抚顺东露天矿防排水系统及水害防治措施

王 洋，李焕忠

（抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿，辽宁 抚顺 113003）

煤矿水害是煤矿生产常见的灾害类型之一，不仅影响煤矿的生产工作，还威胁员工的生命安全。近年来，我国煤矿淹井事故的发生有所减少，但防治水的工作仍然不容忽视[1]。在露天煤矿开采过程中，防排水工作是一项重要组成部分。煤矿生产经营中，经常受到水资源的危害，一旦出现水灾，会影响矿井的正常生产运营，给整个生产系统带来不同程度的破坏，甚至造成人员伤亡，做好矿井的防治水工作非常重要[2]。随着抚顺东露天矿不断降深开采，建立与生产实际相配套的防排水系统，合理划分坑下汇水区域，并使各泵站蓄水池容积和储排平衡关系满足需要，提高综合防汛能力，采取科学有效的水害防治措施，从而保障矿山安全生产。

1 东露天矿概况及防排水系统现状

抚顺地区地处中温带，属寒冷湿润的大陆性气候。主要特点是：夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。抚顺地区年平均气温6.6 ℃，夏季最高气温可达36.3 ℃，冬季最低可达-40.3 ℃。抚顺地区年平均降雨量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 mm，多集中在7—8 月份，年平均蒸发量1 450 mm。

1.1 含水层特征

在东露天矿田区域内有3 个主要含水层，即冲积层含水层、泥灰岩含水层及凝灰岩含水层[3]。

1）冲积层含水层。本区内冲积层厚度2.5～15 m平均为6 m，其总的变化趋势为由南向北逐渐增厚。地下水经过冲积层到东露天矿坑下，冲积层含水层的含水度较大，满足良好的供水条件，其一方面补给与浑河水有关，另一方面也与日常大气降水有关。根据钻孔抽水实验结果，其渗透系数k=92.80～10.27 m/d，影响半径R 为164.0～204.8 m。钻孔测定的该含水层单位涌水量g 为2～3.51/s.m。

2）泥灰岩弱含水层。该含水层属于绿色泥岩及页岩系，位于冲积层与油页岩之间，由断层和裂隙所构成，其充水程度与其自身的裂隙大小有关，层厚250～400 m。该含水层的渗透系数k=0.065 m/d，属弱含水层。

3）凝灰岩弱含水层。凝灰岩含水层位于本层煤下部，层厚20～40 m，在本区南部该含水层直接与第四纪冲积层相接触，其埋藏深度各有不同，在E5800、S280 处埋藏深度约有80 m，而在E7161、S628 处，埋藏深度仅有27 m，其渗透系数k=1.178～0.228 m/d，该层在露头处水量补给直接受上覆冲积层含水层和大气降水所控制。

1.2 充水因素和东露天矿防排水现状

根据东露天矿水文地质条件及开采形式，充水因素主要有第四纪冲积层自然涌水和大气降水2 方面因素。其次为原煤层采空区存有的极少量老窑水。通过该矿这几年开采揭露实见，其浅部旧采空区的充填体压实率达95%以上，只有在充填体内含有少量积水，该水对东露天矿煤炭和油母页岩富矿的开采没有影响。

防排水系统建设要考虑到地貌、地质、生产工艺等因素，必须全面规划、科学设计、合理建设[4]。东露天矿矿坑总汇水面积913.00 万m2，划分6 个汇水区域，即东部泵站汇水区域、西南泵站汇水区域、西北泵站汇水区域、隧道泵站汇水区、万新泵站汇水区域、坑底移动泵站汇水区域，各自汇水区域内分别建有泵站和防排水系统。矿坑周边建有东一段水沟、东二段水沟、东三段水沟、东四段水沟、新屯疏水隧道、万新至新屯疏水隧道、老虎台暗渠、东岗水沟、绿都水沟、西四段水沟等地表截流设施，使地面汇水不进入坑下。东露天矿防排水设施主要负责将地面的汇水分别引流到浑河、海新河之中，从而保证坑下正常有序作业。

2 防治水工作需注意的问题

1）防排水系统需要完善。排水系统是煤矿开采顺利进行的重要途径，因此需要采取有效措施加强排水系统建设，以满足煤矿开采需求[5]。随着矿山的开采和地质条件的变化，防排水系统的建设和配备上应该符合国家的标准规定，比如排水管路型号与排水泵是否配套、蓄水池容积是否达到要求、泵站的储排平衡关系是否满足需要等。如果发生水灾事故，防排水系统建设的不完善，将很难对水灾进行及时有效地控制。

2）汛期灾害预防要做到位。受地理工作环境的影响，在遇到暴雨等灾害性天气时，容易造成坑下部分场所被水淹没，甚至会导致矿山出现洪水、泥石流的情况，进而引发水灾事故。其次，海新河的防汛预防工作，提前排查堤坝和周边的薄弱环节，制定应对预防措施，防止海新河的决堤给东露天矿带来环境的恶化和作业现场的破坏。由于设备的维修和更换都需要大量的资金，从而提高煤矿的生产成本，直接影响煤的经济效益[6]。

3 防排水系统储排平衡关系

3.1 计算参数和矿坑总涌水量

按抚顺地区50 年一遇标准降雨量及水泵运行时间按1 日20 h 计算。各汇水区地下水涌水量是在设计泵站时进行实测，并参考东露天矿《初步设计》提供的数值进行计算。抚顺地区50 年一遇降雨标准降雨量表见表1。

