伊敏三号露天矿疏干防排水设计.pdf

1 6 露天采矿技术 2 0 1 4 年第1 1 期 D O I ： 1 0 ． 1 3 2 3 5 ／ j ． c n k i ． 1 t c m． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 0 6 伊敏三号露天矿疏干防排水设计 杨 丽 萍 ( 中煤科工集团沈阳覆计研究院有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 5 ) 摘要 ： 为了保 障采矿 工作的安全顺利进行 ， 并且可以给 电厂用水提供稳定水源， 通过类比等方 法估算 出三号矿地下水赋存情况 ， 并对与一号矿交叉开采时的防排水提 出了建议 。 关键 词 ： 疏 干 ； 地 下 涌水量 ； 地 面防排 水 ； 交叉 开采 中图分类号： T D 7 4 5 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 1—9 8 1 6( 2 0 1 4 )1 1—0 0 1 6—0 4 De wa t e r i ng a nd d r a i na ge de s i g n i n Yi m i n No． 3 o pe n-p i t mi ne YANG Li p i ng ( C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p S h e n y a n g D e s i g n＆R e s e a r c h I n s t i t u t e， S h e n y a n g 1 1 0 0 1 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o e n s u r e s a f e t y a n d s mo o t h o f mi n i n g wo r k a n d p r o v i d e s t a b l e w a t e r s o u r c e f o r e l e c t r i c p l a n t ， t h e a r t i c l e f i g u r e d o u t t h e O C C U l T e H c e c o n d i t i o n o f g r o u n d wa t e r i n N o ． 3 mi n e a n d p r e s e n t e d s u g g e s t i o n o n d r a i n a g e o f c r o s s mi n i n g wi t h No ． 1 mi n e ． K e y wo r d s ：d e wa t e r i n g ； u n d e r gro u n d w a t e r i n fl o w； g r o u n d d r a i n a g e ； c r o s s mi n i n g 1 概述 伊敏煤 田露天区水文地质分区 ，在构造作用下 形成 3个单 向阶梯式断块 ， 根据其构造性质 ， 自然状 态下地下水特征以及地层水文地质性质的差异 ， 分 别构成 3 个独立 的水文地质分区，由南向北分别为 南露天区、 一露天区和露天接续 区， 每个露天区水文 地质特征差异较大。本次工作重点在露天接续 区I 1 】 。 区内主采煤层 1 5上、 1 6下 煤层 ， 1 5 E 煤的直接充 水 含水层为 1 5 E 煤及顶板砂砾岩含水 层组 ， 1 6一 F 煤 的直接充水含水层为 1 6下 煤及 顶板砂砾岩含水层 岩组 ， 其它含水岩组为主采煤层 的间接充水含水层 ， 由于隔水层分布的不连续性 ，本 区含水层之间的补 给关系较复杂。 