五位一体优化结合综合技术研究

文/刘存玉

冀中能源峰峰集团梧桐庄矿井田处于相对封闭滞流的水文地质单元，水害成为制约矿井安全生产、高产高效的主要因素。

一、矿井水的控制

1.采用综合探测手段，查明矿井水文地质条件

（1）探明区内落差5m以上的断层要素，控制断层落差、产状及其在走向和倾向上的变化；查明区内的陷落柱发育情况、煤层底板的起伏形态及褶曲构造的发育形态、奥灰顶面起伏形态及埋深；同时，进行采区综合水文物探工作，确定断层、陷落柱的含（导）水性及含（导）水深度和范围；查明区内大煤以下各主要含水层至大煤的导水裂隙、通道发育范围。

（2）重点采区的三维地震资料进行精细解释，对危害性较大的陷落柱及常规解释难以反映出来的小构造及裂隙发育带进一步精确解释。

（3）在巷道掘进过程中采用物探加钻探的方法探查导水构造。

（4）工作面回采前的底板综合探测。

（5）利用井下含水层水温随深度增加而升高的特点，加大对采掘工作面生产过程中出水水温的日常监测，可迅速直观地判别出水水源。

2.堵源截流，改善矿井水文地质环境

梧桐庄矿1＃导水陷落柱封堵工程井下施工6个钻孔，注入水泥1000吨；地面施工1个注浆主孔及6个分支孔（1789.17m），共注浆20977.6t，通过对该陷落柱的注浆封堵，将北翼总回风巷2.2m3/min的出水彻底封堵，并使矿井涌水量由 17.5m3/min减少至 12.5m3/min；3＃陷落柱地面注浆封堵工程地面施工4个注浆主孔、6个分支孔及一个检查孔 （4742.97m），共注浆59731t，通过对该陷落柱的注浆封堵，使矿井涌水量由12.5m3/min减少至7.5m3/min，同时极大地改善了矿井的水文地质条件，对工作面的安全开采提供了强有力的保障。

3.工作面底板预注浆加固改造和局部疏放水

从第二个工作面开始，在工作面回采前采用底板预注浆加固改造和局部疏放水的方法进行工作面综合防治水工作。通过不断探索总结，对断层附近重点加固，将加固目的层延深到山伏青灰岩含水层，甚至大青灰岩含水层。注浆后的效果达到了将裂隙充填密实，使强含水层段变为弱含水层段，甚至为隔水层段的目的。再结合工作面附近小范围的局部疏放水，从而避免工作面回采期间的底板突水。

二、矿井水处理

1.井下澄清系统处理

梧桐庄矿矿井水属于典型的高矿化度矿井水，矿井水在流经采煤工作面和巷道时，会带入大量煤粉和岩粉等悬浮颗粒，致使矿井水悬浮物颗粒SS含量达到180mg/L。经过井下澄清系统的除沙、絮凝、沉淀等流程可去除大量的悬浮物。

（1）混凝剂选择聚合氯化铝PAC，并且确定PAC最佳投加量为30mg/L。

（2）助凝剂PAM加药量的确定：絮凝剂PAM的最佳投加量为2.0mg/L。

2.地面石英沙过滤处理

矿井水经井下澄清系统处理后由井下提升系统送至地面无阀多介质过滤系统，其产水再经二氧化氯消毒。

滤料采用石英沙均质滤料，滤层厚度1.2m，反冲洗系统采用长柄滤头配水配气系统。滤池运行由PLC自动控制，在过滤过程中根据滤池内的水位变化情况自动调节滤池出水管上的气动调节阀开启度，当滤池过滤时间或水头损失达到设定值时，滤池自动进行反冲洗，滤池反冲洗排水排入调节池。

三、矿井水的利用

煤矿矿井水处理后的水供给井下消防降尘洒水、工作面底板预注浆加固用水、地面矸石山洒水等，节约了水资源。每年可减少排放悬浮物，减轻了对地表水环境的污染，减少了水体中污染物总量，环境效益良好。

矿井水净化处理后作为生产用水可以减少地下深井水的开采量，节约地下水资源，保护矿区地下水和地表水的自然平衡；可以解决过度开采地下深井水带来的环境问题，可促进工农关系，也有利于当地经济的发展；可以解决矿区用水和水资源的矛盾，保证正常生产和经营，提高综合效益，促进矿区的可持续发展。

四、矿井水的回灌

1.地下水回灌技术方法

采用管井注入法。回灌目的层为奥陶系中统马家沟灰岩，奥陶系以上地层全部用套管止水封闭，奥陶系用祼孔有利于回灌和节省费用。

利用地面标高与奥灰含水层水位标高差（100m），将经过净化和消毒的矿井水回灌至奥灰含水层中储存起来。

2.回灌工程可行性分析

（1）水文地质条件的可行性

梧桐庄矿矿井地下水属于相对独立的深循环水文地质单元，侧向边界水量交换很少；区域性水文地质条件特征属于排泄滞缓区，具备回灌、存贮高矿化度水的基本地质构造条件。梧桐庄矿矿井水回灌目的层为奥陶系中统马家沟组灰岩，该含水层厚度大，介质岩性渗透系数高，透水能力强，比较适合地下水人工补给。

（2）回灌水处理水质的可行性

矿井水经混凝反应、斜板沉淀、石英沙过滤后，出水中再加投二氧化氯消毒后可有效杀灭微生物，防止微生物大量繁殖堵塞回灌井，满足地下水回灌水质要求。

（3）回灌工程方案的可行性

回灌量可行性分析。从模型预测结果看，以450m3/h回灌8～10年，奥灰水的流场不会产生显著变化，矿井排水67%来自奥灰水情况下，边界水位上升幅度0.3m～1.2m之间；矿井排水80%来自奥灰水情况下，边界水位上升0.2～0.75m，完全不会改变井田奥灰水与井田周边奥陶系地下水的补给关系，井田水动力条件不会产生明显的变化。

回灌方式可行性分析。现场表明，矿井水回灌奥陶系中统马家沟灰岩含水层试验比较成功，表明矿井水回灌工程方案具有可行性。

间断回灌与不定时回扬回灌试验。回灌过程中，各种沉积物质使井下逐渐堵塞，为了清除堵塞含水层和回灌井的杂质，在进行回灌时必须进行回扬。

五、生态环境保护

从建立防治水工作程序入手，系统研究矿井水害防治与水资源利用一体化的保水开采模式，有效控制了井下出水并对原出水点进行了有效封堵，以保护矿区重要的地表和地下水资源，为矿区及附近城乡的可持续发展奠定基础。

将煤矿矿井水处理后作为煤矿工业用水，不仅解决了矿区缺水问题，而且充分利用了矿井水资源，节省了地下水资源，具有明显的环境效益。

高矿化度矿井水进行处理回灌之后，既回补了矿区地下水，控制了地面沉降，也不会造成对地下水的污染，确保了煤矿的绿色开采，实现了煤矿污水的零排放，保护了矿区周边地区生态环境，促进了当地生态经济的可持续发展。

六、结论

通过围绕地下水控制、处理、利用、回灌与生态环保五位一体优化结合综合技术研究成果而实施的一系列系统工程，彻底把梧桐庄矿由治水转变为防水；由地下水资源流失与突水事故转变为保水开采。实现“零排放”，真正达到环保绿色开采的目标；彻底把梧桐庄矿由水害严重、排放污染转变为保水开采、生态环保，使矿山变成了绿色矿山、和谐矿山，保证了矿井的可持续发展。