CN109441450A - 一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式 - Google Patents

一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式 Download PDF

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CN109441450A
CN109441450A CN201811021721.5A CN201811021721A CN109441450A CN 109441450 A CN109441450 A CN 109441450A CN 201811021721 A CN201811021721 A CN 201811021721A CN 109441450 A CN109441450 A CN 109441450A
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武强
申建军
张宏忠
刘守强
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China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Binzhou University
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Wanbei Coal Electricity Group Co ltd
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Binzhou University
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
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    • E21C41/00Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
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    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00Drainage

Abstract

一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,包括:若隔水层控水控砂性能未达到预设标准:对于可疏性矿井,采用排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型,利用超前疏干配合井下洁污水分流分排进行开采;对于可疏性差矿井,若同时不具备回灌条件,利用地下水控制技术并且配合矿井水分级分质利用技术进行开采,采用控制、利用、生态环保三位一体优化结合模型;若所述可疏性差矿井具备所述回灌条件,采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型,利用所述地下水控制技术配合所述矿井水分级分质技术和矿井水回灌技术进行开采,代替仅在采煤之前进行超前疏放水的开采方法,解决了目前采煤技术中水资源的浪费问题。

Description

一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式
技术领域
本发明涉及一种矿井开采领域,具体地说是一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式。
背景技术
近年来,随着我国采煤行业的不断发展,随之在采煤过程中也带来了一些负面问题。我国西部陕北地区侏罗系煤田位于毛乌素沙漠与黄土高原接壤地区,该区域年降水量仅有200-400mm,气候干旱、水资源匮乏、生态环境脆弱,而煤层赋存特点是浅埋深、薄基岩。新生代第四系松散孔隙含水层和中生代侏罗系直罗组风化基岩裂隙含水层富水性较强,在榆神府矿区局部还分布有因煤层自燃形成的烧变岩含水层,其裂隙、空洞发育,富水性较强。即,在含水层富水性处于中等及强的区域,基岩薄,若采用大规模高强度采煤法,采动后煤层与含水层之间的岩层隔水性能减弱甚至丧失,覆岩破坏带极易波及到上覆风化基岩裂隙水和第四系松散孔隙水,引发溃水溃砂事故。
现有技术是仅在采煤之前进行超前疏放水的一种开采方法。在此种开采过程中,矿井水经排水系统大部分外排到地面河道中,而只对一少部分矿井水进行了处理和利用,此种开采方法造成了大量水资源的浪费和污染。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提出一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,用于代替现有技术中仅在采煤之前进行超前疏放水的开采方法,以解决目前采煤技术中对于水资源的浪费问题。
本发明提供了一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式。一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,包括:根据隔水层厚度和导水裂隙带发育高度,确定隔水层控水控砂性能;
