孫 娟,行久

(1.遼寧省水文水資源勘測(cè)局,遼寧沈陽(yáng) 110003;2.遼寧省水文水資源勘測(cè)局阜新分局,遼寧阜新 123000)

五龍煤礦涌水量及可利用水量評(píng)價(jià)

孫 娟1,行久2

(1.遼寧省水文水資源勘測(cè)局,遼寧沈陽(yáng) 110003;2.遼寧省水文水資源勘測(cè)局阜新分局,遼寧阜新 123000)

為了有效利用五龍煤礦礦坑排水,并對(duì)礦坑排水量進(jìn)行有效預(yù)測(cè),在調(diào)查分析礦坑涌水量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用水文學(xué)的方法分離礦坑涌水量的穩(wěn)定和隨機(jī)成分,并對(duì)未來(lái)(2010年、2015年、2020年)礦坑涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè),據(jù)此獲得了五龍煤礦可利用設(shè)計(jì)水量的序列數(shù)據(jù)。

礦坑涌水;礦坑排水;可利用水量;五龍煤礦

1 五龍煤礦概況

1.1 基本情況

五龍煤礦是我國(guó)“一五”時(shí)期(1953～1957年)由前蘇聯(lián)幫助建設(shè)的156個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一,1957年投入生產(chǎn),近年來(lái)年產(chǎn)量達(dá)到150萬(wàn)t左右,是阜新礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的重要生產(chǎn)礦井。

根據(jù)阜新礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型方案,通過(guò)對(duì)五龍煤礦的改造擴(kuò)建,開采劉家煤田。劉家煤田是阜新礦業(yè)(集團(tuán))公司唯一已經(jīng)探明而未開采的煤田,煤田地質(zhì)儲(chǔ)量為1.7億t,可開采量為0.9億t。計(jì)劃通過(guò)改造擴(kuò)建五龍煤礦立井,開采劉家煤田。改造擴(kuò)建后,五龍煤礦年生產(chǎn)能力將由現(xiàn)在的150萬(wàn)t增至300萬(wàn)t,新增生產(chǎn)能力達(dá)到150萬(wàn)t。

阜新煤田主要可采煤層賦存于下白堊統(tǒng)沙海組三段及阜新組[1],共有10個(gè)煤層組,煤種較雜。阜新組煤層分布面積達(dá)225km2,平均厚度為14.49m,含有5個(gè)煤層組,厚度變化在0.05～96.48m之間;煤層不穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含煤系數(shù)高,平均含煤率為20%～40%,單位面積儲(chǔ)量在新邱區(qū)高達(dá)860萬(wàn) t/km2,厚度展布方向 NE52°～ NE68°,分布于同沉積背斜和斜坡地帶及低緩的向斜部位。沙海組煤層在全煤田的分布目前尚未完全查明,含有5個(gè)煤層組,厚度變化在0.10～23.33m之間,平均厚度為7.76m,分布面積近200km2。

1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

五龍煤礦周圍為丘陵地帶。表土層厚5～12m,由腐殖土、亞黏土及砂土組成,下部為風(fēng)化巖石層。土質(zhì)穩(wěn)定,構(gòu)造簡(jiǎn)單,強(qiáng)度能滿足一般建筑物、構(gòu)筑物對(duì)地基土的要求。目前該礦開采的是中生代晚侏羅紀(jì)阜新組水泉、孫家灣、中間、太上、太下5個(gè)煤組,其礦井水是由3個(gè)含水層的水構(gòu)成,從上到下依次為潛水層、煤層群頂?shù)装逅畬?、火成巖裂隙水層。

a.潛水層。該水層賦存于第四紀(jì)全新統(tǒng)沖(洪)積沙礫巖中,全區(qū)帶狀分布,水層厚度為2～10m,水深為4m,單位涌水量為 0.1～2L/(s?m),滲透系數(shù)為243m/d。

b.煤層群頂?shù)装逅畬?。該水層賦存在阜新組水泉、孫家灣、中間、太上、太下5個(gè)煤層群中間的砂巖中,含水厚度為20～150m,是由4個(gè)厚度為5～40m的砂、巖含水層組成,多裂隙呈現(xiàn)裂隙水,是煤層的直接沖水層。全區(qū)面狀分布,單位涌水量為0.01L/(s?m),滲透系數(shù)為 0.009 m/d。另外該礦-365m水平孫本層頂板砂層、沙礫巖中裂隙涌水,涌水量為485m3/h,是該礦區(qū)主要的含水層。

