元寶山露天煤礦疏干井井眼布置及技術經(jīng)濟分析

元寶山露天煤礦疏干井井眼布置及技術經(jīng)濟分析

1第四系孔隙含水層和基巖含水層元寶山露天礦是國內(nèi)外罕見的富水礦。它能夠很好地覆蓋第四系多孔潛水和基巖含水層，從而使采層具有很強的透水性。第四系孔隙潛水含水層滲透系數(shù)為90～700m/d;基巖含水層滲透系數(shù)為0.6～15m/d。所以疏干工作對于該礦來說是十分重要的,也是不易解決的一個技術難題。對此做了大量的分析與研究工作。2經(jīng)濟分析比較疏干方式有多種,疏干方式的選擇應根據(jù)水文地質(zhì)條件及開采方式來確定。同時進行技術、經(jīng)濟等方面的分析比較,以尋求技術可行、經(jīng)濟合理的綜合措施,才能達到節(jié)省投資,減少對周圍環(huán)境影響和降低開采成本的效果。元寶山露天礦的疏干工作經(jīng)歷了10多年的實踐和分析研究,形成了“地表、地下及明排相結(jié)合”的聯(lián)合疏干方式,并取得了顯著的效果。2.1疏干井、采礦邊界元寶山露天煤礦原設計第四系疏干采用群井降水孔的疏干方式,即在采場的工作幫和非工作幫分別布置多線列完整型疏干井。非工作幫的疏干井與采礦邊界平行布設,而工作幫的疏干井與向北推進的工作線大約有8度的夾角。疏干井井深40～75m,鉆孔直徑500～1600mm,井管直徑350～1100mm,單井設計流量為50～725m3/h。1988年開始施工,1990年8月15日開始疏干排水。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地下水開采量過大,采礦工程緩慢進入1992年四季度,隨著采礦工程的進一步延深,采場內(nèi)地下水水位443m,已明顯高于采場內(nèi)最低的設計標高440m,使采礦工程無法進行。因此必須投入新的疏干工程方可繼續(xù)生產(chǎn)。為此提出了兩種疏干方案進行分析比較。2.2.1單井對含水層厚度的計算在距采場中心200～400m的距離內(nèi)施工一定數(shù)量的疏干井。為了簡化計算,假設各井流量相等,各井抽水時影響半徑相等,采用疊加原理進行計算,計算公式為:Ho2?h2=nQln(Rr)/πKΗo2-h2=nQln(Rr)/πΚ式中K——滲透系數(shù),m·d-1;R——影響半徑,m;H0——潛水含水層的初始厚度,m;h——計算區(qū)疏干后的含水層厚度,m;r——各單井對二區(qū)東部的加權平均距離,m;n——井數(shù);Q=125m3/h。通過計算,需投入23口流量為125m3/h疏干井(總排水能力為6.9萬m3/d),水位下降達到穩(wěn)定時,可以使水位從443m降到438.5m,滿足當時剝離生產(chǎn)的需要。2.2.2集水坑深度構造在采場東部的含水層中,直接開挖明排集水坑并配合以環(huán)形排水溝,形成明排系統(tǒng)。該系統(tǒng)屬非完整型集水坑,涌水量采用下式計算:Q=1.366KS(D+A)Tlog(R/rw)Q=1.366ΚS(D+A)Τlog(R/rw)式中rw——相當于大井井徑,m;S——地下水位降深,Q/m;D——靜水位到集水坑底的深度,m;A——抽水時集水坑內(nèi)水深,m;T——集水坑系數(shù),1.1～1.6。經(jīng)計算,集水坑開挖后,當排水能量為1.3m3/d時,水位下降達到穩(wěn)定,可以使水位從443m降到437m,同樣也可滿足剝離生產(chǎn)的需要。2.3聯(lián)合疏干工藝通過以上兩種方案的分析對比可以看出,采用明排系統(tǒng)進行疏干,技術上可行,經(jīng)濟上合理。