礦床疏干與排供結(jié)合

董 晛

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原 030006)

礦床水文地質(zhì)調(diào)查的核心任務(wù)，就是預(yù)測礦井涌水量，探討開采前后礦床水文地質(zhì)條件的變化規(guī)律，為礦床疏干設(shè)計、預(yù)測突水和保護(hù)礦區(qū)環(huán)境提供資料，在實際工作中，礦床的綜合評價、設(shè)計和施工是同時進(jìn)行的。礦床疏干主要是為了采礦安全、提高工效和降低成本，采用經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上合理的各種工程措施，對涌入井巷或威脅安全的各種水源進(jìn)行排除或控制等科學(xué)管理的工作。但是，礦床疏干過程中，會破壞地下供水水源，使地下水文地質(zhì)環(huán)境惡化。因此，礦床疏干在保證礦井安全生產(chǎn)首要任務(wù)的同時，還要在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上進(jìn)行綜合考慮，在保護(hù)地下水文地質(zhì)環(huán)境的同時，不斷加強(qiáng)地下礦井水的綜合利用，減少水資源的流失［1］。因此，實現(xiàn)排供結(jié)合意義重大。特別是山西省，山區(qū)較多，缺水嚴(yán)重，礦床疏干，加劇了礦區(qū)周邊的缺水問題，實行排供結(jié)合，在滿足礦井建設(shè)生產(chǎn)的同時，又能夠合理利用地下水資源，保護(hù)地下水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)。在實際礦井生產(chǎn)建設(shè)中，礦床疏干與排供結(jié)合相輔相成，密不可分。

1 礦床疏干的主要方法

礦床疏干是一項具有引發(fā)矛盾性質(zhì)的工作。采礦過程中，為了防止礦井突水，總是希望最徹底或盡量多地排除可能進(jìn)入井巷和威脅采礦的各種水源，結(jié)果必將破壞當(dāng)?shù)靥烊凰Y源平衡，減少供水量和惡化環(huán)境。從供水和保護(hù)環(huán)境出發(fā)，盡可能地提供更多的地下水資源，防止天然地質(zhì)環(huán)境惡化。因此，合理地進(jìn)行礦床疏干是兼顧采礦、供水和保護(hù)地質(zhì)環(huán)境、合理利用礦井水的統(tǒng)籌性工作。常見的礦床疏干治水的方法有防水法、疏水法和防滲法。

1.1 防水法

防水法就是指防治降水、地表水與潛水流入礦區(qū)的方法，主要目的是減少礦井涌水量。防治匯集與排除礦區(qū)范圍內(nèi)降水形成的地表徑流，最常用的措施是填堵井下進(jìn)水通道，匯集礦區(qū)內(nèi)原分布的水體并排;有時也通過修筑邊緣排水溝等地表防、排水工程，攔截外圍流入的降水漫流、地表水和淺部潛水，并引出礦區(qū)之外。礦區(qū)地表水體的處理通常采用隔離水體，如修筑水體防滲層、敷設(shè)排水管道等;不允許水體存在時，可采用移河措施。

1.2 疏水法

疏水法主要是針對充水水源進(jìn)行疏干或降壓，確保采礦安全的方法。包括預(yù)先疏干、并行疏干和探放水。1)預(yù)先疏干。主要適用于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的大水礦床。有兩情況:a.有些井巷在開挖過程中，需要通過強(qiáng)含水層或者高壓水威脅的地段，這種情況可在地表打深孔預(yù)先疏干強(qiáng)含水層區(qū)域或降低高壓水頭，當(dāng)井巷挖通，并封閉該含水層后，停止疏干，允許原含水層恢復(fù)充水或原水壓;b.當(dāng)開采礦床的直接頂?shù)装搴蛑苯禹數(shù)装咫m有一定厚度的隔水層，但間接充水層水壓過高，有突水的危險，可通過地表預(yù)先疏干或降壓的方法，達(dá)到在安全條件下采礦的目的，且不允許被疏干的地下水位或降低的水壓恢復(fù)。隨著開采范圍的擴(kuò)大，仍可用原地表疏干方式，不斷外擴(kuò)預(yù)先疏干范圍，或停止原地表預(yù)先疏干，改在井巷內(nèi)布置各種疏干措施，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)先疏干［2］。2)并行疏干。并行疏干就是在采礦的同時進(jìn)行的疏干工作，專業(yè)性較強(qiáng)，發(fā)生在采礦工作之前?？煞譃?a.通過預(yù)先疏干完成任務(wù)后，可在井巷或露天礦場內(nèi)設(shè)置各種排水設(shè)施，在采礦的同時，進(jìn)行疏干;b.有些礦井水文地質(zhì)條件相對簡單，不需要預(yù)先疏干，只要在采礦的過程中進(jìn)行并行疏干即可，同時為了確保采礦安全，疏干時須對預(yù)測的強(qiáng)水源或有突水的危險地段，進(jìn)行超前探水與放水。自始至終只進(jìn)行并行疏干。