c.火成巖裂隙水層。該水層賦存于該區(qū)東西向的輝綠巖巖墻和圍巖接觸的裂隙帶中,涌水量為13.8～111m3/h,呈裂隙水,具有突發(fā)性。

本井田現(xiàn)處于-600m水平,全礦井平均涌水量在500m3/h左右[2]。

1.3 水源調(diào)查情況

五龍煤礦礦井涌水由該礦專業(yè)隊(duì)伍實(shí)測(cè),測(cè)驗(yàn)方法采用流速面積法,每月中旬實(shí)測(cè)1次涌水量作為該月平均涌水流量。礦井涌水集中進(jìn)入儲(chǔ)水池,由水泵排出井外形成礦坑排水并進(jìn)入預(yù)沉池,礦坑排水量中有一部分作為五龍煤礦生產(chǎn)用水即自用水量,自用水量沒有實(shí)測(cè)資料記錄,經(jīng)對(duì)該礦主管人員進(jìn)行調(diào)查,分析確定自用水量為100m3/d。礦坑排水扣除自用水量后,經(jīng)過(guò)預(yù)沉池簡(jiǎn)單沉淀輸送至海州水廠進(jìn)行預(yù)處理和深度處理。輸水管分別采用DN108和DN300硬聚氯乙烯管,水管最小埋深為1.5m[3]。

五龍煤礦礦坑排水預(yù)沉池距水源儲(chǔ)水池垂直距離為300 m,距阜新市中心區(qū) 4.5 km,距海州水廠5km。礦坑排水經(jīng)預(yù)沉池沉淀后,通過(guò)管路輸送至海州水廠進(jìn)行深度處理。處理過(guò)程如下:礦坑涌水→預(yù)沉池→管路輸送→海州水廠→預(yù)處理→深度處理→用水戶。

2 現(xiàn)狀可利用礦坑排水量分析計(jì)算

2.1 涌水量資料系列分析

按照《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》中關(guān)于礦坑排水水資源論證方法的規(guī)定,“有監(jiān)測(cè)資料的礦區(qū),分析礦坑排水量資料的合理性和可靠性,通過(guò)分析礦坑排水變化及影響因素,選擇排水量變化穩(wěn)定,且能夠代表未來(lái)礦山開采水平相應(yīng)時(shí)段排水量的均值,作為評(píng)價(jià)排水量”。選用2000～2005年實(shí)測(cè)涌水量的平均值作為設(shè)計(jì)排水量系列,并對(duì)現(xiàn)狀2005年實(shí)測(cè)排水量單獨(dú)進(jìn)行分析計(jì)算。各特征年年內(nèi)涌水量變化過(guò)程見圖1。

圖1 五龍煤礦特征年年內(nèi)涌水量過(guò)程線

2.2 現(xiàn)狀礦坑排水可利用量計(jì)算

根據(jù)資料情況選用2005年為現(xiàn)狀年。2005年實(shí)測(cè)五龍煤礦的年礦坑涌水量為471.7萬(wàn)m3,平均每天涌水量為12 922m3,去掉自用水量后實(shí)際可利用的礦坑涌水量為12822m3/d;年最大月礦坑涌水量發(fā)生在9月份,月涌水量為44.734萬(wàn)m3,平均每天涌水量為14911m3,去掉自用水量后實(shí)際可利用的礦坑涌水量為14 811m3/d;年最小月礦坑涌水量發(fā)生在1月份,月涌水量為34.9萬(wàn)m3,平均每天涌水量為11268m3,去掉自用水量后實(shí)際可利用的礦坑涌水量為11168m3/d,見表1。

表1 2005年五龍煤礦礦坑涌水量特征值統(tǒng)計(jì)

表1結(jié)果表明,現(xiàn)狀年平均可利用礦坑涌水量為12822m3/d,可利用的最大日涌水量為14811m3、最小日涌水量為11168m3,年內(nèi)日涌水量波動(dòng)率為0.15。由于沒有實(shí)測(cè)的日涌水量資料,無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算。為確保供水的可靠性,利用最小月的日平均涌水量分析計(jì)算可利用水量?，F(xiàn)狀年日均可利用的礦坑涌水量為11168m3。

礦坑涌水是未經(jīng)過(guò)處理的源頭水,礦坑涌水被抽出地面后形成礦坑排水,礦坑排水經(jīng)過(guò)預(yù)沉淀進(jìn)入管路,再被輸送到污水處理廠,在此過(guò)程中預(yù)沉淀?yè)p失水量為5%,預(yù)處理?yè)p失水量為10%,經(jīng)管路輸送到處理廠進(jìn)行深度處理后的損失量為25%,以上損失率合計(jì)為40%,該損失率與礦排水處理廠實(shí)際生產(chǎn)的損失量基本一致。因此,現(xiàn)狀礦坑排水損失量為4467.2m3/d,實(shí)際可利用水量為6700.8m3/d。

