印尼穆印露天煤矿采场疏排方案

2020-02-28姜忠华

露天采矿技术 2020年5期

姜忠华

（准格尔能源集团公司印尼露天项目部，内蒙古鄂尔多斯 010300）

水是影响露天煤矿生产最为重要的因素之一。一方面会造成边坡滑坡等地质灾害[1]，另一方面矿坑内大量的水使得露天矿山的生产难以进行。研究露天矿采场内水的疏排方案，将采场内的水有效地疏排是保证煤炭资源安全回采的前提。

研究矿山的水文地质条件，了解矿山含水层相关信息及矿山周边河流、大气降水等信息，对地下水赋存进行估算[2]，是制定疏干排水方案的前提。深入分析矿山疏排水现状，研究采场水位、疏干排水井、排水沟等排水工程的布设情况[3]，通过对现状疏干方案建立地下水疏干排水优化模型，分析现行疏干排水工作中存在的问题，提出疏排优化方案，运用相关监测手段，结合现场实际情况，对新的疏排方案在正常运行和生产管理中起到的作用进行评价[4]。

王秀兰等[5]通过对元宝山露天矿疏干水工作中存在问题的研究，建立了露天矿疏干水模型。范丽娟[6] 研究了霍林河一号露天煤矿降水孔疏干工程对采掘工作带来的问题，提出了采用降水孔与巷道联合疏干方式疏降矿山采场地下水，减少了与采掘工作的干扰。刘海龙[7]对现状疏干方案进行研究，根据矿区后续开采提出了4 种地下水疏干优化方案，并对方案的分别进行了模拟。在前人研究基础上，以印尼穆印露天煤矿为工程背景，研究穆印露天煤矿的水文地质情况和周边河流情况，结合大气降水情况，因地制宜地研究采场的疏排方案，并研究减少伯尼穆河对矿山采场影响的疏排方案，采取了抽排采掘场坑底积水、主河道泵送方案、伯尼穆河分流等综合措施，有效地减少了伯尼穆河对矿山生产的影响。

1 露天矿工程概况

1.1 露天矿基本情况

印尼穆印露天煤矿位于印度尼西亚南苏门答腊巨港市（Palembang）西南的当库区（Dangku），距巨港市约100 km，普拉布穆利（Prabumulih）西约10 km。行政区划为穆印县[8]（Muara Enim）。印尼穆印露天煤矿沿走向方向（南、北2 个采区）划分一采区与二采区，一采区为露天矿的首采区。开采境界内可采原煤储量71.06 Mt，服务年限30 年。穆印露天矿包含有外排土场、内排土场以及沿帮排土场。剥离、采煤的开采工艺为全部采用单斗-卡车工艺。

由于伯尼穆河洪峰流量较大（较过去几年洪峰流量都大），在非工作帮边坡中部区域出现管涌现象，并随着洪峰流量增加，出水孔洞增大，最终将非工作帮冲垮、滑坡，并引起东排土场西南部滑动。非工作帮边坡冲垮后，伯尼穆河水进入坑内，将采坑大部分区域淹没。为恢复生产，购置了数台大扬程、大流量水泵进行抽水，由排水管路排至伯尼穆河下游。但由于伯尼穆河水来水量较大，露天矿坑内积水一直未能抽干。

1.2 露天矿水文地质条件

1.2.1 地下水

1）含水层。露天区内共发育3 个含水层（组）：①第四系孔隙含水层：含水层岩性一般为粉砂或粉砂质黏土属极弱的含水层；②3 煤层顶板以上砂岩孔隙含水岩组：该含水岩组主要组成为粉砂岩、细砂岩、泥质砂岩等，赋存在第四系底板至3 煤顶板含煤地层之间，在3 煤层顶板露头以北，厚度变化较大，发育不连续；③4～5 煤层间砂质泥岩孔隙含水岩组：该含水岩组分布于5 煤层顶板露头以北，4 煤底板至5 煤顶板含煤地层之中，该含水岩组主要由泥质砂岩或砂质泥岩组成。

2）隔水层。露天区内共3 个隔水层：①3 煤层上部泥岩隔水层：分布在3 煤底板露头线以北，全区发育，除煤层露头部位外，对地下水的渗透起相对隔水作用；②3～4 煤层间泥岩隔水层：分布在4 煤顶板露头以北，发育连续，主要岩性为泥岩，最大厚度3.90 m，平均厚度3.06 m，对地下水的渗透起相对隔水作用；③5～7 煤层间泥岩隔水层:该层全区连续发育，主要岩性为泥岩，厚度大于25 m，对地下水的渗透起相对隔水作用。

3）地下水的补给、排泄与含水层的水力联系。地下水的主要补给来源为大气降水，通过垂直或侧向渗透补给地下水，主要排泄方式为地下径流、河水排泄、地面蒸发和植物蒸腾。

1.2.2 矿区构造及伯尼穆河影响

1）矿区构造。矿区赋存煤层由上至下分别为1煤～7 煤，7 个煤层，其中露天区主要可采煤层为3煤、4 煤。地层比较平缓，一般倾角为4°～6°，局部存在呈南北向的小断层，该区地质构造简单。

