河曲旧县露天煤矿排水系统改进设计与实践

王 鹏

（山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业， 山西 河曲 036500）

1 矿山排水系统概述

河曲旧县露天煤矿采用的疏排水系统有坑下疏排以及外围疏干等。在采场内采取的疏排方式在水流疏排过程中会携带大量的泥沙，特别是在采场帮角位置排水携沙问题更为突出。在采场的涌水通过拉沟引水方式将采面帮、裂隙水及大气降水等排入到引水圈内，通过布置在引水圈内的水泵把积水排除。但是随着采场开采范围增加，引水圈需要经常重建，制约采场排水；同时引水圈需要安排专人值守排水或者安装自动排水系统，管理困难，在排水过程中还会有大量的泥沙流入到引水圈内，造成水中悬浮物含量偏高。

同时在煤炭回采过程中发现，局部区域内有残余水头，给煤炭的正常回采工作带来影响。分析原因主要是由于布置的疏干井排距、井距过大，在矿场周边难以实现地下水位的统一降低。在后续的排水工作中应采用其他的辅助疏排水技术措施。综合分析矿山在开采中受到的水害影响，该矿提出采用集水井对采场出水进行疏排[1-3]。

2 集水井降水方案

矿山开采的煤层厚度在4.9～78.65 m，平均厚度58.7 m，煤层倾角在5°。通过布置集水井可以有效降低地下水位，从而消除地下水对采场开采威胁，同时排水成本较低。针对开采帮水流流动时携带大量泥沙问题，通过布置大口径集水井即可截流流水，降低流水携沙量。现有的工程实践表明，采用集水井可以控制采场帮角涌水距离以及径流时间，实现高效降水作用。具体在采场内布置的集水井位置剖面图见图1。

图1 集水井位置剖面图

2.1 集水降布置

采用集水井降水就是通过在矿场深部埋深低于基底的管井，在管井内布置排水设备将地下水排出，从而使得地下水标高低于矿场开采层标高，从而有效降低采场开采时的涌水量，同时由于集水井位于采场标高较低位置，大气降低通过沟渠经过过滤也可直接排入集水井中集中排出。

为了便于对集中井管理，将集水井布置在距采掘工作面一定距离位置处，从而不会对正常的生产工作带来影响。设计的集水井深度在6～10 m、孔径在1.35 m，下入的套管管径为1.0 m，从而为集水井预留充足的沉积范围，具体结构见图2，可以采用挖沟机快速施工。设计的集水井应深入到开采煤层底板2 m 以上，井壁为直径1.0 m 钢筋笼，在钢筋笼外采用尼龙网包裹，从而形成集水井滤水网。在滤水网与集水井井壁间充填粒径在1.0～2.0 mm 不等的粒料，从而形成过滤层，用以过滤水流中含有的泥沙、煤粉等杂质。

图2 集水井结构示意图

为了降低涌出携带泥沙、煤粉等问题，在设计井位时首先考虑容易受到采场开采扰动的区域，同时为了提升集中井利用效率，根据开采煤层顶底板岩性参数，对岩层变化情况进行反演，尽量将积水井布置在反演得出的地层最低处，水流经过径流即可流入到集水井，达到拦截地下水涌出目的。

2.2 采场帮集水井布置

涌水是导致采面帮出现滑坡的一个重要因素，给边坡稳定带来不利影响。含水量较高的岩体内黏聚力、内摩擦角等力学参数值较低，从而降低岩体抗剪强度。做好采场排水、防水工作对确保露天矿山正常生产具有重要意义。因此，河曲旧县露天煤矿在采场边帮区域增加布置集水井，将集水井布置在边帮原出水口上侧，集水中投入运行之后可以降低该区域地下水位，有效控制边帮出水量，径流冲蚀边帮问题也得到显著改观，具体采场帮布置的集水井见图3。

图3 采场帮集水井布置示意图

由于采场内以往采用的导水沟排水煤泥、淤泥等较多，大型的设备进入到排水现场困难，为了降低排水工程量，控制排水成本，应尽量采用现有的导水沟，采用毛石布置滤水层对导水沟内的水进行初步过滤。

3 集水井排水效果分析

相对于传统的疏干降水井，采用的集水井管径在1.0 m 以上，集水井容水量显著增加，同时由于井壁采用钢筋笼、尼龙网以及粒料形成的压滤层，整个集水井具有较强的滤水能力。相对于普通的疏干井而言，集水井具备更强的排水、疏水以及过滤能力，在出水量较高区域，集水井排水稳定，单井出水量高[4-6]。

3.1 排水能力显著提升

现阶段在矿山采场内布置2 口集水井，可以占据到采场内排水系统排水量的65%。通过优化集水井布局，可以使得单口集水井占到采场总排水能力一半以上，承担采场内50%以上明排水工作。随着采场开采深度的增加，地下水涌出量呈现逐渐增加趋势，因此，从长远方面考虑，采用集水井排水方式，可以极大地缓解矿山引水圈疏排水压力。

3.2 管理更为便捷

从排水技术方面说，采用集水井排水更为简单，在具有相同排水能力情况下，采用集水井不需要安排专人进行值守，降低人力资源投入。随着集水井在矿山中应用，集中井排水量占到矿山总排水量比例逐渐提升。

3.3 井位布置更为灵活

采场采用引水圈时选择采场内底板凹陷点或地势低位置，并与采场帮有一定的距离，降低引水圈对边帮造成的影响。采用集水井排水时不需要安排专人值守，结构更为简单，位置选择更为灵活。根据煤层底板岩性反演处的底板裂隙水导水通道后，可以更为精准地确定集水井位置，有效拦截地下水向采场涌出。

3.4 降低排水投入

从排水设备维护以建设等方面分析，建设一座引水圈需要配套金属泵房、电力设备、沉淀池以及排水官网等，排水系统总计需要的费用在36 万元。在具备相当排水能力时，采用集水井时的管网、成井、维护等费用仅为17 万元，仅占引水圈投入费用的50%。同时随着采场开采范围的增加，引水圈需要随采场开采而不断变换位置，引水圈搬改迁费用更高。采用集水井时不需要频繁更换位置，同时排水费用更低。

4 结论

1）针对现阶段矿山采用的引水圈排水方式存在频繁搬移、排水效率不高，同时排水费用高昂等问题，提出采用集水井用以矿山采场排水。根据采场涌水量特点将集水井布置在采场帮端、地层最低处，有效降低采场帮煤岩层出水量以及地下水位，对提升采场排水能力起到重要促进作用。

2）集水井排水投入占到引水圈投入不足50%，位置选择更为灵活，排水管理更为简单，现阶段在矿山排水中取得了显著效果。