杨丽萍

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳110015）

马来西亚地区地表水、地下水以及大气降水量均极为丰富，且研究区锡矿赋存量极大，为了更好地开采地下资源，首先需要解决的就是降低地下水水位。

1 地下水的补给及涌水量

根据现场已经开挖的坑内积水深度以及水文地质报告中剖面图[1-2]可知，主要包含3 个含水层，其中第三层细沙及砾石层含水层为主要含水层，该层与上覆2 层含水层基本贯通，虽中间存在一定量的黏土透镜体，但可以按照一个大的潜水含水层来统一考虑[1]。

1.1 地下水涌水量估算的方法

露天采矿场地下涌水量计算方法有解析法、相关比拟法、水均衡法、数值法和模拟法等，其中以解析法应用最为广泛。

1）解析法。具体有：①大井法：大井法需要把露天采矿场看作一个“大井”，用地下水向垂直集水建筑物运动的公式计算，不同的边界条件下的稳定流和非稳定流计算公式不同，详见《露天采矿手册》[1]或《水文地质手册》[2]；②廊道法：廊道法适用于当露天采矿场长宽比大于10 时，视其为集水廊道，采用相对应公式进行计算；③辐射流法；辐射流法适用于当矿区充水含水层在各个方向上的透水性或补给条件差别很大，采矿场周围往往形成形状不规则的降落漏斗，这时，可根据透水性或补给条件的不同，将采矿场周围分为若干扇形地段，然后根据辐射流公式分段计算其水量。

2）相关分析法。在矿坑涌水量观测资料积累较多的露天矿区，可用相关分析法预测矿坑涌水量的变化规律，也可以用来预测类似条件下的矿坑涌水量。相关分析法是根据2 个或多个相关变量（如矿坑涌水量Q、开采降深S、采场面积F、降雨量X 等）的观测资料，建立它们之间的相关方程或回归方程。相关分析方法很多，其中最简单的是二元直线相关和二元曲线相关。

3）水文地质比拟法。根据已经生产的露天矿排水资料预测地质、水文地质、水文地质条件与其相似的新建或扩建的露天矿的矿坑涌水量，此法甚为简便、经济，在矿坑主要充水来源基本一致的前提下通常能取得较好的效果。

4）水均衡法。水均衡法的实质是详细研究露天矿主要充水含水层在一定时间内的各收入项和支出项的均衡关系。当露天矿区是一个完整的水文地质单元，并且有准确测定的均衡要素时，水均衡法预测矿坑涌水量一般能取得较为满意的结果。

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5）数值法。高速电子计算机的出现，使一些复杂水文地质问题的求解可以采用各种数值离散化方法来求它的数值解。数值法本身是1 种求近似解的方法，包括有限差分法和有限单元法2 种，它既可用来解决稳定流问题，又可以解决非稳定流问题。数值法的优点是不受复杂边界和水文地质条件的限制，任何复杂的条件下都可以进行模拟，可以充分利用水文地质试验的资料求合理的水文地质参数，并能利用先进的计算技术在短期内取得计算成果。用数值法计算矿坑涌水量的实质是把复杂的水文地质条件变成数学模型，用电子计算机求解确定矿坑用水量。

6）电模拟法。用点模拟法研究矿坑涌水量是由于地下水渗流与电流现象二者之间有着一致的数学和物理关系。因此，根据所研究渗流区的边界条件和初始条件以及水文地质参数资料，直接测量点模型上某个点的电位和点流量，通过换算即可确定渗流区内相应点的地下水头值与地下水渗流量。由此可见，电模拟法与数值法有着一定的相似性，数值法是根据水文地质条件设计一个数学模型，用电子计算机求解，而电模拟法则是根据水文地质条件设计一个电模型，用电模拟机求解。

1.2 涌水量计算公式

由于本矿区位于马来西亚，因此所掌握的资料十分有限，因此无法用比拟法等进行计算，根据必选，最终选择大井法对矿区地下的涌水量进行粗略计算，具有一定的设计指导意义。

第四系沙丘潜水含水层，选用“大井”法潜水公式[3-4]计算涌水量Q：

式中：K 为渗透系数，m/d；H 为潜水含水层厚度，m；S 为潜水含水层降深，m；R0为抽水影响半径，R0＝2S，m；r0为采矿引用半径，r0＝，m；η为系数，查表得本次设计取1．18；a、b 为开采区域的长和宽，m。

