富力矿立井花岗岩片麻岩涌水的治理和利用

张 鹏

（黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司 富力煤矿，黑龙江 鹤岗154103）

长期以来，由于技术所限和认识不足，矿井水只被当作水害加以预防和治理，很少考虑到可以利用的一面，往往被白白排掉而未加以综合利用和保护，目前矿井水的利用率，平均只有21%〔1〕。而实现“优质水优用，差质水差用”，减轻或避免长距离排水问题，减少地面混合污水处理成本，是矿井水利用的主要方向。

1 矿井概况

富力煤矿隶属于黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司，井田走向2.3km，倾斜宽度4km，井田面积9.2km2。1958年建矿，2002年10月排矸立井交付使用，具备了300万吨井型的排矸能力。目前年平均产量为180万吨。矿井采用斜立井集中石门分组大巷开拓。主力生产水平为二水平，标高从－131.95m～－500m。生产格局为“一个综采、一个综放”计2个采煤工作面，7个回掘队，8个开拓岩巷队。采煤机械化率达100%，掘进机械化率达92%。该矿现开采11、18－2、21、22、27、29共6个煤层，平均煤厚4.9 m，煤层倾角28°，煤厚较稳定，结构简单。

现矿井实际涌水量为：Q平 为491.3m3／h，其中－110m水平以上为68.9m3／h，－310m 水平及以上为289.5m3／h，－450m水平及以下为132.9m3／h。

富力煤矿井下采用三段接力式排水。一水平（－110 m）水仓，排水管路为2条，直径为273mm，排高363m，排至地面北部排水沟，能够满足排水的要求。二水平三分段（－310m）水仓和（－310m）竖井水仓，泵房有水仓4条，总容水量为4218m3；排水管路为2条，直径为273mm；排高200m，排至－110m水仓。二水平五分段（－450m）有水仓2条，总容水量为3390m3；排水管路为2条，直径为273 mm；排高140m，排至－310m水仓。三水平一分段（－610 m）水仓（在建），井下共有5个水泵房，19台水泵，各泵房总排水量为1180m3／h，最大排水量为1180m3／h，水仓总容水量为13932m3。

2 问题的提出

富力矿－310m立井石门车场往外共计90m范围，在－310m竖井石门通往水仓的绕道有60m范围巷道帮顶淋水，该涌水地点所在地层岩性为花岗岩片麻岩，中等裂隙，裂隙含水量较大，主要补给源为大气降水。从立井1998年初期工程完工开始至今16年，该处涌水量一直稳定在180～200m3／h之间，并且水质较好，PH 值为8.479，总硬度80.44，永久硬度41.76，总碱度38.672，矿化度105.59，水温21℃。属于未被污染的矿井优质水，具备长期供水条件，可直接满足井上下生产需要。按照“优质水优用，差质水差用”的原则，利用该处涌水提到日程上来。

－310m水平后石门，立井花岗岩片麻岩涌水经分公司领导聘请专家多次调研、现场考查论证，初步认定为基盘水和裂隙水。该水一部分由立井临时泵房排出、一部分自流，均流入－310m水仓，增加矿井的总涌水量。中煤科工集团西安研究院对立井片麻岩涌水问题，曾提出了两个封堵方案，即地面打孔封堵及补巷加打孔注浆封堵。

该矿目前主采煤层在－310m水平以下，矿井大型设备如－380m中29层大巷，－450m中18－2大巷的注氮泵站，－310m、－380m、－530m水平抽放硐室的冷却用水量比较大，平均用水量48.4m3／h，矿井各类喷雾总计最大用水量55m3／h。采煤机内外喷雾、综采乳化液泵站及各类喷雾头对水质、悬浮物的标准要求较高，以往因水质不良造成的采煤机及液压支架的维修量增大的事故经常发生，甚至影响生产。每当井下集中灌浆时，分流而引起井下－310m水平以下供水量不足，严重影响喷雾降尘工作。根据现有矿井条件、设施，在不大幅增加投入的前提下提出三个利用方案。

