抚顺东露天矿采区东部防排水系统优化

闫 岽，蔺永伟，周国栋，赵英拓

（抚顺矿业集团有限责任公司 东露天矿，辽宁 抚顺113004）

抚顺东露天矿矿坑东西长6 km，南北宽1.9 km，坑底水平-35 m，主要开采油页岩富矿作为集团公司炼油厂原料。油页岩富矿受水流浸泡后矿石易碎且富矿质量降低，因此在组织采区生产过程中，为确保高品位富矿原料供应，需要合理规划矿坑防排水系统。抚顺东露天矿现有东区排水泵站的布局存在拦截浅部地表水能力不足问题，为提升采区防洪能力，解决汛期防排水需求，需要对采区东部防排水系统进行优化。为此研究实施东区排水泵站合二为一的方案，有效改善了采区东部防排水系统，提高了东露天矿雨季抵御暴雨的能力，为减少水流浸泡富矿提供保障。

1 抚顺东露天矿水文地质情况与防排水现状

1.1 水文地质情况

东露天矿矿区地处丘陵向平原过渡地带，地势自东北向西南倾斜，地表标高＋70 ～＋150 m，矿区周围地势为南高北低[1]。煤田东部有海新河，煤田北侧为抚顺市主要干流浑河。抚顺地区地处中温带，属寒冷湿润的大陆性气候。年平均降雨量808 mm，据资料记载，历年最小降雨量460 mm，最大降雨量1 135 mm，其中月最大降雨量575.0 mm，多集中在7、8 月份。东露天水文地质含水层主要有3 个，即第四纪冲积层含水层、第三纪泥灰岩含水层和凝灰岩含水层[2]。

1）第四纪冲积层含水层。依据资料统计，该层全区分布，位于基岩之上，此层上部为粉质黏土、粉土；中部为中砂、粗砂、砾砂。下部为圆砾层[3]。单位涌水量在4.11～0.841 L/（s·m）；渗透系数一般在92.8～10.27 m/d。含水层主要受大气降水补给，其次受河水补给。露天开采前，潜水总的趋势是从东南流向西北，潜水补给河水；但由于露天开采的影响，地下潜水位不断变化，露天开采切断了第四纪含水层。在第四纪冲积层与基岩接触面上形成了1 个潜水渗出带，由于长期渗水，在煤田中部即N1000 左右形成了分水岭，分水岭以南潜水流向露天矿坑，以北流向浑河。

2）第三纪泥灰岩含水层。泥灰岩、绿色泥岩系，垂厚600 m 左右。层理裂隙发育，潜水沿裂隙补给。泥灰岩含水层不是全层含水，而是在裂隙发育地带局部含水，其单位涌水量为0.07 L/（s·m），渗透系数为0.065 m/d，为层理裂隙水，微承压，属弱含水层。

3）第三纪凝灰岩含水层。第三纪凝灰岩含水层分布煤层底板之下，厚度变化很大，全区分布，西部厚，东部薄，其厚度平均为31 m，其含水层特征是浅部含水性较好，至深部逐渐变弱，该含水层在露头部分直接受大气降水补给，属弱含水层。

1.2 抚顺东露天矿防排水现状

抚顺东露天矿采区东部设有2 个排水泵站，东端帮上部为东部泵站，下部为32 站临时泵站。端帮上部的东部泵站位于＋67 m 水平，汛期期间，由于泵站所处水平较高导致拦截浅部地表水范围有限，泵站汇水量较低，未达到设计防洪标准；端帮下部的32 站临时泵站因剥离台阶和端帮坡面限制水池容积较小，蓄水缓冲能力弱，现有防排水措施不能满足实际需要。

2 防排水工程布置

2.1 防排水原则

东露天矿开采期间，防治水方面实行浅截浅排原则，地表浅部汇水大部分引流到浅部泵站和西南泵站内，然后引入到坑外的河流内；截流水沟以下的地下涌水和大气降雨通过各平盘的渡槽和管路等引流到坑底汇水池内，通过坑底的移动泵站将水排到坑外。为减少坑底汇水渗透量，避免给下部老虎台矿采煤作业带来安全隐患，在坑底汇水处均安置移动泵站抽排积水。

2.2 排水泵站布局

目前，东露天矿坑底有东部泵站、32 站临时泵站、西南泵站、西北泵站、隧道泵站、金融护卫泵站等固定式泵站，汛期期间在东部坑底、西部坑底设立移动泵站（浮船）加大排水能力。矿坑西部汇水主要集中在隧道泵站，西北泵站；东部泵站和32 站临时泵站主要抽排68 站以东冲积层渗透水和地表汇水。东部泵站建于2013 年11 月，泵站标高为＋67 m 水平，蓄水池容积4.5 万m3，拥有4 台14SH-9A 水泵（排量为970 m3/h），最大排水能力为6.2 万m3/d。32 站临时泵站2014 年12 月建成，标高为＋32 m 水平，蓄水池容积0.8 万m3，拥有3 台14SH-9 水泵（排量为1 260 m3/h），最大排水能力为3.5 万m3/d。

