富力礦立井花崗巖片麻巖涌水的治理和利用

張 鵬

（黑龍江龍煤礦業(yè)集團股份有限公司 富力煤礦，黑龍江 鶴崗154103）

長期以來，由于技術(shù)所限和認識不足，礦井水只被當(dāng)作水害加以預(yù)防和治理，很少考慮到可以利用的一面，往往被白白排掉而未加以綜合利用和保護，目前礦井水的利用率，平均只有21%〔1〕。而實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)水優(yōu)用，差質(zhì)水差用”，減輕或避免長距離排水問題，減少地面混合污水處理成本，是礦井水利用的主要方向。

1 礦井概況

富力煤礦隸屬于黑龍江龍煤礦業(yè)集團股份有限公司，井田走向2.3km，傾斜寬度4km，井田面積9.2km2。1958年建礦，2002年10月排矸立井交付使用，具備了300萬噸井型的排矸能力。目前年平均產(chǎn)量為180萬噸。礦井采用斜立井集中石門分組大巷開拓。主力生產(chǎn)水平為二水平，標(biāo)高從－131.95m～－500m。生產(chǎn)格局為“一個綜采、一個綜放”計2個采煤工作面，7個回掘隊，8個開拓巖巷隊。采煤機械化率達100%，掘進機械化率達92%。該礦現(xiàn)開采11、18－2、21、22、27、29共6個煤層，平均煤厚4.9 m，煤層傾角28°，煤厚較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。

現(xiàn)礦井實際涌水量為：Q平 為491.3m3／h，其中－110m水平以上為68.9m3／h，－310m 水平及以上為289.5m3／h，－450m水平及以下為132.9m3／h。

富力煤礦井下采用三段接力式排水。一水平（－110 m）水倉，排水管路為2條，直徑為273mm，排高363m，排至地面北部排水溝，能夠滿足排水的要求。二水平三分段（－310m）水倉和（－310m）豎井水倉，泵房有水倉4條，總?cè)菟繛?218m3；排水管路為2條，直徑為273mm；排高200m，排至－110m水倉。二水平五分段（－450m）有水倉2條，總?cè)菟繛?390m3；排水管路為2條，直徑為273 mm；排高140m，排至－310m水倉。三水平一分段（－610 m）水倉（在建），井下共有5個水泵房，19臺水泵，各泵房總排水量為1180m3／h，最大排水量為1180m3／h，水倉總?cè)菟繛?3932m3。

2 問題的提出

富力礦－310m立井石門車場往外共計90m范圍，在－310m豎井石門通往水倉的繞道有60m范圍巷道幫頂淋水，該涌水地點所在地層巖性為花崗巖片麻巖，中等裂隙，裂隙含水量較大，主要補給源為大氣降水。從立井1998年初期工程完工開始至今16年，該處涌水量一直穩(wěn)定在180～200m3／h之間，并且水質(zhì)較好，PH 值為8.479，總硬度80.44，永久硬度41.76，總堿度38.672，礦化度105.59，水溫21℃。屬于未被污染的礦井優(yōu)質(zhì)水，具備長期供水條件，可直接滿足井上下生產(chǎn)需要。按照“優(yōu)質(zhì)水優(yōu)用，差質(zhì)水差用”的原則，利用該處涌水提到日程上來。

－310m水平后石門，立井花崗巖片麻巖涌水經(jīng)分公司領(lǐng)導(dǎo)聘請專家多次調(diào)研、現(xiàn)場考查論證，初步認定為基盤水和裂隙水。該水一部分由立井臨時泵房排出、一部分自流，均流入－310m水倉，增加礦井的總涌水量。中煤科工集團西安研究院對立井片麻巖涌水問題，曾提出了兩個封堵方案，即地面打孔封堵及補巷加打孔注漿封堵。

該礦目前主采煤層在－310m水平以下，礦井大型設(shè)備如－380m中29層大巷，－450m中18－2大巷的注氮泵站，－310m、－380m、－530m水平抽放硐室的冷卻用水量比較大，平均用水量48.4m3／h，礦井各類噴霧總計最大用水量55m3／h。采煤機內(nèi)外噴霧、綜采乳化液泵站及各類噴霧頭對水質(zhì)、懸浮物的標(biāo)準(zhǔn)要求較高，以往因水質(zhì)不良造成的采煤機及液壓支架的維修量增大的事故經(jīng)常發(fā)生，甚至影響生產(chǎn)。每當(dāng)井下集中灌漿時，分流而引起井下－310m水平以下供水量不足，嚴重影響噴霧降塵工作。根據(jù)現(xiàn)有礦井條件、設(shè)施，在不大幅增加投入的前提下提出三個利用方案。