本区第 四系砂层裸露 ， 利于大气降水入渗 ， 同时 地处在伊敏河冲积平原之上 。从本区剖面上看伊敏 组各含水层与第 四系含水层层位相连通 ， 由此可见 ， 各直接充水含水层和间接充水含水层受伊敏河影响 较大。第四系主要的补给来源为大气降水 ，大气降 水沿第 四系砂层裸露区人渗补给第 四系砂砾石层 ， 一 部分地下水以蒸发的方式排泄 ，一部分以入渗的 收稿 日期 ： 2 0 1 4 — 0 6 — 1 6 作者简介： 杨丽萍( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 辽宁沈阳人 ， 工程师， 硕 士 ， 毕 业 于辽 宁工程 技 术 大学 ， 现 在 中煤科 工集 团沈 阳设 计研究院有限公司工作。 方式排泄于下部煤系地层。 煤系含水层的补给来源 ： 一 是大气降水通过煤系地层露头的直接人渗补给 ； 二是由第 四系含水层越流补给或通过断层补给 ， 在 含水层中径流排泄于下游区。 直接充水含水层和间接充水含水层地下水 的补 给来源 ： ①本区地层的侧 向补给 ； ②各含水层之间的 天窗和断层的导通 ；③煤系地层露头接受大气降水 的直接补给 ； ④径流方式为顺层径流 ， 排 于下游地区 或疏干区。 在未来矿床开采时的强烈的疏干条件下， 地下水 的补给 、 径流条件会发生很大变化 ， 隔水层之间的天 窗和断层将会成为矿床开采中的主要涌水部位和层 段 ， 从而导致矿床水文地质条件发生改变， 趋于复杂。 综上所述 ， 勘查区内以孔隙含水层矿床为主， 主 要可采煤层 1 5 E 、 1 6下 煤层 含水层 ， 1 ～ 1 4 煤层及 顶板砂岩含水层补给条件不好 ，但 q>2 0 L ／ s m且 地下水不易疏干。 依据 中华人民共和国国家标准《 矿 区水文地质工程地质勘查规范>) G B 1 2 7 1 9 — 9 1 将勘查 区的水文地质勘探类型划分为水文地质条件复杂的 充水矿床 ， 即一类三型。 2 采掘场疏干工程设计 2 ． 1 地下涌水量计算方法 依据各含水层 的水力性质及进入矿坑形式 ， 选 择地下水动力学法 ( “ 大井” 法 ) 计算公式 ， 对揭露 的 l 冒 圈 露 天 采 矿 技 术 2 m 4 ~ g 1 1 期 1 7 煤层顶板含水层和煤层底板含水层分层选用不同的 公式进行涌水量预测。 第 四系砂砾孔 隙含水层 ， 选用“ 大井 ” 法潜水公 式 ： QI =1 ． 3 6 6 Kt p ／ ( 1 g n 0 一l g r o ) 进行计算 ； 1 2 #～ l 4 煤层及顶板砂岩含水层 、 l 5 E 煤及顶板砂砾岩含 水层组 、 1 6下 煤及顶板砂砾岩含水层组选用 “ 大井” 法承压转无压公式 ： QⅡ=1 ． 3 6 6 K『 ( 2 H — ) 一 1 ／ ( 1 g R o —l g r o ) 计算。 式中 ： Q为出水量 ， m3 ／ d ； K为渗透系数 ， m ／ d ； H 为 自然条件下潜水含水层的厚度 ， m； 为降深 ， in； 。为影响半径 ， m； r o 为抽水孑 L 过滤器的半径 ， m。 2 ． 2计算数据选择 大井法矿井涌水量数据是在地质报告的基础上 结合现场实际情、况【 l ， 经过调整与修正得出 ， 具体参 数选择见表 1 。 表 1 各含水层涌水量估算成果表 2 ． 3 计 算结 果分析 随着疏干工作的不断进行 ，一般情况下地下水 会逐渐减少 ， 最终趋于稳定 ， 本次设计时参考了伊敏 一 号矿历年疏干数据 ， 采用 比拟法进行分析 ， 对本矿 达产后约 2 O年的疏干排水量进行 了估算 。 位于勘探区南部 4 k m的伊敏一号露天矿 ， 主要 开采 1 5上、 1 6下 煤层 ， 开采基础数据见表 2 。