阜新市主城區(qū)煤礦礦坑排水可利用水量分析調(diào)查

蘇秀影，冮行久，劉文榮

(1.遼寧省鬧得海水庫管理局，遼寧 阜新 123000;2.遼寧省水文水資源勘測局阜新分局，遼寧 阜新 123000)

阜新市主城區(qū)各煤礦疏干排水的收集處理工作由阜新礦業(yè)(集團(tuán))露源水業(yè)有限責(zé)任公司完成。露源水業(yè)有限責(zé)任公司包括露源水廠、海州水廠和海南水廠三個污水處理廠，涵蓋了阜新市主城區(qū)附近的所有煤礦的礦坑排水。煤礦、礦排水和水廠之間的關(guān)系如下:

五龍礦→五龍礦礦坑排水→海州水廠深度處理→用水戶

海州露天礦→海州礦四坑排水→露源水廠深度處理→用水戶→海州立井排水坑→海南水廠深度處理→用水戶

(海州露天礦有海州礦四坑、海州立井排水坑兩處排水地點(diǎn))

由于露源水業(yè)礦排水處理能力有限，礦坑排水?dāng)?shù)量不清，本次分析計算主要摸清阜新市主城區(qū)礦坑排水規(guī)模及可利用水量，為礦排水處理廠的改擴(kuò)建提供技術(shù)依據(jù)，為礦排水利用提供技術(shù)支撐，為阜新市水資源配置提供參考數(shù)據(jù)。

1 五龍礦

1.1 概況

五龍煤礦是我國“一五”時期由蘇聯(lián)幫助建設(shè)的156個重點(diǎn)項(xiàng)目之一，1957年投入生產(chǎn)，近年來年產(chǎn)量在150萬t左右，是阜礦集團(tuán)的重要生產(chǎn)礦井。

阜新煤田主要可采煤層賦存于下白堊統(tǒng)沙海組三段及阜新組，共有十個煤層組，煤種較雜。阜新組煤層分布面積達(dá)225 km2，平均厚度14.49 m，含5個煤層組，厚度變化在0.05～96.48 m之間;煤層不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含煤系數(shù)高，平均含煤率為20%～40%，單位面積儲量在新邱區(qū)高達(dá)860萬 t/km2，厚度展布方向 NE52～68°，分布于同沉積背斜和斜坡地帶及低緩的向斜部位。沙海組煤層在全煤田的分布目前尚未完全查明含五個煤層組，厚度變化在0.1～23.33 m之間，平均厚度7.76 m，分布面積近200 km2。

1.2 水源調(diào)查情況

五龍礦礦井涌水由該礦專業(yè)隊(duì)伍實(shí)測，測驗(yàn)方法采用流速面積法，每月中旬實(shí)測一次作為該月平均涌水流量。礦井涌水集中進(jìn)入儲水池，由水泵排出井外形成礦坑排水并進(jìn)入預(yù)沉池，礦坑排水水量中有一部分作為五龍礦生產(chǎn)用水即自用水量，自用水量沒有實(shí)測資料記錄，經(jīng)對該礦主管人員的調(diào)查，分析確定自用水量為100 m3/d。礦坑排水扣除自用水量后，經(jīng)過預(yù)沉池簡單沉淀輸送至海州水廠進(jìn)行預(yù)處理和深度處理。輸水管分別采用DN108、DN300的硬聚氯乙烯管，水管最小埋深1.5 m。

五龍礦礦坑排水預(yù)沉池距水源儲水池垂直距離300 m，距阜新市中心區(qū)4.5 km，距海州水廠5 km。礦坑排水經(jīng)預(yù)沉池沉淀后，通過管路輸送至海州水廠進(jìn)行深度處理。處理過程如下:礦坑涌水→預(yù)沉池→管路輸送→海州水廠→預(yù)處理→深度處理→用水戶

1.3 涌水量資料分析

利用五龍礦1974～2005年31年的礦井涌水量實(shí)測資料進(jìn)行點(diǎn)匯歷年涌水量過程線(2006和2007年資料不全)，見圖1。

圖1 五龍礦歷年礦井涌水量過程線圖

從圖中可以看出，礦井涌水的大小受兩種因素影響:一方面，隨著礦井的開采，礦井坑道空間逐年加深和擴(kuò)大，在穩(wěn)定的地下水供水條件下涌水量將逐年增多，這種趨勢是由礦井開采決定的，是穩(wěn)定增長的;另一方面外，由于地下水供水條件隨著降水、巖層裂隙等隨機(jī)因素的變化而變化，又形成了涌水量在時序上的波動現(xiàn)象。因此礦井涌水量是由上述隨機(jī)波動量與穩(wěn)定增長量的疊加，礦井涌水量的總趨勢是增長的［1］。