2）伯尼穆河水。伯尼穆河（Sungai PENIMUR）俗称东河，位于矿区东南部，其河源头位于矿区东南方向，自西南向东北流经矿区非工作帮与东外排土场之间地段，后转向北西西，与埃帮河汇通后流入Lematang 河。经野外调查，该河河床地面标高一般在15～20 m，主要来自于矿区以南的河水、地下水及矿区范围以外汇水地段的大气降水。据调查该河常年流水，河床切割深度一般为1.5～3.0 m。旱季河床宽3～8 m，雨季河水漫出河床，两岸相对低洼处常形成宽度约50～100 m 的地表水体或积水沼泽。煤田地质勘探期间曾对该河进行了简易观测，在矿区东南部河段测得该河最大流量4 860 m3/h（2009 年2 月6 日），相应河水位标高17.148 m，最小流量1 080 m3/h。水质类型为Cl-SO4-NO3-Na-Mg2-Ca2型水，pH值4.97～5.20，属弱酸性～强酸水性。伯尼穆河在穆印县行政管辖范围内长度为11.34 km，汇水面积约为20.79 km2。

2 疏排水方案

2.1 采掘场坑底积水排水

露天坑底已有4 台大扬程、大流量水泵工作。可以满足露天矿采掘场排水设计要求，现阶段主要任务是抽干坑底积水以及防止被滑坡截断的伯尼穆河水向采掘场的汇入。同时考虑到抽干露天坑内积水后，采掘场保留正常降雨排水泵及暴雨排水泵。根据现场调查伯尼穆河每天最大水量约30 万m3，由于排土场与采掘场之间滑坡导致河水流入采坑，造成坑底积水。采掘场排水系统包括2 台2 300 m3/h、1台913 m3/h 卧式渣浆泵，工作时间按20 h/d 计。日排水能力约11.026 0 万m3/d。采掘场正常降雨排水量（包括地下水涌水量）为780 m3/h，即18 720 m3/d。采掘场排水系统可同时启用正常降雨排水泵及暴雨泵，每日可将坑底积水排出约9.154 0 万m3。达到安全水位后，可暂停使用暴雨泵。正常降雨排水系统即可满足安全生产的排水要求。

2.2 主河道泵送方案

设计在伯尼穆河断流处1#桥涵西侧设集水池、临时挡水坝及排水泵站，由排水管路排至伯尼穆河下游2#桥涵西侧230 m。防止河水向采掘场汇入。当地河水pH 值为4.97～5.20，具有腐蚀性，建议排水管路采用钢丝网骨架聚乙烯复合管及PE 管。钢丝网骨架聚乙烯复合管采用电熔套筒连接，PE 管连接方式为电熔法兰连接。排水管路采用明设。排水管路终点处用块石硬化河道，防止排水管出口水流流速过快侵蚀河道影响边坡稳定性。硬化部分河道尺寸为为16 m×14 m×0.5 m。硬化河道下游重新修整，连接原河道。保证管路中水顺利排出。在硬化部分及修整河道底部铺土工膜防渗。防止河水向坑底入渗。

集水池结构为浆砌块石，深4.0 m、长50 m、宽40 m。挖方量约8 000 m3。现有排水能力为3 600 m3/h 的水泵2 台，排水能力2 000 m3/h 的水泵1 台，每日工作按24 h 计，日排水能力约22 万m3。临时挡水坝类型为土坝，表面采用混凝土浇筑护坡。溢流段长度80.82 m，坝顶标高+22.5 m，非溢流段长度85.99 m，坝顶标高+23.0 m。迎水坡度和背水坡度均为1.22，坝长约168 m。挖方量约为659 m3，填方量约为1 404 m3，砂砾石消耗约232 m3，混凝土消耗约560 m3。

2.3 伯尼穆河分流

为减少伯尼穆河水大量流入采掘场，将河水分流出去一部分，以减轻伯尼穆河排水泵站排水压力。在分流河道入口处设置小型分流坝，坝顶标高+22.0 m，提高分流河道内水位。由于分流河道上游用分流坝抬高分流河道内水位，分流涵管下游河道可能溢流到河道外，淹没面积约为0.14 km2。另外由于分流段需要开挖沟槽，地表土体松散强度低，且靠近湿煤棚，为保证湿煤棚及边坡开挖时安全，开挖沟槽后将土方回填。埋设涵管直径为1 500 mm 的预制钢筋混凝土圆管，基础为砂砾石垫层。在软弱地段用混凝土支墩，与已有的涵管（直径为1 000 mm）平行。分流河道需进行清淤工作。分流涵管上游河道清淤标高为21.0 m，分流河道下游清淤标高为19.8 m。清淤标高为河道最低值，清淤后河道底宽度至少为2 m，深度至少为2 m。

伯尼穆河分流部分涵管水力坡度为3.4‰，正在使用的涵管直径为1 000 mm，设计最大充满度为0.75 时，流量约为3.5 万m3/d。当设计的涵管直径为1 500 mm 充满度为0.75 时，流量约为10 万m3/d。2根涵管同时使用，每日最大可为主河道分流13.5 万m3。由于现有涵管存在於堵及断裂情况，建议进行涵管内清淤及涵管修复，或更换新的钢筋混凝土圆管。