伯方煤矿矿井水综合利用方案的探讨

赵其林

(山西兰花沁阳煤矿有限公司，山西 晋城 048000)

1 概况

1.1 矿井地质概况

山西兰花伯方煤矿井田位于太行山中南段西侧，西侧的王龙山为沁水与丹沟的分水岭，北部的丹珠岭大保头山为浊漳河南源与丹河的分水线，井田内地形为西北高、东南低的低山丘陵，最高在井田中部，标高为+1 130 m，最低在柏枝庄村东南的635号钻孔处，标高为+881.35 m，最大相对高差为248.65 m。在标高+950 m以上多为基岩出露，沟谷发育，沟谷呈树枝状展布；在标高+950m以下，则为黄土丘陵区，黄土覆盖较厚，悬崖陡壁发育，大部分开垦为梯田，河床两岸为黄土和近代冲积层。

批采煤层为3号-15号煤层，面积27.502 km2，开采深度+900 m至+370 m标高。井田煤层体呈单斜状，走向 N45°E，倾向 N45°W，倾角 3°～6°，水文地质类型为中等，矿井现开采3号煤层，核定生产能力为2.10 Mt/a。采用斜—立井混合开拓，设计分为三个水平开采，一水平标高+870 m，一水平已采完；二水平标高+810 m，开采3号煤层一盘区、二盘区、三盘区。三水平标高+650 m，开采9号、15号煤层。目前，井下3号煤层南翼盘区已采完，现布置一盘区、二盘区和三盘区。正在开采一盘区和二盘区，三盘区作为一盘区的接替盘区正在准备中。多水平开拓示意图，见图1。

图1 伯方煤矿多水平开拓示意图

1.2 矿井水文概况

本区主要河流为丹河，纵贯井田东部边侧。较大的支流有高良河及杜寨河，高良河延入井田北部，杜寨河延入井田西南部，总的流向自西北流向东南与地形坡度基本一致。丹河常年有水，最高洪水位高出河床约3～3.5 m，至南部高平高庙山断层带，全部漏失于奥陶系石灰岩中。井田北部断层较多，但断层落差均小于20 m，破碎带宽度不大，断层两侧派生裂隙虽然发育，但断层裂隙被泥质充填，导水性一般，含水量不大，伯方煤矿开采3号煤层多处遇断层，过断层，只是涌水量略有增大。井下遇到的陷落柱水量明显增大，井田内的老空分布在东部较浅的地段，由于3号煤埋深均在河床侵蚀基准面以下，老空有积水。

该矿批准开采3号、9号、15号煤层，直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层和太原组灰岩、砂岩岩溶裂隙含水层，均属弱含水层。间接充水含水层主要为奥灰岩溶裂隙含水层，富水性较强。井田西部部分地段煤层底板低于奥灰水位标高，存在带压开采问题，经对西界处底板标高最低（460 m）的15号煤层进行突水系数计算，该处奥灰突水系数为0.27 MPa/m，大于正常地段突水系数临界值0.15 MPa/m，存在突水危险性。另经计算，正常地段安全开采区为煤层底板标高555.00 m以上地段，受构造破坏地段安全开采区煤层底板600.00 m以上地段。经对井田西界处3号、9号煤层奥灰突水系数计算，边界处二煤层突水系数分别为0.013 MPa/m和0.039 MPa/m，无奥灰突水危险性。结合该矿目前开采3号煤层井下涌水量45～65 m3/h。

1.3 矿井水综合利用概况

井田内煤层为东南高、西北低，3号煤层南翼盘区约7 km2，通过近三年对采空区水源的观察，水源水质通过水文观察，南翼采空区水源流量春、冬两季平均流量在120 m3/d,夏、秋两季流量平均流量在200 m3/d，井下每天总排水量500 m3，在+870 m水平做个井下水池，通过防尘管路铺设，能够满足井下防尘用水，井下水排到地面一级水池、净化后注入二级水池，一级水池供给煤矸砖厂及洗煤厂，二级水池供给矿区防尘、附近农业等用水，矿井水综合利用图，见图2。

图2 矿井水综合利用图

2 矿井水综合利用设计和实施

2.1 地下水池的建立

根据矿井地质构造，标高位于+870 m一水平，二水平大巷标高位于+810 m水平，各盘区巷道标高低于标+810 m水平，储水水仓建于+870 m水平巷道，高于用水区域60 m，水自然产生净压5个压力，完全能够满足全矿主要大巷、盘区巷、皮带机头、等中水管路布置的地方。水仓设计在一采区大巷内，第一个水池为过滤池，长20 m、宽1.5 m、深0.8 m，池内铺6~10 cm的小石子；第二个水池为储水池，长20 m、宽1.5 m、深1 m，上铺水泥盖板，蓄水量为40 m3；距池顶20 cm做一个溢水口，与排水沟相连，使多余水量排出，流到中央水仓。

2.2 井下、井上防尘管路的改造与实施

在一采区用排水管口与水池相联，通过巷道倾斜，另一段延长10 m后，通过阀门与井上下防尘管路沟通。井上构建多条管道，根据需要连接到使用地点。水充足时使用井下采空区水防尘，水不足时使用地面静压水池防尘。

2.3 井上水池的建设要求

一级水池位置应选在高于砖厂、洗煤厂，混凝土浇涛，体积为500 m3，不需用水泵，使井下水能够直通使用地点，通水管路用3寸，避免井下污水堵塞管道。二级水池建在污水处理厂附近，根据需要通到使用地点。

3 提高矿井水使用后的经济效率

井下采空区用水效益经济分析。根据矿井水排水系统改造后一年的成本运作，一采区防尘用水能够满足使用250 d，每天用水200 m3考虑，每天可节约污水处理费300元，排水费用250元，如果使用地面防尘净水，每天需增加400元水提取费用，每天950元，全年可节约23 750元。地面井下水使用效益经济分析。井下每天排水约500 m3，由于砖厂与洗煤厂对水的质量要求不高，每天约消耗水200 m3，节约300元；矿山清洗、建筑每天可使用150 m3，节约深层井水提取费300元；剩下的水存入二级水池，供附近农民灌溉用水。全年可全年可节约21 900元。

4 结束语

不经任何水质处理的大量矿井污水的排放，严重污染了矿区的生活和生产环境，特别是一些酸性水或含有油质、贵金属离子或放射性等物质的矿井水，污染程度更为严重。通过合理利用煤矿矿井水，提高了矿井水的综合使用率，改善了矿区及周围地区的地质环境质量和人民的生活质量，降低了深层水的开采量，使地表水深度长时间保证在一定水平。

[1]张光德，李栋臣.矿井水灾防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，2002.

[2]武强,黄晓玲，石占华,等.华北型煤田-供-生态环保三位一体优化结合研究[J].中国科学,1999（6）:35-38.