3 取水方案的选择

－310m水平有2处泵房，一处是－310m竖井临时泵房，专门排立井花岗岩片麻岩的涌水，该泵房有3台KND280－43＊2型号水泵，电机型号为YB315S－4，功率110kW，最大排水量为280m3／h，工作泵1台，备用和检修泵各1台，该泵房有水仓2条，1＃仓836m3，2＃仓760m3，总容水量为1596m3，排水管路为一条，直径为219mm，排至－110m水仓，足以满足排水要求。另外一处是－310m主水泵房，有4台DN300－60＊6型号水泵，电机型号为YB450M2－4，功率500kW，该泵房正常排水量为600m3／h，最大排水量为900m3／h，工作泵2台，备用和检修泵各1台，该泵房有水仓4条，1＃仓684m3，2＃仓912m3，3＃仓1102m3，4＃仓1502 m3，总容水量为4218m3，排水管路为2条，直径为273mm，排高200m，排至－110m水仓（见图1）。

方案一：从－310m竖井水仓泵房将水送至－240m水平，截取－240m水平某段废弃集中石门做临时静水仓，为井下90%的作业地点服务。但投资工程量较大：泵房至南风井，至－240m集中石门至静水仓，回至南风井，接入总净水管道。要新建一处临时储水能力200m3的净水仓，水仓巷道断面6m2，长度50m，两侧各打一道隔水墙，厚度1.5m，铺设管路2000m。

方案二：从－310m竖井水仓泵房将水采用专用管路送至地面水厂，增设一个专门净水池，再并入矿井静水管网，进入井下，为全矿服务。要单设一条管路4000m，井上专用供水泵，无论在管理上还是用电上，费用大于方案一。

方案三：收集立井花岗岩片麻岩巷道帮顶淋水（裂隙水）储存于－310m水平4号水仓集水池中，充分利用上、下水平之间的高差，作为下几个水平使用的静压供水水源，形成静压供水系统。优点是供水网短，水压稳定，水质较好。这种供水方式在经济和技术方面都是有利的，即使水源水量有限，不能满足全矿生产需要，也应作为局部供水的水源加以利用。－310m竖井涌水的43%直接经立井石门水沟排至－310m水仓，腾出一个专用仓盛放净水，再由南风井车场选址，用钻孔沟通，与路过南风井的总静水管路连接，水靠水沟坡度和钻孔坡度自流，不使用机械，矿井主力生产水平位于－380m水平以下时，年可节约用电153万度。这样就减小了对地面净化水的依赖，减少了井下水泵开泵时间，间接地节约了电费等。

方案三的创新想法：（1）采用瞬变电磁仪寻找、确定水源方位，分布情况；（2）导水钻孔采用了钻孔测斜扶正、精确定位、定向技术；（3）高位钻孔主动收集涌水实现涌水自流，节约电费；（4）投资仅24万元，是三个方案中最少的。经对比，方案三具有绝对优势。

图1 富力矿－310m立井花岗岩片麻岩涌水再利用系统

4 方案三的经济效果

矿井用于防尘、注水、冷却、生产用水的水量平均为129m3／h，提到地面的平均成本为1.25元／m3，混合水处理后的成本为2.04元／m3，如果生产用水按方案三供给，经济指标见表1。

1）重点作业场所用水量

在矿井设计中，由于井下生产工艺繁多、用水点多且分散，具体的洒水量很难进行详细计算，一般只能进行估算，现参考兖矿集团某煤矿某采区对井下防尘和生产用水量计算的实际经验，确定我矿工作面的平均用水量：一个综放工作面用水量为29.2～457.3m3／d，一个滑放工作面用水量为18.3～2.76m3／h，一个掘进工作面用水量为122～2.76 m3／h，一个开拓工作面用水量为83～2.76m3／h。

