水和基岩含水层，从而使采层具有很强的透水性。第四系孔隙潜水含水层渗透系数为90～700m/d;基岩含水层渗透系数为0.6～15m/d。所以疏干工作对于该矿来说是十分重要的,也是不易解决的一个技术难题。对此做了大量的分析与研究工作。2经济分析比较疏干方式有多种,疏干方式的选择应根据水文地质条件及开采方式来确定。同时进行技术、经济等方面的分析比较,以寻求技术可行、经济合理的综合措施,才能达到节省投资,减少对周围环境影响和降低开采成本的效果。元宝山露天矿的疏干工作经历了10多年的实践和分析研究,形成了“地表、地下及明排相结合”的联合疏干方式,并取得了显著的效果。2.1疏干井、采矿边界元宝山露天煤矿原设计第四系疏干采用群井降水孔的疏干方式,即在采场的工作帮和非工作帮分别布置多线列完整型疏干井。非工作帮的疏干井与采矿边界平行布设,而工作帮的疏干井与向北推进的工作线大约有8度的夹角。疏干井井深40～75m,钻孔直径500～1600mm,井管直径350～1100mm,单井设计流量为50～725m3/h。1988年开始施工,1990年8月15日开始疏干排水。截止1992年末,分三批投入疏干井113口,完成了群井疏干的格局。2.2地下水开采量过大,采矿工程缓慢进入1992年四季度,随着采矿工程的进一步延深,采场内地下水水位443m,已明显高于采场内最低的设计标高440m,使采矿工程无法进行。因此必须投入新的疏干工程方可继续生产。为此提出了两种疏干方案进行分析比较。2.2.1单井对含水层厚度的计算在距采场中心200～400m的距离内施工一定数量的疏干井。为了简化计算,假设各井流量相等,各井抽水时影响半径相等,采用叠加原理进行计算,计算公式为:Ho2−h2=nQln(Rr)/πKΗo2-h2=nQln(Rr)/πΚ式中K——渗透系数,m·d-1;R——影响半径,m;H0——潜水含水层的初始厚度,m;h——计算区疏干后的含水层厚度,m;r——各单井对二区东部的加权平均距离,m;n——井数;Q=125m3/h。通过计算,需投入23口流量为125m3/h疏干井(总排水能力为6.9万m3/d),水位下降达到稳定时,可以使水位从443m降到438.5m,满足当时剥离生产的需要。2.2.2集水坑深度构造在采场东部的含水层中,直接开挖明排集水坑并配合以环形排水沟,形成明排系统。该系统属非完整型集水坑,涌水量采用下式计算:Q=1.366KS(D+A)Tlog(R/rw)Q=1.366ΚS(D+A)Τlog(R/rw)式中rw——相当于大井井径,m;S——地下水位降深,Q/m;D——静水位到集水坑底的深度,m;A——抽水时集水坑内水深,m;T——集水坑系数,1.1～1.6。经计算,集水坑开挖后,当排水能量为1.3m3/d时,水位下降达到稳定,可以使水位从443m降到437m,同样也可满足剥离生产的需要。2.3联合疏干工艺通过以上两种方案的分析对比可以看出,采用明排系统进行疏干,技术上可行,经济上合理。降深相同的情况下,明排系统每天可少排水5.6万m3,排水费用按0.1元/m3计算,可节省5600元。因此采用了明排系统的疏干措施,来解决当时局部的疏干问题。实施后,坑内安装了2台200D离心泵,实际排水能力为1.37万m3/h。降深情况与计算结果相同,保证了这一部位剥离任务的顺利进行。这样在当年就形成“以群井疏干为主,以明排疏干为辅”的联合疏干方式雏形。1993年到2001年末,该矿在群井疏干中又先后增加了P1排、P2排及P5等37口疏干井。明排系统也由443m水平进一步降深至428m水平,确保了各年度生产任务的完成。2.4巷道工程施工2000年初,该矿在二采区西部施工了疏干巷道,其疏干的主要对象是煤系地层含水层。井口处是煤层,井筒及疏干主巷自西向东掘进。巷道除井口段外,全部为梯形木支护。巷道的主要工程量为:主巷全长764m,主水仓165m,临时水仓12个,154m。放水方式采用地面直通放水孔和井下斜放水孔。另外施工了2口排水井及1口通风井,加之变配电系统及排水管路形成了地下(巷道)疏干系统。基本解决了地下水对该部位剥离施工的影响问题。3疏干工艺的应用前景元宝山露天煤矿含水层主要有第四系孔隙潜水含水层和煤系地层孔隙含水层。从疏干的角度来说,可以分为第四系疏干、残余水处理及基岩疏干三方面工作,这是根据不同含水层的水文地质特征而确定的。从整体地质角度,它们之间具有密不可分的关系,是互相联系的。一个好的疏干方案,不但要经济合理、技术可行,而且必须将这三者统筹兼顾,综合考虑,主次分明,并且兼顾减少对周围农村的影响。只有这样,疏干工作才能真正起到提高现代化采矿设备的工作效率,减少疏干对采矿工作的影响,最终达到降低煤炭成本的目的。该矿由于形成了“联合疏干方式”,几年来在疏干方面取得了较大的经济和社会效益。例如明排系统,在达到同样疏干效果的前提下,坑下每排出1m3的地下水,相当于外围疏干排出2～3m3地下水的效果。目前坑下明排系统的排水能力平均为6万m3/d,最少相当于外围群井排出12m3/d的能力。每天至少可少排地下水6万m3。节省疏干费用0.6万元,降低了出煤成本,并减少了对周围地区的影响。其总体原则和思路是:(1)第四系疏干采用“以群井疏干为主,明排疏干为辅”的疏干方式。同时控制好水位及疏干漏斗形态。在保证安全和不影响采矿生产的前提下,尽量加大明排疏干能力。疏干井的布置方式仍以线型布置为主。(2)基岩疏干仍以目前已经形成的疏干巷道作为主要手段,并根据采矿生产情况进行统一考虑。(3)残余水处理(包括第四系残余水和煤系地层残余水)应以疏干井和巷道疏干控制整体的疏干降水漏斗形态(指漏斗的影响范围、水力坡度及降水深度)为前提,考虑必要的明沟和局部的、一定数量的含水层底板低洼处的放水孔。4集水坑及排水系统明排疏干方式(1)对于元宝山露天煤矿这样一个水文地质条件复杂,含水层多而且含水量很大的露天矿来说,疏干排水工作尤为重要,在疏干方式的选择上,必须采取联合的疏干措施进行统一处理,方能取得较好的效果。(2)集水坑及排水沟明排疏干方式中,集水坑相当于一个大口径的疏干井,并以排水沟作为其扩大影响范围的一种手段。这种疏干方式在技术上合理可