从伊 敏 煤 田 1 9 9 3年 以来疏干水量及降深 、 原煤产量 、 疏干 面积及底板标高来分析， 水位标高高于底板标高时 ， 疏排水量与降深 、原煤产量及疏干面积基本成正相 关 ， 在水位标高接近或低于底板标高时 ， 疏排水量与 降深 、 原煤产量及疏干面积等参数没有相关关系， 从 2 0 0 4年至 2 0 1 0年吨煤排水量 比较稳定采用其相关 关系较为可靠 。伊敏三号露天煤矿与伊敏一号露天 矿 同属于伊敏煤 田，均主要开采 1 5 t 、 1 6下 煤层 ， 均 在区域水文地质单元的径流区， 因此采用比拟法可行 。 从表 2中数据可 以得 出如下结论，矿井疏排水 量与煤炭产量相关性不大 ，整体上体现了矿床疏干 涌水量 的基本特征 即涌水量 由大变小 ，通过数据对 表 2 伊敏煤田一露天矿 1 9 9 4 — 2 0 1 1 年数据表【 1 指标 年排 水量 指标 年排水量 指标 年排水 量 年份 ／ T Y n l 3 年份 ／ 万 m 年份 ／ T Y m 1 9 9 4 7 6 6 3 ． 8 3 2 O 0 0 3 9 5 5． 3 2 2 0 O 6 1 8 2 7． 4 8 1 9 9 5 4 7 5 7． 6 5 2 0 o1 1 8 5 6． 7 6 2 0 o 7 l 8 7 9 ． 9l 1 9 9 6 4 6 3 2 ． 4 7 2 0 o 2 l 68 1 ． 6 4 2 o o 8 l 8 8 5． 1 O 1 9 9 7 4 7 0 2 ． 2 4 2 o 0 3 1 8 3 9． 5 4 2 0 o 9 1 8 1 5 ． 51 1 9 9 8 4 91 7 ． 91 2 O O 4 1 7 9 5． 5 4 2 01 0 1 6 7 8 ． 2 0 1 9 9 9 4 5 4 4 ． 5 2 2 o ( ) 5 2 1 o 5 ． 8 O 2 01 1 1 7 5 6 ． 1 6 比分析 ，可 以估算出伊敏三号矿露天矿历年地下涌 水量的数据 ， 见表 3 。 表 3 伊敏三号露天矿历年地下涌水量数据表嘲 指标 年排水量 指标 年排水量 指标 年排水量 年份 ／ T Y m 3 年份 ， 万 m3 年份 ／ T Y m 2 01 6 1 2 7 6 6 2 0 22 6 6 3 8 2 0 2 8 3 0 6 5 2 O1 7 7 9 1 6 2 O 2 3 3 0 41 2 O 2 9 3 1 9 2 2 0 1 8 7 6 6 0 2 0 2 4 2 8 0 9 2 0 3 0 3 1 9 2 2 01 9 7 6 l 6 2 0 2 5 3 O 6 5 2 0 31 3 0 65 2 0 2 O 8 1 7 1 2 0 26 2 93 7 2 0 3 2 2 8 o 9 2 O 2 1 7 5 3 2 2 0 2 7 3 4 4 7 2 0 3 3 2 9 3 7 根据表中数据可知，当疏干到 2 0 3 0年左右 ， 地 下水基本达到平衡 ， 水量在 3 0 0 0万 I n ／ a 。 但是由于 本次数据只是根据伊敏一号矿历年疏干情况经过类 比得出的数据 ，最终数据应以现场每年疏干水量实 测数据为准。 就 目前计算所得数据 ， 可以满足供给四 期 电厂用水 ， 且存在富裕 ， 建议将疏干水作为供水的 主水源。其余水源作为备用更为经济合理。 2 ． 4疏干 工程 布置 设计根据一孔多用的原则 ，降水孔采用混层排 水 ， 为最大发挥降水孔降低地下水位的作用 ， 提高降 水效果及延长降水孔服务期限， 结合采剥进度 ， 根据 地下水补给方向， 在采掘场外 围布设降水孔 ， 截取地 下水的侧向补给，并在采掘场内含水层底板较低处 设降水孔排除含水层地下水的储存量。 过渡第 1 年共布设 E 。 ～ E S 1 一 。 ～ s 。 舶 w1 ～ W 9 及 N 一 N 3 共计 1 0 4个降水孑 L ； 达产第 1 年将 E排 、 w排 分别向前延伸 ，并在推进方 向新布置 s 排降水孔 ， 用 于提前疏干。