3 取水方案的選擇

－310m水平有2處泵房，一處是－310m豎井臨時泵房，專門排立井花崗巖片麻巖的涌水，該泵房有3臺KND280－43＊2型號水泵，電機型號為YB315S－4，功率110kW，最大排水量為280m3／h，工作泵1臺，備用和檢修泵各1臺，該泵房有水倉2條，1＃倉836m3，2＃倉760m3，總?cè)菟繛?596m3，排水管路為一條，直徑為219mm，排至－110m水倉，足以滿足排水要求。另外一處是－310m主水泵房，有4臺DN300－60＊6型號水泵，電機型號為YB450M2－4，功率500kW，該泵房正常排水量為600m3／h，最大排水量為900m3／h，工作泵2臺，備用和檢修泵各1臺，該泵房有水倉4條，1＃倉684m3，2＃倉912m3，3＃倉1102m3，4＃倉1502 m3，總?cè)菟繛?218m3，排水管路為2條，直徑為273mm，排高200m，排至－110m水倉（見圖1）。

方案一：從－310m豎井水倉泵房將水送至－240m水平，截取－240m水平某段廢棄集中石門做臨時靜水倉，為井下90%的作業(yè)地點服務(wù)。但投資工程量較大：泵房至南風(fēng)井，至－240m集中石門至靜水倉，回至南風(fēng)井，接入總凈水管道。要新建一處臨時儲水能力200m3的凈水倉，水倉巷道斷面6m2，長度50m，兩側(cè)各打一道隔水墻，厚度1.5m，鋪設(shè)管路2000m。

方案二：從－310m豎井水倉泵房將水采用專用管路送至地面水廠，增設(shè)一個專門凈水池，再并入礦井靜水管網(wǎng)，進入井下，為全礦服務(wù)。要單設(shè)一條管路4000m，井上專用供水泵，無論在管理上還是用電上，費用大于方案一。

方案三：收集立井花崗巖片麻巖巷道幫頂淋水（裂隙水）儲存于－310m水平4號水倉集水池中，充分利用上、下水平之間的高差，作為下幾個水平使用的靜壓供水水源，形成靜壓供水系統(tǒng)。優(yōu)點是供水網(wǎng)短，水壓穩(wěn)定，水質(zhì)較好。這種供水方式在經(jīng)濟和技術(shù)方面都是有利的，即使水源水量有限，不能滿足全礦生產(chǎn)需要，也應(yīng)作為局部供水的水源加以利用。－310m豎井涌水的43%直接經(jīng)立井石門水溝排至－310m水倉，騰出一個專用倉盛放凈水，再由南風(fēng)井車場選址，用鉆孔溝通，與路過南風(fēng)井的總靜水管路連接，水靠水溝坡度和鉆孔坡度自流，不使用機械，礦井主力生產(chǎn)水平位于－380m水平以下時，年可節(jié)約用電153萬度。這樣就減小了對地面凈化水的依賴，減少了井下水泵開泵時間，間接地節(jié)約了電費等。

方案三的創(chuàng)新想法：（1）采用瞬變電磁儀尋找、確定水源方位，分布情況；（2）導(dǎo)水鉆孔采用了鉆孔測斜扶正、精確定位、定向技術(shù)；（3）高位鉆孔主動收集涌水實現(xiàn)涌水自流，節(jié)約電費；（4）投資僅24萬元，是三個方案中最少的。經(jīng)對比，方案三具有絕對優(yōu)勢。

圖1 富力礦－310m立井花崗巖片麻巖涌水再利用系統(tǒng)

4 方案三的經(jīng)濟效果

礦井用于防塵、注水、冷卻、生產(chǎn)用水的水量平均為129m3／h，提到地面的平均成本為1.25元／m3，混合水處理后的成本為2.04元／m3，如果生產(chǎn)用水按方案三供給，經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

1）重點作業(yè)場所用水量

在礦井設(shè)計中，由于井下生產(chǎn)工藝繁多、用水點多且分散，具體的灑水量很難進行詳細計算，一般只能進行估算，現(xiàn)參考兗礦集團某煤礦某采區(qū)對井下防塵和生產(chǎn)用水量計算的實際經(jīng)驗，確定我礦工作面的平均用水量：一個綜放工作面用水量為29.2～457.3m3／d，一個滑放工作面用水量為18.3～2.76m3／h，一個掘進工作面用水量為122～2.76 m3／h，一個開拓工作面用水量為83～2.76m3／h。

