五龙煤矿涌水量及可利用水量评价
2010-05-12行久
孙 娟,行久
(1.辽宁省水文水资源勘测局,辽宁沈阳 110003;2.辽宁省水文水资源勘测局阜新分局,辽宁阜新 123000)
五龙煤矿涌水量及可利用水量评价
孙 娟1,行久2
(1.辽宁省水文水资源勘测局,辽宁沈阳 110003;2.辽宁省水文水资源勘测局阜新分局,辽宁阜新 123000)
为了有效利用五龙煤矿矿坑排水,并对矿坑排水量进行有效预测,在调查分析矿坑涌水量数据的基础上,利用水文学的方法分离矿坑涌水量的稳定和随机成分,并对未来(2010年、2015年、2020年)矿坑涌水量进行预测,据此获得了五龙煤矿可利用设计水量的序列数据。
矿坑涌水;矿坑排水;可利用水量;五龙煤矿
1 五龙煤矿概况
1.1 基本情况
五龙煤矿是我国“一五”时期(1953~1957年)由前苏联帮助建设的156个重点项目之一,1957年投入生产,近年来年产量达到150万t左右,是阜新矿业(集团)有限责任公司的重要生产矿井。
根据阜新矿业(集团)有限责任公司经济转型方案,通过对五龙煤矿的改造扩建,开采刘家煤田。刘家煤田是阜新矿业(集团)公司唯一已经探明而未开采的煤田,煤田地质储量为1.7亿t,可开采量为0.9亿t。计划通过改造扩建五龙煤矿立井,开采刘家煤田。改造扩建后,五龙煤矿年生产能力将由现在的150万t增至300万t,新增生产能力达到150万t。
阜新煤田主要可采煤层赋存于下白垩统沙海组三段及阜新组[1],共有10个煤层组,煤种较杂。阜新组煤层分布面积达225km2,平均厚度为14.49m,含有5个煤层组,厚度变化在0.05~96.48m之间;煤层不稳定,结构复杂,含煤系数高,平均含煤率为20%~40%,单位面积储量在新邱区高达860万 t/km2,厚度展布方向 NE52°~ NE68°,分布于同沉积背斜和斜坡地带及低缓的向斜部位。沙海组煤层在全煤田的分布目前尚未完全查明,含有5个煤层组,厚度变化在0.10~23.33m之间,平均厚度为7.76m,分布面积近200km2。
1.2 工程地质和水文地质
五龙煤矿周围为丘陵地带。表土层厚5~12m,由腐殖土、亚黏土及砂土组成,下部为风化岩石层。土质稳定,构造简单,强度能满足一般建筑物、构筑物对地基土的要求。目前该矿开采的是中生代晚侏罗纪阜新组水泉、孙家湾、中间、太上、太下5个煤组,其矿井水是由3个含水层的水构成,从上到下依次为潜水层、煤层群顶底板水层、火成岩裂隙水层。
a.潜水层。该水层赋存于第四纪全新统冲(洪)积沙砾岩中,全区带状分布,水层厚度为2~10m,水深为4m,单位涌水量为 0.1~2L/(s◦m),渗透系数为243m/d。
b.煤层群顶底板水层。该水层赋存在阜新组水泉、孙家湾、中间、太上、太下5个煤层群中间的砂岩中,含水厚度为20~150m,是由4个厚度为5~40m的砂、岩含水层组成,多裂隙呈现裂隙水,是煤层的直接冲水层。全区面状分布,单位涌水量为0.01L/(s◦m),渗透系数为 0.009 m/d。另外该矿-365m水平孙本层顶板砂层、沙砾岩中裂隙涌水,涌水量为485m3/h,是该矿区主要的含水层。
c.火成岩裂隙水层。该水层赋存于该区东西向的辉绿岩岩墙和围岩接触的裂隙带中,涌水量为13.8~111m3/h,呈裂隙水,具有突发性。
本井田现处于-600m水平,全矿井平均涌水量在500m3/h左右[2]。
1.3 水源调查情况
五龙煤矿矿井涌水由该矿专业队伍实测,测验方法采用流速面积法,每月中旬实测1次涌水量作为该月平均涌水流量。矿井涌水集中进入储水池,由水泵排出井外形成矿坑排水并进入预沉池,矿坑排水量中有一部分作为五龙煤矿生产用水即自用水量,自用水量没有实测资料记录,经对该矿主管人员进行调查,分析确定自用水量为100m3/d。矿坑排水扣除自用水量后,经过预沉池简单沉淀输送至海州水厂进行预处理和深度处理。输水管分别采用DN108和DN300硬聚氯乙烯管,水管最小埋深为1.5m[3]。
五龙煤矿矿坑排水预沉池距水源储水池垂直距离为300 m,距阜新市中心区 4.5 km,距海州水厂5km。矿坑排水经预沉池沉淀后,通过管路输送至海州水厂进行深度处理。处理过程如下:矿坑涌水→预沉池→管路输送→海州水厂→预处理→深度处理→用水户。
2 现状可利用矿坑排水量分析计算
2.1 涌水量资料系列分析