因此 ， 达产时期共布设 E 。 ～ 、 S s 2 ～ w。 ～ W3 。 及 N 。 ～ N ， 共计 1 3 5个降水孔， 达产年还 有 S 排 3 4个 降水孔一直在使用 ，知道采矿 的工作 帮推进至此将其剥离掉为止【2 J 。 1 8 露天采矿技术 2 0 1 4 年第1 1 期 根据采矿设计达产时期 ， 将 w 排及 N排降水孔 接入沿采掘场西端帮及北帮( 非工作帮) 布设 的一号 疏干排水管路 ； E排及 s排降水孔接入沿采掘场东 帮和南帮( 工作帮 ) 布设 的二号疏干排水管路， S 。 排 疏干排水管路接入二号疏干排水管路 ，二号疏干排 水管路最终与一号疏干排水管路并排接至采掘场东 北侧的泵站，由泵站布设管路最终排至伊敏一号露 天煤矿疏干排水供水泵站， 作为生活及工业用水。 疏 干排水管路埋设深度为管顶以上埋深 1 ． 8 0 m 【 。 3 采掘场排水设计 采用正常降雨汇水和暴雨汇水合并排 除方式 ， 在坑底设移动式排水泵站 ， 用潜水电泵排水方式 。 3 ． 1 排 水布置 达产时采掘场坑底最低位置位于采掘场坑底东 南部 ， 在采掘场坑底最低处设置 2 个排水泵站 ， 分别 汇集地下涌水及大气降雨， 采用潜水电泵排水， 由排 水泵站向东侧端帮敷设 1 条正常降雨排水管路和 2 条暴雨排水管路 ，分别将水排坑内排水处理站和采 掘场非工作帮以北的柴达敏湖 自然排放 。其 中正常 降雨排水管路用于排放地下涌水 ，暴雨排水管路用 于排放大气降雨 ， 因为暴雨发生概率不高， 为造成不 必要的浪费 ， 因此 ， 本次设计拟采用 2条相同管径 的 排水管路 ， 在非暴雨期 ， 可使用 1 条管路工作 ， 1 条 备用 ； 在暴雨期 ， 2条管路 同时工作 ， 这样既保证 了 生产的安全， 也更加经济合理。 3 ． 2 排水量计算 采掘场 汇水 量包括 降雨径流量和地下水涌水 量。 降雨径流量按达产时采掘场面积计算。 按多年雨 季月平均降雨量计算采掘场正常降雨量 ，根据气象 资料可知 ， 雨季为 6～9月 ， 各月多年平均降雨量非 别为 5 0 ． 5 、 9 2 ． 3 、 7 6 ． 9 、 4 1 ． 8 mm，则雨季平均月降雨 量 为 6 5 ． 3 7 5 m m【 2 J 。 就暴雨排水时间的问题跟现场专家讨论过 ， 专 家认为该矿山坑底可以部分淹没而开采上部台阶的 煤 ， 也可以满足供煤要求 ， 这一意见虽跟国内规范不 一 致【 4 ， 但对于当地条件来说也不无道理 ， 是可以 接受的，所 以坑底暴雨量采用 7日暴雨 1 4日排除。 达产时期的采掘场汇水量计算结果见表 4 。 4 地面防排水系统 4 ． 1 自然概 况 矿区位于大兴安岭西坡 呼伦贝尔草原中部 ， 海 表 4 达产 时采 掘场汇水量表 正常降雨 时期 径 流量 ， ( I n h ) 暴雨径流量／ m 3 地下涌水 ／ ( m h ) 达产时期 2 4 7 3 4 2 1 6 4 4 1 0 5 9 7 4 7 2 1 2 0 5 4 5 0 8 4 8 3 9 拉尔盆地东部 ， 伊敏河中下游西侧 ， 盆地外围以低山 丘陵为主， 最高 7 5 8 ． 3 0 m， 最低 6 6 4 ．9 4 m。盆地内为 冲积平原，海拔一般 6 7 1～6 7 3 i n ，相对高差 9 3 ． 3 6 m。勘查区周边原有地表水体都已被露天煤矿排干， 仅剩哈萨廷不拉格水体 ， 为季节性积水 。 本区属中温带大陆性季风气候 ， 冬季寒冷漫长 ， 夏季温凉短促， 春秋两季气温变化急促 ， 且春温高于 秋温 。 秋雨多于春雨 ， 无霜期短。年均气温一 1 ． 9。 C， 极端最高气温 3 7 ． 3。 C，极端最低气温一 3 9 ． 9。 C ； 最 小降水量 2 2 7 ． 7 m m， 最大降水量 4 0 4 ． 