表1 礦井生產(chǎn)及防塵用水量統(tǒng)計

2）礦井排水成本的計算

礦井月排水量：352800m3。

人工費：動力科排水隊工資3000元／月、人×50人＝15萬元／月。

材料費：116萬元÷10個月÷4＝2.9萬元。

電費：55.8萬度／月×0.833×0.568元／度＝26.4萬元。

礦井排水成本15萬元／月＋2.9萬元／月＋26.4萬元／月＝44.3萬元／月。

單位 水 的 成 本：44.3 萬 元／月 ÷352800m3／月 ＝1.2557元／m3。

月節(jié)約電費：26.4萬元÷352800m3×（24×30×129 m3／h）＝6.95萬元／月。

年節(jié)約電費：6.95萬元×12月＝83.4萬元。

年節(jié)約成本：1.2557元／m3×（360天×24h×129m3／h）＝140萬元。

礦井水平均提升高度H平與－310m水平的排水高度H310基本相近，H平＝575.85m，H310＝566m。

3）方案三的經(jīng)濟效果：

工程投入：施工集水鉆孔80個，導(dǎo)水鉆孔3個，管路170m，三通3個，閥門7個，清理水溝1100m、水倉150m。總投入24萬元，投入很小。經(jīng)濟效果為：提供高質(zhì)量的生產(chǎn)用水。每年從－310m水平到地面少排水111.4萬立方米。地面水廠節(jié)約111.4萬立方米清水。年可節(jié)約電費83.4萬元，年排水成本節(jié)約140萬元。

5 方案三的具體施工技術(shù)措施

1）用瞬變電磁儀探測－310m立井車場外90m范圍內(nèi)基巖含水的分布情況，查明分布方位和面積。

2）有針對性的施工高位集水鉆孔，直徑為113mm，深度73m，數(shù)量82個。將出水鉆孔下套管封孔，接入集水主干線，排入立井石門水溝自流段。

3）清理水溝。從立井出水處至－310m總排水倉1100 m水溝全部清挖見底，更換破損的水泥蓋47塊，新設(shè)雜物清理器2個。

4）專用水倉。將4＃水倉清理干凈，水倉長度200m，容積1520m3。

5）鉆孔連通。在－310m南風(fēng)井與車場交叉點往下20 m處右?guī)停组L48m，坡度1.2°，共施工3個Φ113mm鉆孔，分別下全孔套管，并聯(lián)入網(wǎng)。套管周圍封孔必須用水泥漿封嚴。采用定向、測斜技術(shù)。

設(shè)計導(dǎo)水孔48m，施工3個，終點落在4＃水倉距流水眼21m處的左幫和底板，該鉆孔水平偏移范圍很小，左偏一點就打在吸水井上，右偏就打在水倉以外，不能超過3°，垂直偏差不能超過2°。為了保障施工準(zhǔn)確，采用首孔測斜和定向技術(shù)。

6）該工程目前服務(wù)于－380m水平以下，將來隨礦井的延深，將擔(dān)負礦井96%防塵、生產(chǎn)用水。－310m水平及以上由地面凈水廠提供，用水量較小。改造管路仍舊鋪設(shè)在南風(fēng)井內(nèi)，只是上部網(wǎng)止于－310m標(biāo)高，下部網(wǎng)始于－310 m標(biāo)高。

6 改造工程完工后的效果

向－310m以下的水平供水，最小的凈水壓力0.7 MPa，最大靜水壓力3.8MPa。當(dāng)時地面水廠的水主要滿足井下兩個采區(qū)的消火灌漿工作，礦井深部的生產(chǎn)、防塵用水嚴重不足，正好以上改造工程完工，投入使用，解決生產(chǎn)難題。

7 結(jié)語

1）隨著煤礦新技術(shù)、新裝備應(yīng)用，我國對煤礦安全和職業(yè)病防治的要求標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，煤礦井下防塵、降塵灑水系統(tǒng)、冷卻、消火工作已成為現(xiàn)代化礦井建設(shè)中不可缺少的一部分。但在礦井設(shè)計中，由于井下生產(chǎn)工藝繁多、用水點多且分散，具體的用水量很難進行詳細計算，一般只能進行估算，為完善對礦井用水的監(jiān)控，需要在每個水平片口總用水管路上加裝流量計，比如安設(shè)LCZ－803新型超聲波數(shù)字流量儀，地面灌漿站也要用水流量計，讓探放水工作有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2）關(guān)于－310m立井涌水的治理，隨著礦井開采水平的延深，主力生產(chǎn)水平移至－450m以下時，防塵和生產(chǎn)用水將主要依賴于這套改造供水工程，該涌水量大于實際需要，因此下一步主要工作集中在涌水的收集上，建議采用大面積、多鉆孔主動收集，匯聚到主管道，排水到水溝高點以外，盡最大努力減少立井泵房抽水時間。