安全工程師:礦井水的防治與利用


老虎臺井田和龍鳳井田位于撫順煤田的中部和東部,呈東高西低賦存,兩礦之間留設50m保護煤柱,但因地質構造和采掘影響,實際只有30余m,局部僅4m,作為礦界煤柱,其作用和價值已不存在。如果龍鳳井田內巷道和采空區被礦井自然涌水充滿后,將形成400多萬m3的水柱,如不采取措施排放,在礦界煤柱煤層底板―580m標高以上,水壓將達到60個大氣壓以上,這就對老虎臺礦安全生產構成嚴重威脅,一旦透水,后果不堪設想,防治龍鳳礦井水問題迫在眉睫。
老虎臺井田內水文地質條件,根據地質構造復雜程度和礦床充水類型,依照《礦井水文地質規程》地質分類為水文地質簡單型礦井。老虎臺礦和龍鳳礦1994~1995年5年的礦井實測涌水量統計如下。
(1)老虎臺井田:枯水期4月份最小涌水量平均為10.96m3/min;主汛期8月份最大涌水量平均為14.36 m3/min;其中1995年8月份最大涌水量為15.47 m3/min,為百年一遇。
(2)龍鳳井田:枯水期4月份最小涌水量平均為14.60 m3/min;主汛期8月份最大涌水量平均為20.81 m3/min;其中1995年8月份最大涌水量為29.50 m3/min,為百年一遇。
1 礦井水的防治
1.1 老虎臺礦排水系統能力現狀
老虎臺礦排水系統分三段:第一段從―580m至地面,共有12GD×5水泵10臺,目前
能使用的8臺,排水管路4趟,最大排水能力為720×4=2880 m3/h,正常排水能力720×3=2160 m3/h,;第二段從―730m至―580m,共有300 S250 A水泵12臺,目前能使用9臺,排水管路6趟,最大排水能力750×6=4500 m3/h;第三段從―830m至―730m,共有DDM360―75×3型水泵3臺,排水管兩趟,最大排水能力360×2= 720 m3/h.
1.2可行性論證及實施
龍鳳礦于1999年8月停產,10月正式關井,12月中旬―635m水平泵房停運。在此前,1999年6月4日,撫順礦務局和煤炭科學研究總院撫順分院有關老師就老虎臺礦防治龍鳳礦井水問題進行了專題研究,經科學分析、論證,確定老虎臺礦防治龍鳳礦井下水必須堅持“以疏為主,疏堵結合”和分兩步走的原則。
第一步:于1999年10月龍鳳礦關井前,在兩礦之間掘一條疏水巷道,設一道防水閘門,截流龍鳳礦井水到老虎臺井下,達到防治龍鳳礦井水的目的。根據兩礦百年一遇的最大涌水量和老虎臺礦―580m水平的排水能力,即老虎臺礦―580m水平最大排水能力720×4 =2880 m3/h大于兩礦最大涌水量(15.47+29.50)×60 = 2689.2 m3/h,確定老虎臺礦的經濟截水標高為―570m,遇特殊情況則關閉防水閘門,采取疏堵結合的防治方法;
第二步:老虎臺礦綜采工作面過老龍煤柱開采,在―570m水平以上把兩礦采通,使龍鳳礦井水位上漲時通過采空區溢流到老虎臺礦井田內,達到泄水的目的。
老龍疏水道于1999年6月17日施工,10月6日貫通,全長265m,接設兩趟Φ426mm流水管,到2000年4月23日正式從管路過水,當時水量為4.47 m3/min,經過兩年采用超聲波流量計觀測結果:
(1) 枯水期4月份最小來水量5.7 m3/min;
(2) 主汛期8月份量大來水量8.7 m3/min;
(3) 年平均為7.2 m3/min.
