河曲舊縣露天煤礦排水系統改進設計與實踐

王 鵬

（山西煤炭進出口集團河曲舊縣露天煤業， 山西 河曲 036500）

1 礦山排水系統概述

河曲舊縣露天煤礦采用的疏排水系統有坑下疏排以及外圍疏干等。在采場內采取的疏排方式在水流疏排過程中會攜帶大量的泥沙，特別是在采場幫角位置排水攜沙問題更為突出。在采場的涌水通過拉溝引水方式將采面幫、裂隙水及大氣降水等排入到引水圈內，通過布置在引水圈內的水泵把積水排除。但是隨著采場開采范圍增加，引水圈需要經常重建，制約采場排水；同時引水圈需要安排專人值守排水或者安裝自動排水系統，管理困難，在排水過程中還會有大量的泥沙流入到引水圈內，造成水中懸浮物含量偏高。

同時在煤炭回采過程中發現，局部區域內有殘余水頭，給煤炭的正?；夭晒ぷ鲙碛绊?。分析原因主要是由于布置的疏干井排距、井距過大，在礦場周邊難以實現地下水位的統一降低。在后續的排水工作中應采用其他的輔助疏排水技術措施。綜合分析礦山在開采中受到的水害影響，該礦提出采用集水井對采場出水進行疏排[1-3]。

2 集水井降水方案

礦山開采的煤層厚度在4.9～78.65 m，平均厚度58.7 m，煤層傾角在5°。通過布置集水井可以有效降低地下水位，從而消除地下水對采場開采威脅，同時排水成本較低。針對開采幫水流流動時攜帶大量泥沙問題，通過布置大口徑集水井即可截流流水，降低流水攜沙量。現有的工程實踐表明，采用集水井可以控制采場幫角涌水距離以及徑流時間，實現高效降水作用。具體在采場內布置的集水井位置剖面圖見圖1。

圖1 集水井位置剖面圖

2.1 集水降布置

采用集水井降水就是通過在礦場深部埋深低于基底的管井，在管井內布置排水設備將地下水排出，從而使得地下水標高低于礦場開采層標高，從而有效降低采場開采時的涌水量，同時由于集水井位于采場標高較低位置，大氣降低通過溝渠經過過濾也可直接排入集水井中集中排出。

為了便于對集中井管理，將集水井布置在距采掘工作面一定距離位置處，從而不會對正常的生產工作帶來影響。設計的集水井深度在6～10 m、孔徑在1.35 m，下入的套管管徑為1.0 m，從而為集水井預留充足的沉積范圍，具體結構見圖2，可以采用挖溝機快速施工。設計的集水井應深入到開采煤層底板2 m 以上，井壁為直徑1.0 m 鋼筋籠，在鋼筋籠外采用尼龍網包裹，從而形成集水井濾水網。在濾水網與集水井井壁間充填粒徑在1.0～2.0 mm 不等的粒料，從而形成過濾層，用以過濾水流中含有的泥沙、煤粉等雜質。

圖2 集水井結構示意圖

為了降低涌出攜帶泥沙、煤粉等問題，在設計井位時首先考慮容易受到采場開采擾動的區域，同時為了提升集中井利用效率，根據開采煤層頂底板巖性參數，對巖層變化情況進行反演，盡量將積水井布置在反演得出的地層最低處，水流經過徑流即可流入到集水井，達到攔截地下水涌出目的。

2.2 采場幫集水井布置

涌水是導致采面幫出現滑坡的一個重要因素，給邊坡穩定帶來不利影響。含水量較高的巖體內黏聚力、內摩擦角等力學參數值較低，從而降低巖體抗剪強度。做好采場排水、防水工作對確保露天礦山正常生產具有重要意義。因此，河曲舊縣露天煤礦在采場邊幫區域增加布置集水井，將集水井布置在邊幫原出水口上側，集水中投入運行之后可以降低該區域地下水位，有效控制邊幫出水量，徑流沖蝕邊幫問題也得到顯著改觀，具體采場幫布置的集水井見圖3。

圖3 采場幫集水井布置示意圖

由于采場內以往采用的導水溝排水煤泥、淤泥等較多，大型的設備進入到排水現場困難，為了降低排水工程量，控制排水成本，應盡量采用現有的導水溝，采用毛石布置濾水層對導水溝內的水進行初步過濾。

3 集水井排水效果分析

相對于傳統的疏干降水井，采用的集水井管徑在1.0 m 以上，集水井容水量顯著增加，同時由于井壁采用鋼筋籠、尼龍網以及粒料形成的壓濾層，整個集水井具有較強的濾水能力。相對于普通的疏干井而言，集水井具備更強的排水、疏水以及過濾能力，在出水量較高區域，集水井排水穩定，單井出水量高[4-6]。

3.1 排水能力顯著提升

現階段在礦山采場內布置2 口集水井，可以占據到采場內排水系統排水量的65%。通過優化集水井布局，可以使得單口集水井占到采場總排水能力一半以上，承擔采場內50%以上明排水工作。隨著采場開采深度的增加，地下水涌出量呈現逐漸增加趨勢，因此，從長遠方面考慮，采用集水井排水方式，可以極大地緩解礦山引水圈疏排水壓力。

3.2 管理更為便捷

從排水技術方面說，采用集水井排水更為簡單，在具有相同排水能力情況下，采用集水井不需要安排專人進行值守，降低人力資源投入。隨著集水井在礦山中應用，集中井排水量占到礦山總排水量比例逐漸提升。

3.3 井位布置更為靈活

采場采用引水圈時選擇采場內底板凹陷點或地勢低位置，并與采場幫有一定的距離，降低引水圈對邊幫造成的影響。采用集水井排水時不需要安排專人值守，結構更為簡單，位置選擇更為靈活。根據煤層底板巖性反演處的底板裂隙水導水通道后，可以更為精準地確定集水井位置，有效攔截地下水向采場涌出。

3.4 降低排水投入

從排水設備維護以建設等方面分析，建設一座引水圈需要配套金屬泵房、電力設備、沉淀池以及排水官網等，排水系統總計需要的費用在36 萬元。在具備相當排水能力時，采用集水井時的管網、成井、維護等費用僅為17 萬元，僅占引水圈投入費用的50%。同時隨著采場開采范圍的增加，引水圈需要隨采場開采而不斷變換位置，引水圈搬改遷費用更高。采用集水井時不需要頻繁更換位置，同時排水費用更低。

4 結論

1）針對現階段礦山采用的引水圈排水方式存在頻繁搬移、排水效率不高，同時排水費用高昂等問題，提出采用集水井用以礦山采場排水。根據采場涌水量特點將集水井布置在采場幫端、地層最低處，有效降低采場幫煤巖層出水量以及地下水位，對提升采場排水能力起到重要促進作用。

2）集水井排水投入占到引水圈投入不足50%，位置選擇更為靈活，排水管理更為簡單，現階段在礦山排水中取得了顯著效果。