1.3 防滲法

防滲法主要用于恢復(fù)已淹井巷涌水量過大或有突水威脅，又有適合條件的大水礦區(qū)。對這類礦區(qū)用疏水法會破壞地表水資源、引起地面塌陷和增大排水費用等。防滲法的實質(zhì)就是，通過在地下注漿使其形成不透水體，以此切斷井巷進(jìn)水通道，從而隔絕涌水水源，大量減少礦井涌水量。其工程投資多、工程量大、周期長，但在水文地質(zhì)條件合適情況下，往往會起到顯著的阻水作用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益［2］。

2 礦床疏干與排供結(jié)合

有些大水礦床的主要充水含水層，也是礦區(qū)周邊區(qū)域主要供水水源。大水礦床的疏干，首要任務(wù)就是保證礦井安全生產(chǎn)，同時通過排供結(jié)合，合理利用水資源，實現(xiàn)雙贏。

2.1 利用礦坑水的排供結(jié)合模式

礦井在早期勘探與設(shè)計中時通常是不會考慮排供結(jié)合的問題。由于井水受到不同程度的污染和排水量不夠穩(wěn)定等缺點，使目前大水礦床井水的利用率非常低，山西大部分煤礦礦井水利用率僅為30%左右［3］?？梢詫⒌V坑水用于水質(zhì)要求不高的農(nóng)業(yè)灌溉和與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用有關(guān)的洗礦、發(fā)電、煉焦等行業(yè);若要用于居民生活等，則需要進(jìn)行凈化處理。

2.2 預(yù)先疏干的排供結(jié)合模式

在所有礦床疏干方法中，最理想的方法是地表深井排水的預(yù)先疏干，其優(yōu)點是:a.通過深井排水，可大大減少礦井涌水量［4］;b.深井可滿足礦區(qū)周邊職工和居民用水，排出的深井水還可用于其他用途，從而實現(xiàn)真正的排供結(jié)合。此外，根據(jù)礦山開采規(guī)模的發(fā)展，漸進(jìn)式的優(yōu)化深井排水量，使疏干流場處于緩變狀態(tài)，可減弱疏干對環(huán)境的負(fù)面影響，如地面巖溶塌陷的規(guī)模，同時也可減少水中泥沙含量，保護(hù)水質(zhì)。

2.3 利用含水層雙層結(jié)構(gòu)的排供結(jié)合模式

在一些礦井水文地質(zhì)調(diào)查中，頂板充水圍巖是上強(qiáng)下弱的雙層含水結(jié)構(gòu)，中間有相對隔水層，中間隔水層相對穩(wěn)定。采用隔水層上部強(qiáng)含水段供水，下部弱含水段疏干的排供模式，能夠出現(xiàn)上下分離的兩個降落漏斗。

2.4 暗河引流的排供結(jié)合模式

有些礦床屬于暗河管道充水礦床，礦區(qū)周邊河流分布多，當(dāng)?shù)V床處于暗河管道下游時，可將坑道上游的暗河水進(jìn)行引流，用于農(nóng)田水利，居民生活用水等，同時開掘引流減少了礦坑的涌水量。

2.5 截流帷幕的排供結(jié)合模式

由于帷幕注漿的投資大，有一定的技術(shù)難度，考慮供水需求程度的同時，還要考慮礦山的經(jīng)濟(jì)效益，特別是水文地質(zhì)條件的可行性。按隔水帷幕的作用與規(guī)?？煞譃獒∧环饪诮亓骱歪∧蝗﹂]截流。如焦作演馬莊煤礦，1964年一次突水淹井，突水來自直接充水層石炭系La薄層灰?guī)r，距底板下20 m，但供水層是通過斷層聯(lián)系的下伏厚層中奧陶灰?guī)r強(qiáng)含水層，與煤盆地邊緣L8上覆的第四系含水層，兩者均為主要供水水源。在查明上述水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，利用帷幕注漿隔離L8灰?guī)r與其上下供水層的水力聯(lián)系，恢復(fù)被淹井保護(hù)供水水源，礦井恢復(fù)后的涌水量減少［5］。

3 結(jié)語

礦床疏干與排供結(jié)合是一項可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)工程，特別是水資源短缺的地區(qū)，在保證采礦安全的同時，實行礦床疏干與排供結(jié)合，既能起到降低礦井涌水量的作用，又能提高礦井水的利用率。但是，在現(xiàn)實中，絕大部分煤礦只顧眼前利益，為了追求利益最大化，只注重礦床疏干，忽視了排供結(jié)合的重要性。因此，要實現(xiàn)礦井疏干與排供結(jié)合，還需要政策上的大力支持，加大宣傳力度，減少地下水資源的浪費。

［1］張立君.談水文地質(zhì)礦產(chǎn)疏干與排供結(jié)合［J］.黑龍江科技信息，2012(8)：29.

［2］張躍生，周長松.雙柳煤礦礦井開采充水條件分析及防治對策［J］.地下水，2012(91)：45-46.

［3］李亞軍，齊鳳霞.霍林河南露天礦地下水疏干方式的探討［J］.中國煤田地質(zhì)，2006(2)：26.

［4］王秀軍.涌水量較小礦床疏干方式的探討［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2005(1)：36-37.

［5］張義之.新浦磷礦礦床疏干設(shè)計與實踐［J］.化工礦物與加工，1992(3)：69.