按照《建设项目水资源论证导则》中关于矿坑排水水资源论证方法的规定,“有监测资料的矿区,分析矿坑排水量资料的合理性和可靠性,通过分析矿坑排水变化及影响因素,选择排水量变化稳定,且能够代表未来矿山开采水平相应时段排水量的均值,作为评价排水量”。选用2000~2005年实测涌水量的平均值作为设计排水量系列,并对现状2005年实测排水量单独进行分析计算。各特征年年内涌水量变化过程见图1。
图1 五龙煤矿特征年年内涌水量过程线
2.2 现状矿坑排水可利用量计算
根据资料情况选用2005年为现状年。2005年实测五龙煤矿的年矿坑涌水量为471.7万m3,平均每天涌水量为12 922m3,去掉自用水量后实际可利用的矿坑涌水量为12822m3/d;年最大月矿坑涌水量发生在9月份,月涌水量为44.734万m3,平均每天涌水量为14911m3,去掉自用水量后实际可利用的矿坑涌水量为14 811m3/d;年最小月矿坑涌水量发生在1月份,月涌水量为34.9万m3,平均每天涌水量为11268m3,去掉自用水量后实际可利用的矿坑涌水量为11168m3/d,见表1。
表1 2005年五龙煤矿矿坑涌水量特征值统计
表1结果表明,现状年平均可利用矿坑涌水量为12822m3/d,可利用的最大日涌水量为14811m3、最小日涌水量为11168m3,年内日涌水量波动率为0.15。由于没有实测的日涌水量资料,无法进行调节计算。为确保供水的可靠性,利用最小月的日平均涌水量分析计算可利用水量。现状年日均可利用的矿坑涌水量为11168m3。
矿坑涌水是未经过处理的源头水,矿坑涌水被抽出地面后形成矿坑排水,矿坑排水经过预沉淀进入管路,再被输送到污水处理厂,在此过程中预沉淀损失水量为5%,预处理损失水量为10%,经管路输送到处理厂进行深度处理后的损失量为25%,以上损失率合计为40%,该损失率与矿排水处理厂实际生产的损失量基本一致。因此,现状矿坑排水损失量为4467.2m3/d,实际可利用水量为6700.8m3/d。
3 矿坑设计涌水量计算
3.1 矿坑涌水量组成分析
利用五龙煤矿1974~2005年共31年的矿井涌水量实测资料进行分析计算。
矿井涌水的大小受2种因素影响:一方面,随着矿井的开采,矿井坑道空间逐年加深和扩大,在稳定的地下水供水条件下涌水量将逐年增多,这种趋势是由矿井开采决定的,是稳定增长的;另一方面,由于地下水供水条件随着降水、岩层裂隙等随机因素的变化而变化,又形成了涌水量在时序上的波动现象。因此矿井涌水量是上述随机波动量与稳定增长量的叠加[4],矿井涌水量的总趋势是增长的,见图2。
图2 五龙煤矿历年矿井涌水量过程线
3.2 矿坑涌水量预测
根据文献[4]的方法分离涌水量中的稳定增长量和随机波动量。2个分离公式分别是平均增长趋势线方程(式(1))和稳定涌水量方程(式(2))。五龙煤矿历年矿井涌水量过程线见图2。
a.设计随机涌水量计算。将随机涌水量序列进行P-Ⅲ型理论曲线频率计算,成果见表2。统计参数如下 :=439,Cv=0.05,Cs=2.5Cv。
表2 随机涌水量频率计算成果
b.矿坑涌水量预测。利用稳定涌水量公式(式(2))求出规划年的稳定涌水量,加上表2中设计的随机涌水量,就得到规划年的设计矿坑涌水量,计算结果如表3所示。
3.3 矿坑排水可利用水量预测
没有经过处理的源头涌水被抽出地面后形成矿坑排水,矿坑排水损失率合计为40%,据此可预测规划年可利用矿坑排水量[5]。例如,2010年97%保证率:矿坑涌水量为775.20万m3/a,矿坑排水损失量为310.08万 m3/a,可利用矿坑排水量为465.12万m3/a,平均每天可利用的矿坑排水量为1.27 万 m3,见表 4。
表3 五龙煤矿矿坑排水设计涌水量预测结果 万m3
表4 五龙煤矿设计可利用涌水量预测结果 万m3
4 结 语
矿坑排水作为比较特殊的水资源,其开发利用前景以及可利用程度对水资源短缺地区有着极为重要的意义,同时也是矿业生产的副产品,对降低矿业企业治污成本具有较大的意义。
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
孙娟(1969—),女,辽宁丹东人,高级工程师,研究方向为水文水资源。E-mail:sljgang@163.com
(收稿日期:2009-05-31 编辑:高建群)