若所述隔水层控水控砂性能未达到预设标准:对于可疏性矿井,采用排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型,利用超前疏干配合井下洁污水分流分排进行开采;对于可疏性差矿井,若同时不具备回灌条件,采用控制、利用、生态环保三位一体,利用地下水控制技术并且配合矿井水分级分质利用技术进行开采;若所述可疏性差矿井具备所述回灌条件,采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型,利用所述地下水控制技术配合所述矿井水分级分质利用技术和矿井水回灌技术进行开采。
可选的,所述导水裂隙带发育高度在计算时,根据岩石抗压强度将煤层顶板分别划分为煤层顶板上覆岩层类型为坚硬、煤层顶板上覆岩层类型为中硬、煤层顶板上覆岩层类型为软弱以及煤层顶板上覆岩层类型为极软弱四种情况计算。
可选的,所述超前疏干采用井下排水和地面抽水联合疏降,以丰水期最大涌水量作为设计供水量。
可选的,所述井下洁污水分流分排是对洁净水、污水进行分流分排。
可选的,所述地下水控制技术中增强隔水层的隔水能力方法为:注浆加固或者注浆封堵导水通道。
可选的,所述排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型包括:
Qs(i,j)≤qs(j);Qg(i,j)≤qg(i);Qn(i,j)≤qn(i)
Qs(i,j)≥0;Qg(i,j)≥0;Qn(i,j)≥0
式中,Qs(i,j),Qg(i,j),Qn(i,j)为生活、工业、农业用水的决策变量,m3/日;
spi,gpi,npi为生活、工业、农业供水水价,元/m3
sdi,gdi,ndi为生活、工业、农业供水的抽水费用,元/m3
st,gti,nti为生活、工业、农业供水的输送费用,元/m3
sgi,ggi,ngi为生活、工业、农业供水的处理费用,元/m3
N1,N2,N3为生活、工业、农业用水的抽水井数,个;
s(k,i),s'(k,i)为约束点k在i时段的最小和最大允许降深,m;
Q'为管理系统的剩余可开采资源量,m3/年;
Q为管理系统的供水需求量,m3/年;
Z为经济效益,在进行矿井开发时,保证最大的经济效益。
可选的,所述矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型包括:
Q(i,j)≥0
式中:Qp(i,j),Ql(i,j),Qi(i,j)——生产用水量、生活用水量、回灌水量的决策变量,m3/日;
ppi,lpi,ipi——生产、生活、回灌单位立方米的水价或者水资源补偿价,元/m3
pdi,ldi,idi——生产、生活、回灌单位立方米的排污费,元/m3
pti,lti,iti——生产、生活、回灌单位立方米的处理费,元/m3
C(i,j)——价格系数,均取1;
Ni——生产、生活、回灌水决策变量个数;
S(k,i),S'(k,i)——i时段附加水量;
β(k,i)——单位脉冲响应函数;
Z为经济效益,在进行矿井开发时,保证最大的经济效益。
可选的,所述预设标准是指导水裂隙带是否波及到中等及强富水含水层:所述隔水层控水控砂性能达到所述预设标准是指所述导水裂隙带未波及到所述中等及强富水含水层,所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准是指所述导水裂隙带波及到所述中等及强富水含水层。
从上面所述可以看出,本发明提供的一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,代替传统的仅在采煤之前进行超前疏放水的一种开采方法。本发明提供的开采模式中超前疏干方法采用井下排水和地面抽水联合疏降,地面抽水目的是解决因井下突发性事故引起的井下停排造成的水源中断或因枯水期造成的供水缺口等问题;若所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准,将不再进行正常开采,而是利用本发明的相关技术手段:对于可疏性矿井,采用排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型,利用超前疏干配合井下洁污水分流分排进行开采;对于可疏性差矿井,若同时不具备回灌条件,采用控制、利用、生态环保三位一体,利用地下水控制技术并且配合矿井水分级分质利用技术进行开采;若所述可疏性差矿井具备所述回灌条件,采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型,利用所述地下水控制技术配合所述矿井水分级分质利用技术和矿井水回灌技术进行开采。对各个不同情况的矿井进行分类处理,很好地解决了目前采煤技术中对于水资源的浪费问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例所需要的附图做简要介绍,显而易见地,下面中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的其他技术人员来讲,在不断付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式的溃水溃砂危险区主采煤层-隔水层-含水层空间赋存关系图,图1a、图 1b、图1c、图1d分别对应的是J1307钻孔、J1107钻孔、J905钻孔、J1103 钻孔的溃水溃砂危险区主采煤层-隔水层-含水层空间赋存关系图;
图2为本发明实施例一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式的典型薄基岩区导水裂隙带发育高度与含水层关系,图2a、图2b、图 2c、图2d分别对应的是J1307钻孔、J1107钻孔、J905钻孔、J1103钻孔的典型薄基岩区导水裂隙带发育高度与含水层关系;
