楊麗萍

（中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽110015）

馬來西亞地區(qū)地表水、地下水以及大氣降水量均極為豐富，且研究區(qū)錫礦賦存量極大，為了更好地開采地下資源，首先需要解決的就是降低地下水水位。

1 地下水的補給及涌水量

根據(jù)現(xiàn)場已經開挖的坑內積水深度以及水文地質報告中剖面圖[1-2]可知，主要包含3 個含水層，其中第三層細沙及礫石層含水層為主要含水層，該層與上覆2 層含水層基本貫通，雖中間存在一定量的黏土透鏡體，但可以按照一個大的潛水含水層來統(tǒng)一考慮[1]。

1.1 地下水涌水量估算的方法

露天采礦場地下涌水量計算方法有解析法、相關比擬法、水均衡法、數(shù)值法和模擬法等，其中以解析法應用最為廣泛。

1）解析法。具體有：①大井法：大井法需要把露天采礦場看作一個“大井”，用地下水向垂直集水建筑物運動的公式計算，不同的邊界條件下的穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流計算公式不同，詳見《露天采礦手冊》[1]或《水文地質手冊》[2]；②廊道法：廊道法適用于當露天采礦場長寬比大于10 時，視其為集水廊道，采用相對應公式進行計算；③輻射流法；輻射流法適用于當?shù)V區(qū)充水含水層在各個方向上的透水性或補給條件差別很大，采礦場周圍往往形成形狀不規(guī)則的降落漏斗，這時，可根據(jù)透水性或補給條件的不同，將采礦場周圍分為若干扇形地段，然后根據(jù)輻射流公式分段計算其水量。

2）相關分析法。在礦坑涌水量觀測資料積累較多的露天礦區(qū)，可用相關分析法預測礦坑涌水量的變化規(guī)律，也可以用來預測類似條件下的礦坑涌水量。相關分析法是根據(jù)2 個或多個相關變量（如礦坑涌水量Q、開采降深S、采場面積F、降雨量X 等）的觀測資料，建立它們之間的相關方程或回歸方程。相關分析方法很多，其中最簡單的是二元直線相關和二元曲線相關。

3）水文地質比擬法。根據(jù)已經生產的露天礦排水資料預測地質、水文地質、水文地質條件與其相似的新建或擴建的露天礦的礦坑涌水量，此法甚為簡便、經濟，在礦坑主要充水來源基本一致的前提下通常能取得較好的效果。

4）水均衡法。水均衡法的實質是詳細研究露天礦主要充水含水層在一定時間內的各收入項和支出項的均衡關系。當露天礦區(qū)是一個完整的水文地質單元，并且有準確測定的均衡要素時，水均衡法預測礦坑涌水量一般能取得較為滿意的結果。

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5）數(shù)值法。高速電子計算機的出現(xiàn)，使一些復雜水文地質問題的求解可以采用各種數(shù)值離散化方法來求它的數(shù)值解。數(shù)值法本身是1 種求近似解的方法，包括有限差分法和有限單元法2 種，它既可用來解決穩(wěn)定流問題，又可以解決非穩(wěn)定流問題。數(shù)值法的優(yōu)點是不受復雜邊界和水文地質條件的限制，任何復雜的條件下都可以進行模擬，可以充分利用水文地質試驗的資料求合理的水文地質參數(shù)，并能利用先進的計算技術在短期內取得計算成果。用數(shù)值法計算礦坑涌水量的實質是把復雜的水文地質條件變成數(shù)學模型，用電子計算機求解確定礦坑用水量。

6）電模擬法。用點模擬法研究礦坑涌水量是由于地下水滲流與電流現(xiàn)象二者之間有著一致的數(shù)學和物理關系。因此，根據(jù)所研究滲流區(qū)的邊界條件和初始條件以及水文地質參數(shù)資料，直接測量點模型上某個點的電位和點流量，通過換算即可確定滲流區(qū)內相應點的地下水頭值與地下水滲流量。由此可見，電模擬法與數(shù)值法有著一定的相似性，數(shù)值法是根據(jù)水文地質條件設計一個數(shù)學模型，用電子計算機求解，而電模擬法則是根據(jù)水文地質條件設計一個電模型，用電模擬機求解。

1.2 涌水量計算公式

由于本礦區(qū)位于馬來西亞，因此所掌握的資料十分有限，因此無法用比擬法等進行計算，根據(jù)必選，最終選擇大井法對礦區(qū)地下的涌水量進行粗略計算，具有一定的設計指導意義。

第四系沙丘潛水含水層，選用“大井”法潛水公式[3-4]計算涌水量Q：

式中：K 為滲透系數(shù)，m/d；H 為潛水含水層厚度，m；S 為潛水含水層降深，m；R0為抽水影響半徑，R0＝2S，m；r0為采礦引用半徑，r0＝，m；η為系數(shù)，查表得本次設計取1．18；a、b 為開采區(qū)域的長和寬，m。