降深相同的情況下,明排系統(tǒng)每天可少排水5.6萬m3,排水費用按0.1元/m3計算,可節(jié)省5600元。因此采用了明排系統(tǒng)的疏干措施,來解決當時局部的疏干問題。實施后,坑內(nèi)安裝了2臺200D離心泵,實際排水能力為1.37萬m3/h。降深情況與計算結(jié)果相同,保證了這一部位剝離任務的順利進行。這樣在當年就形成“以群井疏干為主,以明排疏干為輔”的聯(lián)合疏干方式雛形。1993年到2001年末,該礦在群井疏干中又先后增加了P1排、P2排及P5等37口疏干井。明排系統(tǒng)也由443m水平進一步降深至428m水平,確保了各年度生產(chǎn)任務的完成。2.4巷道工程施工2000年初,該礦在二采區(qū)西部施工了疏干巷道,其疏干的主要對象是煤系地層含水層。井口處是煤層,井筒及疏干主巷自西向東掘進。巷道除井口段外,全部為梯形木支護。巷道的主要工程量為:主巷全長764m,主水倉165m,臨時水倉12個,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口通風井,加之變配電系統(tǒng)及排水管路形成了地下(巷道)疏干系統(tǒng)?；窘鉀Q了地下水對該部位剝離施工的影響問題。3疏干工藝的應用前景元寶山露天煤礦含水層主要有第四系孔隙潛水含水層和煤系地層孔隙含水層。從疏干的角度來說,可以分為第四系疏干、殘余水處理及基巖疏干三方面工作,這是根據(jù)不同含水層的水文地質(zhì)特征而確定的。從整體地質(zhì)角度,它們之間具有密不可分的關系,是互相聯(lián)系的。一個好的疏干方案,不但要經(jīng)濟合理、技術可行,而且必須將這三者統(tǒng)籌兼顧,綜合考慮,主次分明,并且兼顧減少對周圍農(nóng)村的影響。只有這樣,疏干工作才能真正起到提高現(xiàn)代化采礦設備的工作效率,減少疏干對采礦工作的影響,最終達到降低煤炭成本的目的。該礦由于形成了“聯(lián)合疏干方式”,幾年來在疏干方面取得了較大的經(jīng)濟和社會效益。例如明排系統(tǒng),在達到同樣疏干效果的前提下,坑下每排出1m3的地下水,相當于外圍疏干排出2～3m3地下水的效果。目前坑下明排系統(tǒng)的排水能力平均為6萬m3/d,最少相當于外圍群井排出12m3/d的能力。每天至少可少排地下水6萬m3。節(jié)省疏干費用0.6萬元,降低了出煤成本,并減少了對周圍地區(qū)的影響。其總體原則和思路是:(1)第四系疏干采用“以群井疏干為主,明排疏干為輔”的疏干方式。同時控制好水位及疏干漏斗形態(tài)。在保證安全和不影響采礦生產(chǎn)的前提下,盡量加大明排疏干能力。疏干井的布置方式仍以線型布置為主。(2)基巖疏干仍以目前已經(jīng)形成的疏干巷道作為主要手段,并根據(jù)采礦生產(chǎn)情況進行統(tǒng)一考慮。(3)殘余水處理(包括第四系殘余水和煤系地層殘余水)應以疏干井和巷道疏干控制整體的疏干降水漏斗形態(tài)(指漏斗的影響范圍、水力坡度及降水深度)為前提,考慮必要的明溝和局部的、一定數(shù)量的含水層底板低洼處的放水孔。4集水坑及排水系統(tǒng)明排疏干方式(1)對于元寶山露天煤礦這樣一個水文地質(zhì)條件復雜,含水層多而且含水量很大的露天礦來說,疏干排水工作尤為重要,在疏干方式的選擇上,必須采取聯(lián)合的疏干措施進行統(tǒng)一處理,方能取得較好的效果。(2)集水坑及排水溝明排疏干方式中,集水坑相當于一個大口徑的疏干井,并以排水溝作為其擴大影響范圍的一種手段。這種疏干方式在技術上合理可