阜新市主城区煤矿矿坑排水可利用水量分析调查

苏秀影，冮行久，刘文荣

(1.辽宁省闹得海水库管理局，辽宁 阜新 123000;2.辽宁省水文水资源勘测局阜新分局，辽宁 阜新 123000)

阜新市主城区各煤矿疏干排水的收集处理工作由阜新矿业(集团)露源水业有限责任公司完成。露源水业有限责任公司包括露源水厂、海州水厂和海南水厂三个污水处理厂，涵盖了阜新市主城区附近的所有煤矿的矿坑排水。煤矿、矿排水和水厂之间的关系如下:

五龙矿→五龙矿矿坑排水→海州水厂深度处理→用水户

海州露天矿→海州矿四坑排水→露源水厂深度处理→用水户→海州立井排水坑→海南水厂深度处理→用水户

(海州露天矿有海州矿四坑、海州立井排水坑两处排水地点)

由于露源水业矿排水处理能力有限，矿坑排水数量不清，本次分析计算主要摸清阜新市主城区矿坑排水规模及可利用水量，为矿排水处理厂的改扩建提供技术依据，为矿排水利用提供技术支撑，为阜新市水资源配置提供参考数据。

1 五龙矿

1.1 概况

五龙煤矿是我国“一五”时期由苏联帮助建设的156个重点项目之一，1957年投入生产，近年来年产量在150万t左右，是阜矿集团的重要生产矿井。

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，共有十个煤层组，煤种较杂。阜新组煤层分布面积达225 km2，平均厚度14.49 m，含5个煤层组，厚度变化在0.05～96.48 m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 NE52～68°，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五个煤层组，厚度变化在0.1～23.33 m之间，平均厚度7.76 m，分布面积近200 km2。

1.2 水源调查情况

五龙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，每月中旬实测一次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，矿坑排水水量中有一部分作为五龙矿生产用水即自用水量，自用水量没有实测资料记录，经对该矿主管人员的调查，分析确定自用水量为100 m3/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、DN300的硬聚氯乙烯管，水管最小埋深1.5 m。

五龙矿矿坑排水预沉池距水源储水池垂直距离300 m，距阜新市中心区4.5 km，距海州水厂5 km。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

1.3 涌水量资料分析

利用五龙矿1974～2005年31年的矿井涌水量实测资料进行点汇历年涌水量过程线(2006和2007年资料不全)，见图1。

图1 五龙矿历年矿井涌水量过程线图

从图中可以看出，矿井涌水的大小受两种因素影响: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;另一方面外，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。因此矿井涌水量是由上述随机波动量与稳定增长量的叠加，矿井涌水量的总趋势是增长的［1］。

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的排水量的均值，作为评价排水量”。选用2000年～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。各种特征年年内涌水量变化过程见图2。

图2 五龙矿特征年年内涌水量过程线

1.4 矿坑涌水可利用量分析论证

1974～2005年涌水量最小日涌水量发生在1996年2月份，1996年日平均可利用矿坑涌水为11 983 m3/d，最大日涌水量为13 194 m3/d，最小日涌水量为7 196 m3/d，年内日涌水量波动率为0.48，见表1。

表1 1996年五龙矿平均涌水量特征值统计表

考虑到新建项目用水的可靠性，采用最小日为可利用矿坑涌水量，为7 196 m3/d。这些水是没经过处理的源头涌水，矿坑涌水抽出地面后形成矿坑排水，矿坑排水经过预沉淀进入管路被输送到污水处理厂，预沉淀损失为5%，预处理损失为10%，管路输送到处理厂进行深度处理后，为损失量25%，以上损失率合计为40%，该损失率与露源水业实际生产的损失量基本一致。则现状矿坑排水损失量为2 878.4 m3/d，可利用矿坑排水量为4 317.6 m3/d。

2 海州矿四坑

2.1 概况

海州矿四坑是海州露天矿的矿坑涌水的排水坑之一。海州露天矿是我国“一五”期间全国156个重点建设项目之一，是50年代初建成的亚洲最大的机械化露天煤矿，也是阜新矿业集团下属最大的生产单位。

海州露天矿距阜新市中心3 km处。该矿东西长4 km，南北宽2 km，现垂深250 m，总面积30 km2，雨季自然形成了一个巨大的雨水会集区。海州矿四坑位于海州露天矿机关大楼南300 m。

2.2 海州矿四坑矿坑排水水量论证

海州矿四坑矿坑排水主要目的是为了保证海州立井以及邻近煤矿的正常生产。根据收集到的1990～1992、1997～2001年涌水量数据，如表2。

表2 海州露天矿四坑矿坑排水量统计表

2002年以后没有涌水、排水量纪录，但是调查到了现状矿坑排水的工作机制如下:海州矿四坑有两台抽水泵24小时不间断运行，其中一台每小时抽水170 m3，另一台每小时抽水260 m3，两台水泵日抽水量为10 320 m3/d。