1．3 涌水量計算結果

研究區(qū)范圍內共有5 個剖面線，其中距離采區(qū)較近的鉆孔一共17 個，其中在東坑及西坑附近的鉆孔為4 個，地下水涌水量計算參數(shù)見表1。

表1 地下涌水量計算參數(shù)表

經計算，西坑和東坑的地下水涌水量分別為225 522 m3/d 和233 113 m3/d。

結果可知，地下水了相當豐富，如果不能及時疏降，地下大量的錫礦無法被開采，所以如何有效快速的疏排地下水是當務之急。

2 地下水控制工程預算

1）疏干工程布置。根據(jù)第1 年的位置，西坑和東坑分別布設40 個降水孔，共計80 個。按照單井出水量選擇排水設備，可以根據(jù)開采速度保證地下水位按時降至理想標高，保證開采工作的順利進行[2]。首采區(qū)第1 年疏干降水孔鉆探工程量為：第四系地層φ600 mm 80 個, 進尺6720 m。首采區(qū)第1 年疏干降水孔材料為：①DN400×10 纏絲過濾器4 224 m;②DN400×10 鋼管井壁管2 816 m;③填礫384 m3;④封孔黏土44 m3。首采區(qū)達產時疏干設備為[5]250QJ200-100 潛水電泵（排量Q=200 m3/h,揚程H=100 m ,功率P=90 kW,電壓380 V）120 臺, 安裝80臺, 備用40 臺[5]。

2）疏干排水系統(tǒng)。西坑疏干排水管線布置方式為：沿東端幫和南部工作幫布設一號疏干排水管線，沿西幫和北部非工作幫布設二號疏干排水管路[6-7]；東坑疏干排水管線布置方式為：沿東部非工作幫和北端幫布設三號疏干排水管線，沿南端幫和西部非工作幫布設四號疏干排水管路。首采區(qū)第1 年疏干排水主管路材料為DN700×10 鋼管7 172 m。

3）地下水控制的相關安全措施。具體為：①建立專業(yè)的防治水設施管理維護隊伍，專門負責對各項防排水設施進行管理并定期檢查與維護；②建立疏排水設備檢查制度，確保疏干排水設備正常運轉，備用設備也必須保證完好，嚴禁設備帶病運轉；③為方便防排水及疏干系統(tǒng)的巡視與檢修，維修隊配有專用車輛。

3 采掘場排水工程

3．1 排水系統(tǒng)布置

1）坑底排水。西坑沿東端幫鋪設暴雨和正常降雨排水管路[5]，將坑底匯水排至采掘場外沉淀池內，東坑沿北端幫鋪設暴雨和正常降雨排水管路，也將坑底匯水排至采掘場外沉淀池內，沉淀后一并排至北側河內。

2）平盤排水。平盤的涌水經臺階上的平盤排水溝將水匯至坑內集水池，統(tǒng)一將水排至沉淀池內。

3．2 排水量

采掘場匯水量由降雨徑流量和殘余地下水涌水量組成。

正常降雨量按多年雨季月平均降雨量為270 mm 考慮，暴雨設計頻率為5%，7 日最大雨量為333 mm，計算采用7 日暴雨7 日排除，數(shù)據(jù)足夠可靠。參考中國國內規(guī)范規(guī)定，正常降雨徑流系數(shù)擬采用0．3，暴雨的徑流系數(shù)擬采用0．4。第1 年坑內降雨徑流量計算見表2。

表2 第1 年坑內降雨徑流量計算

3．3 排水設備及材料

正常排水按每天20 h 計算[6]，1 年坑內排水量計算見表3。采掘場主要排水設備數(shù)量及材料[7]見表4。

3．4 采場防排水安全措施

1）優(yōu)化水泵選型及布置。為提高排水的安全性，減少相應操作環(huán)節(jié)，為降低土建投資，并滿足頻繁移設的需求，本次采場降雨排水采用礦用立泵。水泵直線單行布置，使進出水管路通順，提高排水安全性。建議水泵出水管設壓力表，并設液力自動閥以實現(xiàn)截止、止回、水錘消除多項功能[8]。

表3 1 年坑內排水量計算

表4 采掘場主要排水設備數(shù)量及材料表

2）提高附屬設備安全性。建議水泵出水管止回閥均采用油壓式微阻緩閉止回閥，可有效消除水錘影響，提高排水管及排水泵的安全性，同時由于其工作液采用液壓油代替原水，油壓腔與原水完全隔離，相比常規(guī)微阻緩閉止回閥，杜絕了原水中泥沙及污物對緩閉裝置的磨損和堵塞，極大地延長了止回閥的工作壽命，提高了排水安全性。

3）采掘場排水安全防護措施。考慮到采掘場排水設備、設施處在坑底位置，周圍有大型設備作業(yè)、車流密度較大，為提升其自身安全防護能力，同時避免車輛等設備掉進集水坑等情況發(fā)生，采掘場坑底集水坑及泵站距最低采煤臺階坡底線不得小于10 m，距最低排土臺階坡底線不得小于20 m，且需在排土側距集水坑、泵站5 m 處修筑高度不低于1．5 m、頂寬不低于2 m 的擋墻，在儲水池周邊及其周邊采煤臺階的坡頂邊緣處應設防護圍欄，并設置相關警示標志。

4）排水管道安全防護措施。管道采用法蘭連接，以減少管道的長度損失。排水管道途經各臺階面、路面等時，需在埋設基礎上采用套管防護，排水管道外壁包裹環(huán)氧煤瀝青冷纏帶防腐。暴雨排水管道明設布置，應考慮溫差影響引起的脹縮，并應根據(jù)需要采取相應的管道補償措施。

4 結 語

1）該區(qū)域地下水十分豐富，大氣降雨十分頻繁，為了保證采礦工作的順利進行，必須地下水控制與采場排水聯(lián)合穩(wěn)定運轉，因此，需要加強水泵、疏干井、排水管線的維護與監(jiān)測，必須配備專業(yè)的巡視人員定期巡視，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時加以解決。

2）同時應做好相應的記錄以及地下水位觀測及記錄工作，保證設計與實際相結合，為下一步優(yōu)化提供可靠數(shù)據(jù)。