3 防排水系统优化

目前，东部泵站主要汇集＋67 m 水平以上冲积层渗水和地表汇水，泵站开泵时间仅2 h/d，日排水量1 500 m3；而68 站以东的大部分冲积层渗水和地表水由68-32 水沟汇入了32 临时泵站，因该临时泵站蓄水容积小，缓冲能力弱，水泵需长时间运行，排水量9 000 m3／d，临时泵站排水体积达到了东部泵站排水体积的6 倍。结合近年汛期防排水资料来看，采区东部汇水大量涌入32 站临时泵站，而东部泵站在汛期未能发挥应有的作用。32 站临时泵站蓄水池容积仅有2 万m3，加之泵站排水能力不足，无法满足汛期防排水需要。采区东部排水系统泵站设置不合理问题逐渐显现，因此需尽快调整采区东部防排水系统布局，避免造成不必要的浪费。

优化矿山防排水系统布局应综合水文、气象、地形、地质、露天采矿工艺和进度等条件，保证露天采剥工作安全、正常地进行[4]。经过反复研讨，依据“合理规划，区域防洪，浅截浅排，节能降耗”的原则[5]，提出废除东部泵的意见。

3.1 重新划分东露天矿东部汇水区域

利用原有地形、地貌及分水岭，尽最大可能拦截地表水，使浅部水不进入东露天矿坑内。设计将位于矿区E10300～E10400、SN0～N200 区域、＋67 m 水平的 东 部 泵 站 降 深 移 设 至E10200 ～E10300、N200 ～N300 区域、＋32 m 水平，移设后与32 站临时泵站合并，命名为32 站泵站。东部泵站降深移设后，采区内形成5 个大型汇水区域，即西南泵站汇水区域、西北泵站汇水区域、隧道泵站汇水区域、32 泵站汇水区域、东部坑底移动泵站汇水区域。

3.2 端帮扩采工程

东部泵站在进行降深移设前需要实施东端帮扩采工程，端帮扩采后可为东部泵站降深移设创造空间位置。东端帮扩采总工程量为51.2 万m3，考虑端帮扩采作业受帮坡角、平盘宽度和降雨汇水制约，设计采用汽车工艺降深作业，汽车工艺最大特点是机动灵活、爬坡能力强[6]，适合东露天矿端帮扩采作业。东端帮扩采纵断面如图1。

图1 东端帮扩采纵断面

图1 中，S1、S2、S3 分别表示上三角工程量的不同采掘阶段，X1、X2、X3、X4 分别表示下三角工程量不同采掘阶段。其中采装上三角工程量的目的是形成采区降深公路系统，为生产作业提供施工条件。工程量总体可划分为4 部分，分别为：形成东端帮新公路土方量1.7 万m3；旧公路采装推进采装土方量4.3万m3；开拓公路系统上三角土方量12.1 万m3；开拓公路系统下三角土方量33.1 万m3。

工程施工后，首先，沿旧东部泵站公路由北向南降深开采形成采区开拓运输系统；其次，完成开拓公路上三角土方量采掘到界；最后继续下三角土方量采掘到界。东露天矿随着开采深度的增加，采场边坡不断地加高加陡[7]，端帮扩采到界过程中，要严格遵守设计要求留设帮坡角和保安平盘，为矿山长远发展奠定基础。东端帮采区东西方向纵断面如图2。

图2 东端帮采区东西方向纵断面

3.3 新建截流泵站

东端帮扩采到界后既可开始32 站泵站新建工程，矿区东部汇水面积287.00 万m2，东部泵站和32临时泵站合二为一，可充分发挥浅排泵站截水能力，为采区安全生产提供保障。根据最终采矿境界要求，设计泵站位置建在32 临时泵站的东侧、-280 m开采境界界外。具体蓄水池位置为E10230～E10342、N70～N265，标高＋32 m，呈南北向布置。

东露天矿矿区所处位置“五十年一遇”暴雨日最大汇水量为18.57 万m3，地下涌水1 d 约为1.47 万m3，总汇水量20.04 万m3，经过计算32 泵站日最大需要排水量14.94 万m3。按排水量要求，新建泵站蓄水池面积0.92 万m2，水池深度8.0m，容积为6.8 万m3，有效容积5.1 万m3。根据排水需要，32 站泵站设计安装排量1 746 m3/h、扬程74 m 的500S-98B 型号水泵2 台；安装排量1 260 m3/h，扬程75 m 的14SH-9 型号水泵3 台。通过对东露天矿采区汇水面积、汇水量、排水设备能力等参数进行计算，以新形成的采矿布局为基础，确定了新形成排水布局的合理性[8]。

4 结 语

原东部泵站降深移设与32 临时泵站合二为一，有效改善了采区东部防排水系统，进一步优化东露天矿坑底汇水区域，提升了泵站截流地表水范围，同时，为减少水流浸泡采区富矿提供了保障。工程实施后在人力支出方面，原东部泵站为无人值守泵站，下部32 站临时泵站为有人值守泵站，泵站合并后新泵站为无人值守泵站，每年可节省泵站人员管理支出费用近30 万元；在资源回收方面，实施东部泵站降深移设工程，可多回收油页岩富矿6 万t。