尽管现状矿坑排水量10 320 m3/d比调查资料系列中的任何一年都大，但是可以看出不同年代间涌水量是有增长趋势的，例如1990～1992年和1997～2001年两组数据相比具有明显的增长趋势，如图3所示。

图3 海州露天矿四坑历年日均排水量增长趋势图

可以明确，调查现状2007年日抽水量为10 320 m3/d是合理的，这符合矿坑涌水量具有稳定增长的趋势结论，只不过露天矿矿坑排水没有矿井涌水表现的明显。该矿坑排水被抽出地面后，经暗渠、管路送入露源水厂处理，无自用水，流程如下:海州矿四坑矿坑涌水→暗渠、管路→露源水厂→预处理→深度处理→用水户。

暗渠、管路损失为5%，预处理损失为10%，管路输送到处理厂进行深度处理后，为损失量25%，以上损失率合计为40%。则损失量为4 128 m3/d，实际可利用水量为6 192 m3/d。

3 海州立井排水坑

3.1 概况

海州立井排水坑的管理权归海州立井，但是它所排的矿坑水仍然是海州露天矿的矿坑涌水，只是它的层位处于海州露天矿的下面，相当于海州露天矿的另一个排水坑。水文地质情况与海州矿四坑相同。海州立井储水池距井口20 m，距露源水厂2 km，距拟建阜新煤化工基地5 km。

3.2 海州立井排水坑可利用矿坑排水水量论证

海州立井排水坑排水目的是为了保证海州立井以及邻近煤矿的正常生产，其矿坑排水24小时不间断。共有200D/65B/8段排水泵4台，每台泵运行时满负荷，抽水流量250 m3/h。该矿井没有抽水记录，但是调查到了现状矿坑排水的工作机制如下:

丰水季节(7～11月，5个月共153天):每天早8点～晚10点共14小时，2台泵同时开，抽水流量(矿坑排水量)为500 m3/h;晚10点～次日早8点共10小时，4台泵同时开，抽水流量(矿坑排水量)为1 000 m3/h。日排水量为17 000 m3/d。

枯水季节(12月～次年6月，7个月共212天):每天早8点～晚10点共14小时，2台泵同时开，抽水流量(矿坑排水量)为500 m3/h;晚10点 ～次日早8点共10 h，3台泵同时开，抽水流量(矿坑排水量)为 750 m3/h。日排水量为14 500 m3/d。

合计年排水量为567.5万 m3，平均每天矿坑排水量为15 548 m3/d，年内日涌水量波动率为0.16。

由于矿坑涌水量具有稳定增长的趋势，因此现状坑排水量为15 548 m3/d为2001年～2007年间稳定增长的结果，该数处于2001年年平均与年最大之间，因此数据是合理的，可以作为设计水量。考虑到没有月、日矿坑涌水量数据，为确保设计水量的保证程度，利用枯水季节的日排水量(14 500 m3/d)作为采用设计矿坑排水量。

矿坑涌水是没有处理的源头水，该水源无自用水量。矿坑涌水抽出地面后形成矿坑排水水源，经过储水池直接进入海南水厂进行预处理和深度处理，损失量仍按40%计算，损失量为5 800 m3/d，实际可利用水量为8 700 m3/d。处理成可利用水量的过程如下:

海州立井排水坑涌水量→暗渠、管路→海南水厂→预处理→深度处理→用水户。

4 矿坑排水可利用水量综述

阜新市主城区用矿坑排水水源可利用水量为。五龙矿:4 317.6 m3/d;海州矿四坑矿坑:6 192 m3/d;海州立井排水坑:8 700 m3/d。合计可利用水量为19 210 m3/d，该水量为处理后的纯净水水量。

露源水业有限责任公司现状每天生产纯净水15 000 m3/d，其中供给阜新发电厂10 000 m3/d，供给阜新矿业集团热电厂5 000 m3/d。该公司设计能力为每天可生产25 000 m3纯净水，按照现状用水户需水要求，只利用了可利用水量中的一部分，如果用水户需水量增加，矿坑排水可全部利用。露源水业下属的海州水厂、露源水厂和海南水厂均各自独立运行，处理后的矿坑排水各有独立的出口供给用户，海州水厂和露源水厂供给阜新发电厂，海南水厂供给阜新矿业集团热电厂。

现状各矿可利用矿坑排水的用水量、余水量分别为:

五龙矿矿坑排水→海州水厂→阜新发电厂用水4 000 m3/d→余水 317.6 m3/d;

海州矿四坑矿坑排水→露源水厂→阜新发电厂用水6 000 m3/d→余水192 m3/d;

海州立井排水坑→海南水厂→阜矿集团热电厂用水5 000 m3/d→余水3 700 m3/d;

故阜新市主城区矿坑排水还可利用水量为4 210 m3/d。由于采用最小日矿坑排水量分析计算，供水保证率在97%以上。

［1］冮行久，矿井水资源化研究与应用，［J］.节水型社会建设的理论与实践:700～704.