[宝清县朝阳煤田地下水疏干工程处置方法浅析] 七台河煤田地下水疏干情况
时间：2019-04-12 03:29:56 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
[摘 要] 煤田地下水疏干是煤田开采过程中难以解决的问题，在疏干的过程中通常难以避免含水层滞水的现象，在煤田露天开采过程中造成一定的不利影响。本文基于宝清朝阳露天煤矿的工程实例研究，对上部含水层滞水现象产生的原因进行分析,并且归纳总结消除工程影响的方法。
[关键词] 地下水疏干 含水层滞水 宝清县
1.前言
含水层滞水现象是指无论垂直降水孔如何布置,数量如何多多少，抽水强度如何多大,只要有补给水源,含水层底板总会存在一定的地下水的现象。在工程上,它表现为根据虽然观测井中地下水位观测井的观测数据，地下水水位已经低于含水层底板，此含水层已经视为已疏干含水层，但是当剥离工作面外接近此含水层底板时处，含水层中仍含有一定地下水。含水层滞水现象是露天矿开采工程中经常遇见的一个问题。本文通过对宝清朝阳露天煤矿上部含水层滞水现象产生的原因进行分析,并且归纳总结消除工程影响的方法。
2.研究区概况
宝清县朝阳勘查区位于黑龙江省双鸭山市宝清县朝阳乡，。宝清朝阳煤田县远离我国的煤炭消费中心，煤炭产量除满足区内的供需平衡外，尚有结余。宝清县充分利用区内丰沛的水资源，依据电力工业中长期规划的装机容量和发电量的增长速度，依托“西电东送”，将建设大型燃煤电站及大型甲醇厂，走煤电化一体化经营、循环经济、科学发展之路，充分体现集约化、规模化经营化的优势，提升企业的整体素质、综合竞争力，最终将朝阳矿区建设成为国家特大型能源基地。
宝清朝阳露天区位于大、小索伦河冲积平原，曾经为沼泽地,沉积了巨厚的第三系和第四系地层。第四系除了地表的粘土层外，岩性以中砂和细砂为主，夹有粗砂和粉砂，并夹有粘土或在粘土中以透镜体形式出现；第三系以微胶结中、细级砂岩为主，夹有粗砂岩和粉砂岩,并且粘土与砂层互层现象较明显。这样因为参杂了含水量较大的粘性土或粉质粘性土，由于原状土被扰动，颗粒之间的毛细孔遭到破坏，水分不易渗透和散发，降低了土体的强度，并使之产生了弹性颤动。剥离运输设备由于自重较大，当挖掘机及卡车等重型设备工作时造成高载荷下临时道路易发生变形，挖掘设备行驶困难，需要铺洒碎石或者铺设钢板等措施保证设备通过,工作效率降低,成产成本增加。
宝清朝阳露天煤矿由于赋存条件、煤质、基础设施等开发建设条件比较优越，被列为首先开发的矿田。设计移交生产能力5Mt/a，达产生？能力11Mt/a，目前正在基础建设阶段。宝清朝阳露天煤矿于2009年开始建设,采用降水孔疏干方式疏排地下水，布设S1～S39、W1～W13、N1～N22、I1-1～I1-6、I2-1～I2-6共计86个降水孔,形成了比较完善的疏干排水系统。截至到2011年5月，采掘场剥离作业面已经工作致62m标高 ，而根据地下水位观测孔观测资料，地下水位为50m标高左右，已经到达上部含水层底板，表明上部含水层已经被疏干。
宝清朝阳露天区位于大、小索伦河冲积平原，曾经为沼泽地,沉积了巨厚的第三系和第四系地层。第四系除了地表的粘土层外，岩性以中砂和细砂为主，夹有粗砂和粉砂，并夹有粘土或在粘土中以透镜体形式出现；第三系以微胶结中、细级砂岩为主，夹有粗砂岩和粉砂岩,并且粘土与砂层互层现象较明显。这样因为参杂了含水量较大的粘性土或粉质粘性土，由于原状土被扰动，颗粒之间的毛细孔遭到破坏，水分不易渗透和散发，降低了土体的强度，并使之产生了弹性颤动。剥离运输设备由于自重较大，当挖掘机及卡车等重型设备工作时造成高载荷下临时道路易发生变形，挖掘设备行驶困难，需要铺洒碎石或者铺设钢板等措施保证设备通过,工作效率降低,成产成本增加。
3.含水层滞水现象产生的原因
宝清朝阳露天煤矿采用降水孔疏干排水方式。降水孔疏干排水方式由于施工简单、安全、工期较短；疏干工程布置灵活、被疏干排出的地下水不易受污染可供利用等优点，是露天矿疏干设计被广泛使用。但是通过降水孔疏干排水，在含水层底板会容易出现滞水现象。降水孔疏干排水形成滞水现象的原因是：