1．3 涌水量计算结果

研究区范围内共有5 个剖面线，其中距离采区较近的钻孔一共17 个，其中在东坑及西坑附近的钻孔为4 个，地下水涌水量计算参数见表1。

表1 地下涌水量计算参数表

经计算，西坑和东坑的地下水涌水量分别为225 522 m3/d 和233 113 m3/d。

结果可知，地下水了相当丰富，如果不能及时疏降，地下大量的锡矿无法被开采，所以如何有效快速的疏排地下水是当务之急。

2 地下水控制工程预算

1）疏干工程布置。根据第1 年的位置，西坑和东坑分别布设40 个降水孔，共计80 个。按照单井出水量选择排水设备，可以根据开采速度保证地下水位按时降至理想标高，保证开采工作的顺利进行[2]。首采区第1 年疏干降水孔钻探工程量为：第四系地层φ600 mm 80 个, 进尺6720 m。首采区第1 年疏干降水孔材料为：①DN400×10 缠丝过滤器4 224 m;②DN400×10 钢管井壁管2 816 m;③填砾384 m3;④封孔黏土44 m3。首采区达产时疏干设备为[5]250QJ200-100 潜水电泵（排量Q=200 m3/h,扬程H=100 m ,功率P=90 kW,电压380 V）120 台, 安装80台, 备用40 台[5]。

2）疏干排水系统。西坑疏干排水管线布置方式为：沿东端帮和南部工作帮布设一号疏干排水管线，沿西帮和北部非工作帮布设二号疏干排水管路[6-7]；东坑疏干排水管线布置方式为：沿东部非工作帮和北端帮布设三号疏干排水管线，沿南端帮和西部非工作帮布设四号疏干排水管路。首采区第1 年疏干排水主管路材料为DN700×10 钢管7 172 m。

3）地下水控制的相关安全措施。具体为：①建立专业的防治水设施管理维护队伍，专门负责对各项防排水设施进行管理并定期检查与维护；②建立疏排水设备检查制度，确保疏干排水设备正常运转，备用设备也必须保证完好，严禁设备带病运转；③为方便防排水及疏干系统的巡视与检修，维修队配有专用车辆。

3 采掘场排水工程

3．1 排水系统布置

1）坑底排水。西坑沿东端帮铺设暴雨和正常降雨排水管路[5]，将坑底汇水排至采掘场外沉淀池内，东坑沿北端帮铺设暴雨和正常降雨排水管路，也将坑底汇水排至采掘场外沉淀池内，沉淀后一并排至北侧河内。

2）平盘排水。平盘的涌水经台阶上的平盘排水沟将水汇至坑内集水池，统一将水排至沉淀池内。

3．2 排水量

采掘场汇水量由降雨径流量和残余地下水涌水量组成。

正常降雨量按多年雨季月平均降雨量为270 mm 考虑，暴雨设计频率为5%，7 日最大雨量为333 mm，计算采用7 日暴雨7 日排除，数据足够可靠。参考中国国内规范规定，正常降雨径流系数拟采用0．3，暴雨的径流系数拟采用0．4。第1 年坑内降雨径流量计算见表2。

表2 第1 年坑内降雨径流量计算

3．3 排水设备及材料

正常排水按每天20 h 计算[6]，1 年坑内排水量计算见表3。采掘场主要排水设备数量及材料[7]见表4。

3．4 采场防排水安全措施

1）优化水泵选型及布置。为提高排水的安全性，减少相应操作环节，为降低土建投资，并满足频繁移设的需求，本次采场降雨排水采用矿用立泵。水泵直线单行布置，使进出水管路通顺，提高排水安全性。建议水泵出水管设压力表，并设液力自动阀以实现截止、止回、水锤消除多项功能[8]。

表3 1 年坑内排水量计算

表4 采掘场主要排水设备数量及材料表

2）提高附属设备安全性。建议水泵出水管止回阀均采用油压式微阻缓闭止回阀，可有效消除水锤影响，提高排水管及排水泵的安全性，同时由于其工作液采用液压油代替原水，油压腔与原水完全隔离，相比常规微阻缓闭止回阀，杜绝了原水中泥沙及污物对缓闭装置的磨损和堵塞，极大地延长了止回阀的工作寿命，提高了排水安全性。

3）采掘场排水安全防护措施。考虑到采掘场排水设备、设施处在坑底位置，周围有大型设备作业、车流密度较大，为提升其自身安全防护能力，同时避免车辆等设备掉进集水坑等情况发生，采掘场坑底集水坑及泵站距最低采煤台阶坡底线不得小于10 m，距最低排土台阶坡底线不得小于20 m，且需在排土侧距集水坑、泵站5 m 处修筑高度不低于1．5 m、顶宽不低于2 m 的挡墙，在储水池周边及其周边采煤台阶的坡顶边缘处应设防护围栏，并设置相关警示标志。

4）排水管道安全防护措施。管道采用法兰连接，以减少管道的长度损失。排水管道途经各台阶面、路面等时，需在埋设基础上采用套管防护，排水管道外壁包裹环氧煤沥青冷缠带防腐。暴雨排水管道明设布置，应考虑温差影响引起的胀缩，并应根据需要采取相应的管道补偿措施。

4 结 语

1）该区域地下水十分丰富，大气降雨十分频繁，为了保证采矿工作的顺利进行，必须地下水控制与采场排水联合稳定运转，因此，需要加强水泵、疏干井、排水管线的维护与监测，必须配备专业的巡视人员定期巡视，一旦发现问题及时加以解决。

2）同时应做好相应的记录以及地下水位观测及记录工作，保证设计与实际相结合，为下一步优化提供可靠数据。