3 礦坑設(shè)計(jì)涌水量計(jì)算

3.1 礦坑涌水量組成分析

利用五龍煤礦1974～2005年共31年的礦井涌水量實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析計(jì)算。

礦井涌水的大小受2種因素影響:一方面,隨著礦井的開采,礦井坑道空間逐年加深和擴(kuò)大,在穩(wěn)定的地下水供水條件下涌水量將逐年增多,這種趨勢(shì)是由礦井開采決定的,是穩(wěn)定增長(zhǎng)的;另一方面,由于地下水供水條件隨著降水、巖層裂隙等隨機(jī)因素的變化而變化,又形成了涌水量在時(shí)序上的波動(dòng)現(xiàn)象。因此礦井涌水量是上述隨機(jī)波動(dòng)量與穩(wěn)定增長(zhǎng)量的疊加[4],礦井涌水量的總趨勢(shì)是增長(zhǎng)的,見圖2。

圖2 五龍煤礦歷年礦井涌水量過(guò)程線

3.2 礦坑涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)文獻(xiàn)[4]的方法分離涌水量中的穩(wěn)定增長(zhǎng)量和隨機(jī)波動(dòng)量。2個(gè)分離公式分別是平均增長(zhǎng)趨勢(shì)線方程(式(1))和穩(wěn)定涌水量方程(式(2))。五龍煤礦歷年礦井涌水量過(guò)程線見圖2。

a.設(shè)計(jì)隨機(jī)涌水量計(jì)算。將隨機(jī)涌水量序列進(jìn)行P-Ⅲ型理論曲線頻率計(jì)算,成果見表2。統(tǒng)計(jì)參數(shù)如下 :=439,Cv=0.05,Cs=2.5Cv。

表2 隨機(jī)涌水量頻率計(jì)算成果

b.礦坑涌水量預(yù)測(cè)。利用穩(wěn)定涌水量公式(式(2))求出規(guī)劃年的穩(wěn)定涌水量,加上表2中設(shè)計(jì)的隨機(jī)涌水量,就得到規(guī)劃年的設(shè)計(jì)礦坑涌水量,計(jì)算結(jié)果如表3所示。

3.3 礦坑排水可利用水量預(yù)測(cè)

沒有經(jīng)過(guò)處理的源頭涌水被抽出地面后形成礦坑排水,礦坑排水損失率合計(jì)為40%,據(jù)此可預(yù)測(cè)規(guī)劃年可利用礦坑排水量[5]。例如,2010年97%保證率:礦坑涌水量為775.20萬(wàn)m3/a,礦坑排水損失量為310.08萬(wàn) m3/a,可利用礦坑排水量為465.12萬(wàn)m3/a,平均每天可利用的礦坑排水量為1.27 萬(wàn) m3,見表 4。

表3 五龍煤礦礦坑排水設(shè)計(jì)涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果 萬(wàn)m3

表4 五龍煤礦設(shè)計(jì)可利用涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果 萬(wàn)m3

4 結(jié) 語(yǔ)

礦坑排水作為比較特殊的水資源,其開發(fā)利用前景以及可利用程度對(duì)水資源短缺地區(qū)有著極為重要的意義,同時(shí)也是礦業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品,對(duì)降低礦業(yè)企業(yè)治污成本具有較大的意義。

Water yield and evaluation of available water of Wulong coal mine

SUN Juan1,GANG Xing-jiu2
(1.Hydrology and Water ResourcesSurvey Bureau of Liaoning Province,Shenyang 110003,China;2.Fuxin Branch Bureau,Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Liaoning Province,Fuxin 123000,China)

In order to utilize and estimate the amount of mine drainage water effectively,on the basis of a survey analysis of water yieldof the mine,the stable and stochastic partswere separated using hydrologic methods.The future water yield of the mine(for the years of 2010,2015,and 2020)was predicted,and data of available water for Wulong coal mine were obtained.

water yield of mine;mine drainage;available water;Wulong coal mine

X75

B

1004-6933(2010)03-0027-03

孫娟(1969—),女,遼寧丹東人,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)樗乃Y源。E-mail:sljgang@163.com

(收稿日期:2009-05-31 編輯:高建群)