4 m m； 最小蒸 发量 1 0 5 3 ． 2 m m， 最大蒸发量 1 3 1 8 ． 3 m m； 无霜期 1 1 9 d ， 冻冰期 9月下旬到翌年 4月下旬 ， 平均结冰 日数 2 4 5 ． 2 d ， 平均结冰深度 3 ． 2 4 m， 平均积雪 日数 1 4 1 ． 6 d ， 平均积雪厚度 1 O ． 2 4 e m。 4 ． 2地 面防排 水 系统 首采区北侧和西侧地势较高 ，东侧为 自然汇水 排泄区， 自然汇水根据地形由西向东排泄， 会对采掘 场造成影响。本次可研在确定地面防排水系统布置 时 ， 以拦截为主， 疏截结合 的原则建立地面防排水系 统。 充分利用地形 、 工程位置和采掘推进阶段的时空 关系 ， 建立 1 防洪坝 ， 沿西侧台地底部布置 ， 用于拦 截上游汇水 ， 防止积水进入采掘场 ， 1 防洪坝最终接 至伊敏一号矿西排土场 ， 与排土场共同拦截汇水 ， 在 一 号矿西排土场南侧即为已有的南帮排水沟 ，汇水 可顺地势直接流人 ， 顺沟排走 。 在靠近疏干管路一侧修建 1 防洪堤， 用于拦截1 防洪堤以东汇水 ， 并修筑 2 防洪堤泵站 ， 将汇水 沿 防洪堤排水管路引至 1 防洪堤以西 ， 顺地势排弃。 5结语 1 ) 伊敏三号露天矿紧邻一号露 天矿 ， 在开采境 界上存在交叉部分 ，当一号露天矿转 向完成向前推 进必然与三号露天矿开采范围重叠 ，这就存在疏干 管线布置的问题。 当一号矿首先经过此区域的时候 ， 必定先剥离掉部分疏干井 ， 从范 围看 ， 大概 1 3个左 右， 此时 ， 就需要将疏干管线移位布置。如果三号露 天矿先开采至此， 则不存在移位的说法 ， 但是 当一号 露天采矿技术 2 0 1 4 年第1 1 期 1 9 矿在此开采至此的时候， 就需要将疏干井剥离掉部分 ， 大概 1 0个左右 ， 管线扔需移设布置。 具体设计待开采 至此的时候 ， 根据现场水量变化情况加以调整跟布置 。 2 ) 伊敏一号矿与三号矿紧邻 ， 在地下水方 面必 定互相影响 ，一号矿疏干必定引起地下水 向其方向 运移 ，三号矿疏干也必定使地下水运移方向发生变 化 。在基建期及过渡期甚至达产前几年水量不会发 生很大程度的减少 ， 但是随着开采的不断推进 ， 地下 水量必定会趋于一个稳定的值 ，这就需要对地下水 疏干情况做出准确 的观测跟记录。为下一步修正设 计提供准确的数据 。 参考文献 ： [ 1 ] 中国煤炭科工集团国际工程分公 司． 伊敏三号露天矿 可行性研究 [ G] ． 沈阳： 中国煤炭科工集团国际工程分 公 司 ， 2 0 1 2 ． [ 2 ] 内蒙古 自治区煤 田地质局 1 0 9勘探队． 内蒙古 自治区 伊敏煤 田伊敏露天煤矿接续区勘探报告[ R] ． 伊敏 ： 华 能伊敏煤电有限责任公司， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 杨丽萍 ， 吴野． 巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计[ J ] ． 露天采矿技术， 2 0 1 4 ( 7 ) ： 4 1 — 4 3 ． [ 4 ] 中国市政工程华北设计研究院．给水排水设计手册 [ M] ． 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 5 ] 中国建筑标准设计研究院． 给水排水标准图集[ M] ． 北 京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 7 ． 【 责任编辑 ： 解 连江】 ( 上接第 l 5页) 西部开采经边坡稳定计算虽 然稳定性没有急 剧下 降 ， 但是可能引起变形速度加快 ， 造成上述系统破坏 严重 。 