按照《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證導(dǎo)則》中關(guān)于礦坑排水水資源論證方法的規(guī)定，“有監(jiān)測資料的礦區(qū)，分析礦坑排水量資料的合理性和可靠性，通過分析礦坑排水變化及影響因素，選擇排水量變化穩(wěn)定，且能夠代表未來礦山開采水平相應(yīng)時段的排水量的均值，作為評價排水量”。選用2000年～2005年實(shí)測涌水量的平均值作為設(shè)計排水量系列，并對現(xiàn)狀2005年實(shí)測排水量單獨(dú)進(jìn)行分析計算。各種特征年年內(nèi)涌水量變化過程見圖2。

圖2 五龍礦特征年年內(nèi)涌水量過程線

1.4 礦坑涌水可利用量分析論證

1974～2005年涌水量最小日涌水量發(fā)生在1996年2月份，1996年日平均可利用礦坑涌水為11 983 m3/d，最大日涌水量為13 194 m3/d，最小日涌水量為7 196 m3/d，年內(nèi)日涌水量波動率為0.48，見表1。

表1 1996年五龍礦平均涌水量特征值統(tǒng)計表

考慮到新建項(xiàng)目用水的可靠性，采用最小日為可利用礦坑涌水量，為7 196 m3/d。這些水是沒經(jīng)過處理的源頭涌水，礦坑涌水抽出地面后形成礦坑排水，礦坑排水經(jīng)過預(yù)沉淀進(jìn)入管路被輸送到污水處理廠，預(yù)沉淀損失為5%，預(yù)處理損失為10%，管路輸送到處理廠進(jìn)行深度處理后，為損失量25%，以上損失率合計為40%，該損失率與露源水業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的損失量基本一致。則現(xiàn)狀礦坑排水損失量為2 878.4 m3/d，可利用礦坑排水量為4 317.6 m3/d。

2 海州礦四坑

2.1 概況

海州礦四坑是海州露天礦的礦坑涌水的排水坑之一。海州露天礦是我國“一五”期間全國156個重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，是50年代初建成的亞洲最大的機(jī)械化露天煤礦，也是阜新礦業(yè)集團(tuán)下屬最大的生產(chǎn)單位。

海州露天礦距阜新市中心3 km處。該礦東西長4 km，南北寬2 km，現(xiàn)垂深250 m，總面積30 km2，雨季自然形成了一個巨大的雨水會集區(qū)。海州礦四坑位于海州露天礦機(jī)關(guān)大樓南300 m。

2.2 海州礦四坑礦坑排水水量論證

海州礦四坑礦坑排水主要目的是為了保證海州立井以及鄰近煤礦的正常生產(chǎn)。根據(jù)收集到的1990～1992、1997～2001年涌水量數(shù)據(jù)，如表2。

表2 海州露天礦四坑礦坑排水量統(tǒng)計表

2002年以后沒有涌水、排水量紀(jì)錄，但是調(diào)查到了現(xiàn)狀礦坑排水的工作機(jī)制如下:海州礦四坑有兩臺抽水泵24小時不間斷運(yùn)行，其中一臺每小時抽水170 m3，另一臺每小時抽水260 m3，兩臺水泵日抽水量為10 320 m3/d。

盡管現(xiàn)狀礦坑排水量10 320 m3/d比調(diào)查資料系列中的任何一年都大，但是可以看出不同年代間涌水量是有增長趨勢的，例如1990～1992年和1997～2001年兩組數(shù)據(jù)相比具有明顯的增長趨勢，如圖3所示。

圖3 海州露天礦四坑歷年日均排水量增長趨勢圖

可以明確，調(diào)查現(xiàn)狀2007年日抽水量為10 320 m3/d是合理的，這符合礦坑涌水量具有穩(wěn)定增長的趨勢結(jié)論，只不過露天礦礦坑排水沒有礦井涌水表現(xiàn)的明顯。該礦坑排水被抽出地面后，經(jīng)暗渠、管路送入露源水廠處理，無自用水，流程如下:海州礦四坑礦坑涌水→暗渠、管路→露源水廠→預(yù)處理→深度處理→用水戶。

暗渠、管路損失為5%，預(yù)處理損失為10%，管路輸送到處理廠進(jìn)行深度處理后，為損失量25%，以上損失率合計為40%。則損失量為4 128 m3/d，實(shí)際可利用水量為6 192 m3/d。