表1 抚顺地区50 年一遇降雨标准降雨量表

东露天矿矿坑地下自然涌水量为958 m3/h，水量变化较为恒定。矿坑总汇水面积913 万m2，当50年一遇降雨时，1 d 降雨185.5 mm，矿各汇水区汇水面积及迳流系数见表2。各泵站均按“50 年一遇”暴雨标准进行设计，其总的日最大排水能力为43.23万m（3小时最大排水能力2.16 万m3）。所有泵站蓄水池的容积为59.84 万m3，1 日最大涌水量为60.82万m（3小时最大涌水量2.53 万m3），剩余量为42.25万m3。

表2 东露天矿各汇水区汇水面积及迳流系数表

径流量=汇水面积（m2）× 降雨量（m）/小时×径流系数。

3.2 东露天矿各泵站储排平衡关系分析

1）东部泵站。东部泵站汇水面积为287.00 万m2，蓄水池容积4.5 万m3，KQSN400-N6W/570 型号水泵3 台，流量1 658 m3/h，扬程74 m。东部泵站“50年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表3。

表3 东部泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系表

2）西南泵站。西南泵站汇水面积约201 万m2，蓄水池容积12.0 万m3，350S-125A 型号水泵3 台和350S-75A 型号水泵2 台，流量分别为1 181 m3/h 和1 170 m3/h，扬程分别为112 m 和65 m。西南泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表4。

表4 西南泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系核定表

3）西北泵站。西北泵站汇水面积约95 万m2，蓄水池容积11.6 万m3，KDOW200-800B 水泵2 台 和350S-26A 水泵2 台，流量分别为625 m3/h 和1 116 m3/h，扬程分别为170 m 和26 m。西北泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表5。

表5 西北泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系核定表

4）隧道泵站。隧道泵站汇水面积约65.0 万m2，蓄水池容积1.4 万m3，12SH-6A 型号水泵1 台和350S-125A 型号水泵1 台，流量分别为756 m3/h 和1 181 m3/h，扬程分别为78 m 和112 m。隧道泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表6。

表6 隧道泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系表

5）万新泵站。万新泵站汇水面积43.2 万m2，蓄水池容积3 500 m3；350s-75A 型号水泵2 台，流量为1 161 m3/h，扬程24 m。万新泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表7。

表7 万新泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系表

6）坑底移动泵站。坑底移动泵站汇水面积221.8万m2，蓄水池容积12.34 m3；泵船1 座；250D-4A 型号水泵2 台，流量450 m3/h，扬程180 m。坑底移动泵站“50 年一遇”暴雨标准储排平衡关系见表8。

表8 坑底移动泵站汇水区储排平衡关系核定表

4 水害防治措施

4.1 汛期前的水害预防措施

1）在每年7 月汛期来临前，对全矿坑下防排水设施开展全面安全大检查和隐患排查，完成坑下防排水系统的检修和重要防排水的新建工程。

2）当设施位置不高于当地历史最高洪水位时，必须根据生产实际情况按照要求标准修筑堤坝、排水沟等有效防洪措施。

3）坑下排土场保持平整，不得有积水，周围修筑截泥、防洪和排水设施。排水沟要采取日常巡查和清淤工作，防止渗漏、倒灌或漫流。

4）当采场内有滑坡区时，应在滑坡区周围采取截水措施。当水沟经过有变形、裂缝的边坡地段时，应采取防渗措施[7]。

5）地表及边坡上的防排水设施，应避开有滑坡危险的地段。用露天采场深部做储水池排水时，必须采取安全措施，备用水泵的能力不得小于工作水泵能力的50%。

6）汛期前对海新河上下游重新进行现场踏勘，掌握堤坝溢流点、溢流方向和汇水区域，完善海新河缓冲系统和洪水溢流系统。

7）由于该矿为复采井工矿采过的煤层，煤层中遗留大量水沙充填的旧采迹，隔水煤壁也会因自然沉降出现松动和裂隙，如果采煤坑底出现积水，会通过旧采迹泄漏到老虎台井下，威胁老虎台矿的安全生产，应预防上部排水沟渠向坑下跑水。

4.2 汛期中的水害防治措施

1）当采区含水影响采矿工程正常作业时，应超前采取疏干工程，保证采矿工程安全。

2）因疏干地层含水地面出现裂缝、塌陷时，应在影响范围增设防护设施，并设立安全警示标志，采取有效安全措施。

3）地下水影响较大和已进行疏干排水工程的边坡，应进行地下水位、水压及涌水量的观测，分析地下水对边坡稳定的影响程度及疏干的效果，制定地下水治理措施[8]。

4）汛期时所有泵站水位降至最低水位，同时，做好坑底采区设备的避险工作，就近选择安全地点避险，保证人员及设备的安全。

5）因地下水水位升高，可能造成排土场或采场滑坡时，必须进行地下水疏干[9]。

6）与老虎台矿建立联动机制，及时收集老虎台矿采煤沉陷监测数据，随时调整矿区内的大气降水汇水和径流，以防矿区内的积水向老虎台矿渗漏。

5 结语

通过对东露天矿防排水系统和各泵站储排平衡关系的分析研究，东露天矿防排水设施健全，同时，结合生产实际采取有效水害防治措施，强化“三防”工作，确保安全度汛，从而促进东露天矿安全生产。