南帮主滑体西边界 已较 明显 ， 处于油厂装置区 之外 ， 但是西 区开采可能对油厂边界产生拖拉变形 ， 可能引起油厂边界变形加剧。 北帮的电铁系统担负着东露天矿的剥离排弃任 务 ， 本次开采规划在遵循原“ H界 ” 的基础 上 ， 东 区 2 9段进行了并段。根据系统降深及边坡稳定状况将 坑底降深标高进行了抬高。 东 区由原来 的一 3 5 2 IT I 抬 高至一 3 4 5 I n ，西区由原来的一 3 9 8 m抬高至一 3 6 4 I n 。 整体边坡稳定性有所提高。但是北帮 1 7段 ( 一 8 0 i n 水平 ) 发生滑坡 ， 主要由于北帮 E l 0 0 0区域边坡受矿 坑 内西北走向的 F 断层牵 引产生 的多条小断层切 割 ， 岩体破碎 ， 造成绿色泥岩楔体滑坡 。 经现场检查 ， 西 露 天矿 北 帮 油母 页 岩 富矿 采 区 E 1 2 7 5 、 E 1 3 4 2 、 E 1 4 5 0 、 E 1 5 2 5赋存 4条近南北向的小断层 ，这些小 断层切人北帮 ， 对边坡稳定极为不利 ， 可能引起上部 台阶局部片帮滑落。 2 ． 5 西 区进行 分阶段 开采及 实时监 测研判边 坡动 态 根据对南北边坡的长时间研究发现 ， 西区采场生 产要阶段性进行， 边坡稳定情况是“ 晴雨表” ， 并及时监 测研判边坡动态 ， 坚持“ 边坡不稳定不生产” 的原则。 西区采场规划分 ： 不降深扩采 、 分 区域到界及 内 排 回填压脚 3 个 阶段进行开采 ： 第 1 阶段不降深 ， 只 进行北帮扩采 ， 力求对边坡影 响最小 ； 第 2阶段进行 E 7 5 0 ～ E 8 5 0区域百米区间开采到界 ， 实现快速回填 ； 第 3阶段实现 E 6 5 0 ～ E 7 5 0区域开采到界。每一阶段 采用边坡雷达跟踪变形监测 ，雷达预警立即停止开 采 ， 保证人员和设备安全 。 此外 ， 非汛期 ， 集 中力量在西区采场进行生产 ； 汛期 ， 西区采场不进行生产 ， 对采空区实行 内排 回填 压脚 ， 集中力量在东区采场进行生产。 3 结语 南、北帮边坡稳定评价采用 了目前较先进 的摩 根斯坦一 普瑞斯( M o r g e n s t e r n — P r i c e ) 法来确定边坡的 安全系数 。 经稳定分析评价 ， E 3 0 0和 E 4 0 0剖面坑底 开采设计对南帮稳定没有影响 ， E 6 0 0和 E 8 0 0剖面 坑底开采设计对南帮稳定有一定影响， 但影响不大。 西部 区域北帮现状边坡含水情况下 稳定性系数为 1 ． 1 7 ～ 1 ． 2 1 ， 稳定性较好 ， 但受坑底 开采设计 的影响 较为明显 ，其 中 E 6 0 0第 3阶段 E 8 0 0第 2阶段开采 设计边坡稳定 系数均为 1 ． 0 8 ， 处于基本稳定状态。 因 此 ，提出的西露天矿西 区改变采矿工程推进方向的 研究在理论上是可行的，在边坡稳定状态不恶化 的 前提下实施横采 内排 ，实现快采快填有利于南北边 帮的稳定。 参考文献： [ 1 ] 美国福陆工程公司． 抚顺西露天矿第二阶段基本工程 设计[ G] ． 美国： 美国福陆工程公司， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 煤炭科学研究总院抚顺分院． 抚顺西露天矿北帮边坡 稳定性研究[ R] ． 抚顺 ： 煤炭科学研究总院抚顺分院， 1 991 ． [ 3 ] 张幼蒂． 露天采矿系统工程[ M] ． 北京 ： 北京工业 出版 社 ． 1 9 8 9 ． [ 4 ] 马军 ， 才庆祥， 陈树召． 露天煤矿单斗挖掘机 一卡车工 艺发展探讨[ J ] ． 露天采矿技术， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 1 - 3 ． 【 责任编辑 ： 陈毓】