矿井水资源优化配置的方案研究

张继武

（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃 白银 730913）

为了适应经济发展的需要，研究学者们陆续开展了对水资源开发和利用的研究、配合地区水资源合理分配的研究等工作。同时主要的矿产资源通常分布在干旱以及半干旱的地区，由于自然环境因素及人为的开采破坏，使得矿区的水资源逐渐变得短缺，进一步导致社会经济发展的矛盾激增，水危机成为了当前矿产资源可持续发展的制约重要因素[1]。针对这一问题，对矿井水资源优化配置的方案进行研究。

1 矿井水资源优化配置的方案研究

（1）矿井水资源供需量计算。矿井水之源的配置需要满足水资源的供需平衡要求，在矿区范围内对水资源的供给及需求量之间的余缺关系进行计算，保证矿井水资源平衡关系满足下述公式：

公式中，Wa表示为供需量计算时间段内岩溶水补给量，单位为m3/s；Wb表示为供需量计算时间内岩溶水的开采量；单位为m3/s；△W表示为岩溶水在供需量计算时间内的变化情况，单位为m3/s；Wia表示为降水入渗补给量，单位为m3/s；Wja表示为矿区河谷中渗透的补给量，单位为m3/s；Wbs表示为矿区排水回渗补给量，单位为m3/s。

矿井的泉域面积会受构造与地层岩性控制，在天然环境下地下水径流趋势会由某一方向向另一方西乡流动，最终汇集到低洼位置。因此，在计算矿井天然水资源时要将降水量直接入渗补给与河流渗漏补给，根据大气降水的综合入渗算法计算出矿井的平均补给量[2]。对于矿井中的河流渗漏段，除了雨季会有少量水资源流入外，其他季节无表流。因此，在其他季节河水资源的渗漏补给量主要依赖于水库的放水渗漏，此时可采用实测的方法计算补给量。

（2）矿井水资源化配置模式选择。矿井水资源化配置模式根据矿井不同位置分为疏供联合模式和回灌模式。其中，疏供联合模式主要针对于建立在田地周围的矿井，通过田地分担矿井中的水资源，实现疏水降压，这种矿井的水资源是无法依靠矿井排水，从而将水位降低到安全的矿区。通常情况下，在矿井强径流带建立浅排水源地，从而达到将矿井水资源合理分配的目的。浅排水源地可以辅助矿井完成水资源的疏通，对于供水部门而言，可以满足其供水要求的前提条件下，使矿井含水层中产生最小的水位降，并保证水孔与矿井疏干中心的距离。对于矿山部门而言，满足其最小的排水量达到矿井疏干降压的需要。回灌模式的配置方案是针对在处理厂附近的矿井，利用各类勘探技术找出含水层富水区域，再通过设置多个矿井水回灌井钻孔，再利用地面标高和实际含水层之间的高度差，将净化后的矿井水资源回灌到预先设置的目标含水层当中，实现对水资源的有效配置。图1为矿井水资源回灌模式的配置原理示意图。

图1 矿井水资源回灌模式的配置原理示意图

在进行矿井水资源的优化配置时还要充分考虑到矿井水、地表水以及地下水之间的关系，因此还需要构建三者之间的管理模式。管理模式的目标为提供最大供水量和最小供水费用。管理模式的约束条件包括水利约束、水位约束、水量约束以及非负约束，水利约束是将矿井水资源含量与水位有机的结合。水位约束是将矿井水资源控制在地下水的水位降深的一定范围，当地下水的水位降深程度较低时对于矿井的安全无法起到预期的作用，而当地下水的水位降深程度过高时又会导致狂境内的水资源平衡条件被破坏，造成严重的工程地质问题，因此，根据矿井的实际选择适合的水位范围。

水灵约束条件为矿井总供水量应小于天然水资源量。非负约束条件为配置目标与约束条件中的各项涉及参数均保证为非负数。

2 实验论证分析

（1）实验准备。选取某矿山企业开发的矿井作为实验对象，将矿井各项参数信息引入到仿真实验软件当中，并模拟不同季节和不同水位下，矿井中水资源的变化情况，分别利用本文提出的矿井水资源优化配置方案与传统矿井水资源配置方案对该矿井的水资源进行控制，并分配到生产用水、工业用水、生活用水及绿化用水中。设置本文配置方案为实验组，传统配置方案为对照组，比较实验组与对照组对水资源的利用情况。

图2 实验组与对照组实验结果对比图

（2）实验结果及分析。根据本文上述实验准备完成对比实验，并将实验组与对照组的水资源分配情况记录，计算出生产、生活。工业及绿化四中水资源利用类型平均每天的供水情况，并绘制成如图2所示的实验结果图。

由图2中的各项数据可以看出，实验组在为生产用水、工业用水、生活用水以及绿化用水四个方面的水资源供水量均明显高于对照组。主要原因在于，实验组在对矿井水资源配置时，首先对矿井水资源供需量进行了计算，从根本上预测了各个水资源利用类型所需的水量，并根据矿区位置选择适合的配置模式，在降低水资源浪费的同时，保证了水资源的充足供给。因此，通过对比实验证明，本文提出的矿井水资源优化配置的方案更能够满足于人们日常生产、生活所需水资源用量，同时为绿化建设提供有利条件，进一步提高对矿井水资源的综合利用率，具有更高的应用价值。

3 结语

通过本文研究实现了对矿井水资源的优化配置，为矿山企业的供水量提高提供帮助，但本文仍存在某些方便的不足，因此在后续的研究中还将针对矿井水资源的合理配置进行更加深入的研究，利用水文信息管理加强对水文及地质资料的管理，并深入开展采空区的积水水量和水质的探测及分析研究。