經過兩年的方案實施,平均每年將有近380萬m3的龍鳳礦井水被安全地截流到老虎臺―580m水平的水倉內。從2001年12月開始,老虎臺礦63001#綜采放頂煤工作面正在實施跨老龍煤柱開采。通過對龍鳳礦井水位的定期觀測,其水位標高穩定在―560m±3.2m,從而達到對龍鳳礦井水害的有效防治,解除了對老虎臺礦安全生產的嚴重威脅。
2 礦井水的利用
礦井水一方面是地質災害之一,嚴重威脅礦井安全生產,另一方面也是寶貴的淡水資源,有著很大的開發利用價值。老虎臺礦的礦井水防治工作已經實施由被動防治向“防用結合”的主動防治方向轉移,將礦井水資源化,納入礦井資源開發利用管理范疇,變水害為水利,建立礦井水可持續利用管理模式,充分發揮淡水作為商品的經濟價值,確立資源節約型發展戰略,做到了有效防治與合理利用相結合。
2.1 利用礦井水的意義
水作為人民生活及企業生產的命脈作用越來越受到重視,水資源不斷減少,城市供水形勢已十分嚴峻,節水已刻不容緩,挖掘企業自身潛力,合理利用水資源,已是企業當前和長遠的一項大事,尋找和開發新的水源,對緩解企業用水緊張局勢,降低生產成本具有十分重要的戰略意義。
2.2 利用礦井水的起因
老虎臺礦是一個生產系統完善、生產水平較多且具有百年開采歷史的大型井工礦井,井下生產和地面工業用水量相當大。老虎臺1993年曾在礦井淺部水平―330m和―430m等地點截流礦井水,用于深部水平原煤生產和“一通三防”工作,但由于受大氣降雨和其它諸多因素的影響,導致水質惡化,多次造成損壞綜采機械和中斷生產等惡性事故。其中一次性損壞綜采工作面液壓閥30多組,造成40多萬元的經濟損失。最后,又改由自來水供水,因此這次利用礦井水沒有獲得成功。
近幾年來,由于實施集中生產、系統簡化和機械化水平的不斷提高,各生產系統都具有一定的富余能力,礦井原來的四大水砂充填閉路循環系統的規模逐漸簡化直到封存。針對兩礦井下涌水量大而且水質較好的現狀,充分合理地發揮現有礦井系統、技術、設施的富余能力,只要少量投入就能開發利用。對此,我們總結經驗,堅持可持續發展戰略,實施了井下生產排水和地面工業用水系統改造,給企業帶來了可觀的經濟效益。
2.3 礦井水利用的方案
根據礦井水的水質和水量確定礦井水的用途,井下礦井水主要由以下三種水構成:
(1)生產使用過的混水,月排水量為22.96萬m3,通過原有部分水砂充填系統,用于井下消防火、采空區注漿及封堵,用量約15.0萬m3/月;
(2)礦井自然涌出的清水,月排水量為36.32萬m3.通過原有部分水砂充填系統,用于選煤廠洗煤用水,用量約21.0萬m3/月;
(3)截流龍鳳礦井的凈水,月平均來水量為31.10萬m3.這部分水可替代自來水,主要有兩種用途:一是用于地面工業鍋爐用水,需增加投入接設專門管路,月排水量為13.42萬m3,用量約11.59萬m3/月;二是直接用于井下綜采生產機械用水、“一通三防”高靜壓注水和洗塵用水等,用量約15.10萬m3/月。
2.4 礦井水利用方案的實施
根據以上方案,本著經濟合理的原則,充分合理地發揮現有礦井系統、技術、設施的富余能力,實施了井下生產排水和地面工業用水系統改造。
(1)井下生產排水系統改造。首先是對井下―580m的16條水倉進行改造,1~10號倉為混水倉,11~13號倉為清水倉,14~16號倉為凈水倉,合理進行配水,做到礦井水分貯分排,有效地保證了礦井水合理利用。
井下在―580m水平由老龍流水巷至水倉接設管路4000m,用于截流龍鳳礦井的來水,再由―580m水倉至地面充填水池和選煤廠接設管路1800m.
(2)地面工業用水系統改造。首先利用了選煤廠閑置的兩座濃縮機作為地面鍋爐用水的配水設施,并采取技術手段對龍鳳礦凈水進行必要的處理,配分給地面的各個鍋爐,接設管路2365m.啟用封停的2#充填系統的兩個水池(容積為8000 m3),貯存井下的清水,靠自然壓差供選煤廠洗煤,接設管路1200m.利用3#和4#充填系統,不需任何投入,即可實現對生產混水的閉路循環。
3 利用礦井水的效果
老虎臺礦堅持礦井水防治與合理利用相結合的可持續發展戰略,在現有的自然、經濟、技術條件下,建立優化模式,實施經濟合理的方案,做到在有效防治的同時合理利用,采用高度節水和重復用水的工藝流程和技術手段,取得了顯著的效果。
通過實施礦井水利用方案,老虎臺礦井下已于2001年3月停止使用自來水,全面應用礦井水,于2001年10月洗滌和部分鍋爐也開始利用礦井水。如果今后井下生產、洗煤和鍋爐全部利用礦井水,經測算全年節約自來水400多萬m3,每年可節約生產成本800多萬元。
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