(1)水文地质条件较差，不利于地下水疏干。本区含水层渗透系数较小，并且变化较大，上部含水层渗透系数(k)0.335m/d～10.447m/d，中部含水层渗透系数(k)1.344m/d左右，下部含水层渗透系数(k)5.856m/d左右。粘土层与砂层互层现象较明显，且粘土层较完整，含水层中夹有粘土或在粘土中以透镜体形式出现。这些都是地下水疏干工作中的不利因素。影响降落漏斗曲线的形状，不利于含水层滞水现象中剩余水头的排除。
(2)采掘场内外地下水存在水位差。采掘场内的地下水位低于采掘场外,从而造成采掘场外水有向采掘场内流动的趋势。
(3)疏干降水孔之间有间隔存在盲区。降水孔疏干形成的降落漏斗表明,在降水孔附近地下水水位较低,远离降水孔处地下水位较高。这意味着采掘场内外地下水是相连通的。即使降水孔中水位标高虽然能够达到或低于含水层底板,但在疏干降水孔排以外的任何区域地下水位都却依旧高于其地下水位最低标高含水层底板,即含水体厚度非零,地下水相通。
(4)水跃。“水跃”现象表明井壁水位比井中水位高,这也意味着,除井内水位可以低至或低于含水层底板外,其余任何部位的地下水位均高出隔水层底板,地下水位的实际高度均大于其理论计算高度,从而使区内外地下水的相通性增强。
4.消减或消除含水层滞水现象工程效应的措施
含水层滞水现象出现的主要原因是采掘场内外地下水始终存在水力联系,采掘场外水源源地下水能够不断向采掘场内补给。根据具体情况通过某些辅助措施,降低含水层滞水现象对露天矿剥离作业的影响，尽量使将其影响控制在最小范围内。所以应把削弱区内外的水力联系，加大采掘场内部含水层的疏干能力作为消除或削减减少含水层滞水的对策。根据宝清朝阳露天煤矿具体情况，可以采用如下方法降低含水层滞水现象影响:
(1)适量增加降水孔数量,缩小孔间距，合理布置降水孔位置，加强重点区域的抽水能力，增加疏干排水能力。在现在86个降水孔的基础上，根据各帮降水孔出水情况，在出水能力较强降水孔更换流量更大的水泵；在含水层较厚，渗透系数较大，出水能力较好地段，适量增加降水孔的数量,增加疏干系统的抽水能力，使降落曲线的高度降低,即降低由于各个降水孔互相干扰下在降水孔间的地下水位高度,从而达到削弱采掘场内外地下水的水力联系目的。
(2) 采用明排系统。根据剥离地层中粘土较多，且水分不易渗透和散发的地质土质特点条件，综合考虑剥离计划及防洪要求，控制地下水水位，在采掘场中部或者含水层底板标高较低的地段开挖集水坑，使局部地段形成水头差，地下水会因为重力作用由水头较高处向明排坑汇集，再通过水泵将水排出采掘场外。在采掘工作面剩余水头较高处开挖排水沟，将水地表降水和含水层中的剩余水头排至集水坑，扩大集水坑的影响范围。集水坑的深度一般以5m～15m为宜。根据地下水排出速度结合剥离设备能力制定新的剥离计划，让明排坑和明排沟随着剥离深度保持水头差，以保证疏干效果。
(3) 渗水井。在采掘场内，根据含水层滞水情况及水文地质条件，选择中部和下部含水层渗透系数较大处，施工渗水井。利用渗水将上部滞水导入标高较低的含水层。在采掘场内增加渗水井比增加降水孔更实用。首先，降水孔需要设置水泵及相应的配电、控制、泵房和管路等相关设备，不仅投资大，而且在采掘场内影响剥离作业；其次，当降水到接近含水层底板时,含水层的给水量小,用泵只能间歇地抽水,而间歇时间往往难控制好,易造成井处地下水迂积,影响地下水的疏排;而渗水井则能及时将渗入井中的水下渗排走。
5.结论
含水层滞水现象在含水矿床的露天开采中较为常见，当遇到开采地层的地质条件较差不适宜地下水疏干时会对采掘工作造成影响，。解决含水层滞水的根本原则是,减少采掘场外对采掘场内地下水的补给,增加采掘场内的疏干能力。通过对目前宝清朝阳露天煤矿工程实例的分析，通过增加降水孔疏干排水系统的疏干能力，并结合集水坑和渗水井的方法疏排含水层剩余水头的方法可以减少滞水现象。