表1 矿井生产及防尘用水量统计

2）矿井排水成本的计算

矿井月排水量：352800m3。

人工费：动力科排水队工资3000元／月、人×50人＝15万元／月。

材料费：116万元÷10个月÷4＝2.9万元。

电费：55.8万度／月×0.833×0.568元／度＝26.4万元。

矿井排水成本15万元／月＋2.9万元／月＋26.4万元／月＝44.3万元／月。

单位 水 的 成 本：44.3 万 元／月 ÷352800m3／月 ＝1.2557元／m3。

月节约电费：26.4万元÷352800m3×（24×30×129 m3／h）＝6.95万元／月。

年节约电费：6.95万元×12月＝83.4万元。

年节约成本：1.2557元／m3×（360天×24h×129m3／h）＝140万元。

矿井水平均提升高度H平与－310m水平的排水高度H310基本相近，H平＝575.85m，H310＝566m。

3）方案三的经济效果：

工程投入：施工集水钻孔80个，导水钻孔3个，管路170m，三通3个，阀门7个，清理水沟1100m、水仓150m。总投入24万元，投入很小。经济效果为：提供高质量的生产用水。每年从－310m水平到地面少排水111.4万立方米。地面水厂节约111.4万立方米清水。年可节约电费83.4万元，年排水成本节约140万元。

5 方案三的具体施工技术措施

1）用瞬变电磁仪探测－310m立井车场外90m范围内基岩含水的分布情况，查明分布方位和面积。

2）有针对性的施工高位集水钻孔，直径为113mm，深度73m，数量82个。将出水钻孔下套管封孔，接入集水主干线，排入立井石门水沟自流段。

3）清理水沟。从立井出水处至－310m总排水仓1100 m水沟全部清挖见底，更换破损的水泥盖47块，新设杂物清理器2个。

4）专用水仓。将4＃水仓清理干净，水仓长度200m，容积1520m3。

5）钻孔连通。在－310m南风井与车场交叉点往下20 m处右帮，孔长48m，坡度1.2°，共施工3个Φ113mm钻孔，分别下全孔套管，并联入网。套管周围封孔必须用水泥浆封严。采用定向、测斜技术。

设计导水孔48m，施工3个，终点落在4＃水仓距流水眼21m处的左帮和底板，该钻孔水平偏移范围很小，左偏一点就打在吸水井上，右偏就打在水仓以外，不能超过3°，垂直偏差不能超过2°。为了保障施工准确，采用首孔测斜和定向技术。

6）该工程目前服务于－380m水平以下，将来随矿井的延深，将担负矿井96%防尘、生产用水。－310m水平及以上由地面净水厂提供，用水量较小。改造管路仍旧铺设在南风井内，只是上部网止于－310m标高，下部网始于－310 m标高。

6 改造工程完工后的效果

向－310m以下的水平供水，最小的净水压力0.7 MPa，最大静水压力3.8MPa。当时地面水厂的水主要满足井下两个采区的消火灌浆工作，矿井深部的生产、防尘用水严重不足，正好以上改造工程完工，投入使用，解决生产难题。

7 结语

1）随着煤矿新技术、新装备应用，我国对煤矿安全和职业病防治的要求标准不断提高，煤矿井下防尘、降尘洒水系统、冷却、消火工作已成为现代化矿井建设中不可缺少的一部分。但在矿井设计中，由于井下生产工艺繁多、用水点多且分散，具体的用水量很难进行详细计算，一般只能进行估算，为完善对矿井用水的监控，需要在每个水平片口总用水管路上加装流量计，比如安设LCZ－803新型超声波数字流量仪，地面灌浆站也要用水流量计，让探放水工作有准确的数据依据。

2）关于－310m立井涌水的治理，随着矿井开采水平的延深，主力生产水平移至－450m以下时，防尘和生产用水将主要依赖于这套改造供水工程，该涌水量大于实际需要，因此下一步主要工作集中在涌水的收集上，建议采用大面积、多钻孔主动收集，汇聚到主管道，排水到水沟高点以外，尽最大努力减少立井泵房抽水时间。