伯方煤礦礦井水綜合利用方案的探討

趙其林

(山西蘭花沁陽煤礦有限公司，山西 晉城 048000)

1 概況

1.1 礦井地質概況

山西蘭花伯方煤礦井田位于太行山中南段西側，西側的王龍山為沁水與丹溝的分水嶺，北部的丹珠嶺大保頭山為濁漳河南源與丹河的分水線，井田內地形為西北高、東南低的低山丘陵，最高在井田中部，標高為+1 130 m，最低在柏枝莊村東南的635號鉆孔處，標高為+881.35 m，最大相對高差為248.65 m。在標高+950 m以上多為基巖出露，溝谷發育，溝谷呈樹枝狀展布；在標高+950m以下，則為黃土丘陵區，黃土覆蓋較厚，懸崖陡壁發育，大部分開墾為梯田，河床兩岸為黃土和近代沖積層。

批采煤層為3號-15號煤層，面積27.502 km2，開采深度+900 m至+370 m標高。井田煤層體呈單斜狀，走向 N45°E，傾向 N45°W，傾角 3°～6°，水文地質類型為中等，礦井現開采3號煤層，核定生產能力為2.10 Mt/a。采用斜—立井混合開拓，設計分為三個水平開采，一水平標高+870 m，一水平已采完；二水平標高+810 m，開采3號煤層一盤區、二盤區、三盤區。三水平標高+650 m，開采9號、15號煤層。目前，井下3號煤層南翼盤區已采完，現布置一盤區、二盤區和三盤區。正在開采一盤區和二盤區，三盤區作為一盤區的接替盤區正在準備中。多水平開拓示意圖，見圖1。

圖1 伯方煤礦多水平開拓示意圖

1.2 礦井水文概況

本區主要河流為丹河，縱貫井田東部邊側。較大的支流有高良河及杜寨河，高良河延入井田北部，杜寨河延入井田西南部，總的流向自西北流向東南與地形坡度基本一致。丹河常年有水，最高洪水位高出河床約3～3.5 m，至南部高平高廟山斷層帶，全部漏失于奧陶系石灰巖中。井田北部斷層較多，但斷層落差均小于20 m，破碎帶寬度不大，斷層兩側派生裂隙雖然發育，但斷層裂隙被泥質充填，導水性一般，含水量不大，伯方煤礦開采3號煤層多處遇斷層，過斷層，只是涌水量略有增大。井下遇到的陷落柱水量明顯增大，井田內的老空分布在東部較淺的地段，由于3號煤埋深均在河床侵蝕基準面以下，老空有積水。

該礦批準開采3號、9號、15號煤層，直接充水含水層為山西組砂巖裂隙含水層和太原組灰巖、砂巖巖溶裂隙含水層，均屬弱含水層。間接充水含水層主要為奧灰巖溶裂隙含水層，富水性較強。井田西部部分地段煤層底板低于奧灰水位標高，存在帶壓開采問題，經對西界處底板標高最低（460 m）的15號煤層進行突水系數計算，該處奧灰突水系數為0.27 MPa/m，大于正常地段突水系數臨界值0.15 MPa/m，存在突水危險性。另經計算，正常地段安全開采區為煤層底板標高555.00 m以上地段，受構造破壞地段安全開采區煤層底板600.00 m以上地段。經對井田西界處3號、9號煤層奧灰突水系數計算，邊界處二煤層突水系數分別為0.013 MPa/m和0.039 MPa/m，無奧灰突水危險性。結合該礦目前開采3號煤層井下涌水量45～65 m3/h。

1.3 礦井水綜合利用概況

井田內煤層為東南高、西北低，3號煤層南翼盤區約7 km2，通過近三年對采空區水源的觀察，水源水質通過水文觀察，南翼采空區水源流量春、冬兩季平均流量在120 m3/d,夏、秋兩季流量平均流量在200 m3/d，井下每天總排水量500 m3，在+870 m水平做個井下水池，通過防塵管路鋪設，能夠滿足井下防塵用水，井下水排到地面一級水池、凈化后注入二級水池，一級水池供給煤矸磚廠及洗煤廠，二級水池供給礦區防塵、附近農業等用水，礦井水綜合利用圖，見圖2。

圖2 礦井水綜合利用圖

2 礦井水綜合利用設計和實施

2.1 地下水池的建立

根據礦井地質構造，標高位于+870 m一水平，二水平大巷標高位于+810 m水平，各盤區巷道標高低于標+810 m水平，儲水水倉建于+870 m水平巷道，高于用水區域60 m，水自然產生凈壓5個壓力，完全能夠滿足全礦主要大巷、盤區巷、皮帶機頭、等中水管路布置的地方。水倉設計在一采區大巷內，第一個水池為過濾池，長20 m、寬1.5 m、深0.8 m，池內鋪6~10 cm的小石子；第二個水池為儲水池，長20 m、寬1.5 m、深1 m，上鋪水泥蓋板，蓄水量為40 m3；距池頂20 cm做一個溢水口，與排水溝相連，使多余水量排出，流到中央水倉。

2.2 井下、井上防塵管路的改造與實施

在一采區用排水管口與水池相聯，通過巷道傾斜，另一段延長10 m后，通過閥門與井上下防塵管路溝通。井上構建多條管道，根據需要連接到使用地點。水充足時使用井下采空區水防塵，水不足時使用地面靜壓水池防塵。

2.3 井上水池的建設要求

一級水池位置應選在高于磚廠、洗煤廠，混凝土澆濤，體積為500 m3，不需用水泵，使井下水能夠直通使用地點，通水管路用3寸，避免井下污水堵塞管道。二級水池建在污水處理廠附近，根據需要通到使用地點。

3 提高礦井水使用后的經濟效率

井下采空區用水效益經濟分析。根據礦井水排水系統改造后一年的成本運作，一采區防塵用水能夠滿足使用250 d，每天用水200 m3考慮，每天可節約污水處理費300元，排水費用250元，如果使用地面防塵凈水，每天需增加400元水提取費用，每天950元，全年可節約23 750元。地面井下水使用效益經濟分析。井下每天排水約500 m3，由于磚廠與洗煤廠對水的質量要求不高，每天約消耗水200 m3，節約300元；礦山清洗、建筑每天可使用150 m3，節約深層井水提取費300元；剩下的水存入二級水池，供附近農民灌溉用水。全年可全年可節約21 900元。

4 結束語

不經任何水質處理的大量礦井污水的排放，嚴重污染了礦區的生活和生產環境，特別是一些酸性水或含有油質、貴金屬離子或放射性等物質的礦井水，污染程度更為嚴重。通過合理利用煤礦礦井水，提高了礦井水的綜合使用率，改善了礦區及周圍地區的地質環境質量和人民的生活質量，降低了深層水的開采量，使地表水深度長時間保證在一定水平。

[1]張光德，李棟臣.礦井水災防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，2002.

[2]武強,黃曉玲，石占華,等.華北型煤田-供-生態環保三位一體優化結合研究[J].中國科學,1999（6）:35-38.