3 海州立井排水坑

3.1 概況

海州立井排水坑的管理權(quán)歸海州立井，但是它所排的礦坑水仍然是海州露天礦的礦坑涌水，只是它的層位處于海州露天礦的下面，相當(dāng)于海州露天礦的另一個排水坑。水文地質(zhì)情況與海州礦四坑相同。海州立井儲水池距井口20 m，距露源水廠2 km，距擬建阜新煤化工基地5 km。

3.2 海州立井排水坑可利用礦坑排水水量論證

海州立井排水坑排水目的是為了保證海州立井以及鄰近煤礦的正常生產(chǎn)，其礦坑排水24小時不間斷。共有200D/65B/8段排水泵4臺，每臺泵運(yùn)行時滿負(fù)荷，抽水流量250 m3/h。該礦井沒有抽水記錄，但是調(diào)查到了現(xiàn)狀礦坑排水的工作機(jī)制如下:

豐水季節(jié)(7～11月，5個月共153天):每天早8點(diǎn)～晚10點(diǎn)共14小時，2臺泵同時開，抽水流量(礦坑排水量)為500 m3/h;晚10點(diǎn)～次日早8點(diǎn)共10小時，4臺泵同時開，抽水流量(礦坑排水量)為1 000 m3/h。日排水量為17 000 m3/d。

枯水季節(jié)(12月～次年6月，7個月共212天):每天早8點(diǎn)～晚10點(diǎn)共14小時，2臺泵同時開，抽水流量(礦坑排水量)為500 m3/h;晚10點(diǎn) ～次日早8點(diǎn)共10 h，3臺泵同時開，抽水流量(礦坑排水量)為 750 m3/h。日排水量為14 500 m3/d。

合計年排水量為567.5萬 m3，平均每天礦坑排水量為15 548 m3/d，年內(nèi)日涌水量波動率為0.16。

由于礦坑涌水量具有穩(wěn)定增長的趨勢，因此現(xiàn)狀坑排水量為15 548 m3/d為2001年～2007年間穩(wěn)定增長的結(jié)果，該數(shù)處于2001年年平均與年最大之間，因此數(shù)據(jù)是合理的，可以作為設(shè)計水量?？紤]到?jīng)]有月、日礦坑涌水量數(shù)據(jù)，為確保設(shè)計水量的保證程度，利用枯水季節(jié)的日排水量(14 500 m3/d)作為采用設(shè)計礦坑排水量。

礦坑涌水是沒有處理的源頭水，該水源無自用水量。礦坑涌水抽出地面后形成礦坑排水水源，經(jīng)過儲水池直接進(jìn)入海南水廠進(jìn)行預(yù)處理和深度處理，損失量仍按40%計算，損失量為5 800 m3/d，實(shí)際可利用水量為8 700 m3/d。處理成可利用水量的過程如下:

海州立井排水坑涌水量→暗渠、管路→海南水廠→預(yù)處理→深度處理→用水戶。

4 礦坑排水可利用水量綜述

阜新市主城區(qū)用礦坑排水水源可利用水量為。五龍礦:4 317.6 m3/d;海州礦四坑礦坑:6 192 m3/d;海州立井排水坑:8 700 m3/d。合計可利用水量為19 210 m3/d，該水量為處理后的純凈水水量。

露源水業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)狀每天生產(chǎn)純凈水15 000 m3/d，其中供給阜新發(fā)電廠10 000 m3/d，供給阜新礦業(yè)集團(tuán)熱電廠5 000 m3/d。該公司設(shè)計能力為每天可生產(chǎn)25 000 m3純凈水，按照現(xiàn)狀用水戶需水要求，只利用了可利用水量中的一部分，如果用水戶需水量增加，礦坑排水可全部利用。露源水業(yè)下屬的海州水廠、露源水廠和海南水廠均各自獨(dú)立運(yùn)行，處理后的礦坑排水各有獨(dú)立的出口供給用戶，海州水廠和露源水廠供給阜新發(fā)電廠，海南水廠供給阜新礦業(yè)集團(tuán)熱電廠。

現(xiàn)狀各礦可利用礦坑排水的用水量、余水量分別為:

五龍礦礦坑排水→海州水廠→阜新發(fā)電廠用水4 000 m3/d→余水 317.6 m3/d;

海州礦四坑礦坑排水→露源水廠→阜新發(fā)電廠用水6 000 m3/d→余水192 m3/d;

海州立井排水坑→海南水廠→阜礦集團(tuán)熱電廠用水5 000 m3/d→余水3 700 m3/d;

故阜新市主城區(qū)礦坑排水還可利用水量為4 210 m3/d。由于采用最小日礦坑排水量分析計算，供水保證率在97%以上。

［1］冮行久，礦井水資源化研究與應(yīng)用，［J］.節(jié)水型社會建設(shè)的理論與實(shí)踐:700～704.