图3为本发明实施例一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式的矿井水分级分质综合利用图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
作为一个实施例,本发明提供的一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式。一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,包括:
步骤101:根据地质钻孔数据,绘制水文地质剖面图,确定煤层与含水层赋存关系;根据隔水层厚度和导水裂隙带发育高度确定隔水层控水控砂性能。
所述煤层与含水层赋存关系是通过绘制所述水文地质剖面图所得,通过所述水文地质剖面图可以很清晰的看出煤层与含水层之间的关系,得出所述隔水层厚度;所述隔水层厚度即煤层与含水层之间的距离。
可选的,所述导水裂隙带发育高度在计算时,根据岩石抗压强度将煤层顶板分别划分为煤层顶板上覆岩层类型为坚硬、煤层顶板上覆岩层类型为中硬、煤层顶板上覆岩层类型为软弱以及煤层顶板上覆岩层类型为极软弱四种情况计算。
可选的,根据累积采厚通过公式计算导水裂隙带发育高度:所采用的公式依次为:
①煤层顶板上覆岩层类型为坚硬时:
②煤层顶板上覆岩层类型为中硬时:
③煤层顶板上覆岩层类型为软弱时:
④煤层顶板上覆岩层类型为极软弱时:
式中:HLi——导水裂隙带高度(m);
∑M——累计采厚(m)。
步骤102:若所述隔水层控水控砂性能达到预设标准,则进行正常开采。
所述隔水层控水控砂性能达到所述预设标准是指导水裂隙带未波及到中等及强富水含水层
所述正常开采是指采用现有技术中的常见的相关技术进行开采,比如长壁采煤法等。
步骤103:若所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准:对于可疏性矿井,采用排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型,利用超前疏干配合井下洁污水分流分排进行开采。
所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准是指导水裂隙带波及到中等及强富水含水层。
根据矿井水文地质条件判断矿井的可疏性,所述矿井水文地质条件包括含水层富水性、补给-径流-排泄关系、渗透性、各含水层之间的水力联系。若通过抽水试验发现观测孔水位降低不明显,则含水层富水性好、渗透性好、补给性强,则所述矿井为可疏性差矿井;反之则为所述可疏性矿井。
可选的,所述超前疏干采用井下排水和地面抽水联合疏降,以丰水期最大涌水量作为设计供水量。
可选的,所述井下洁污水分流分排是对洁净水、污水进行分流分排。
可选的,所述排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型包括:
Qs(i,j)≤qs(j);Qg(i,j)≤qg(i);Qn(i,j)≤qn(i)
Qs(i,j)≥0;Qg(i,j)≥0;Qn(i,j)≥0
式中,Qs(i,j),Qg(i,j),Qn(i,j)为生活、工业、农业用水的决策变量,m3/日;
spi,gpi,npi为生活、工业、农业供水水价,元/m3
sdi,gdi,ndi为生活、工业、农业供水的抽水费用,元/m3
st,gti,nti为生活、工业、农业供水的输送费用,元/m3
sgi,ggi,ngi为生活、工业、农业供水的处理费用,元/m3
N1,N2,N3为生活、工业、农业用水的抽水井数,个;
s(k,i),s'(k,i)为约束点k在i时段的最小和最大允许降深,m;
Q'为管理系统的剩余可开采资源量,m3/年;
Q为管理系统的供水需求量,m3/年;
Z为经济效益,在进行矿井开发时,保证最大的经济效益。
步骤104:若所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准:对于可疏性差矿井,若同时不具备回灌条件,采用控制、利用、生态环保三位一体,利用地下水控制技术并且配合矿井水分级分质利用技术进行开采;
若所述可疏性差矿井具备所述回灌条件,采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型,利用所述地下水控制技术配合所述矿井水分级分质利用技术和矿井水回灌技术进行开采。
可选的,所述矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型包括:
Q(i,j)≥0
式中:Qp(i,j),Ql(i,j),Qi(i,j)——生产用水量、生活用水量、回灌水量的决策变量,m3/日;
ppi,lpi,ipi——生产、生活、回灌单位立方米的水价或者水资源补偿价,元 /m3
pdi,ldi,idi——生产、生活、回灌单位立方米的排污费,元/m3
pti,lti,iti——生产、生活、回灌单位立方米的处理费,元/m3
C(i,j)——价格系数,均取1;
Ni——生产、生活、回灌水决策变量个数;
S(k,i),S'(k,i)——i时段附加水量;
β(k,i)——单位脉冲响应函数;
Z为经济效益,在进行矿井开发时,保证最大的经济效益。
可选的,所述地下水控制技术中增强隔水层的隔水能力方法为:注浆加固或者注浆封堵导水通道。
作为本发明又一个实施例,本发明提供了一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式。
为本发明的一个实施例,以锦界矿基岩裂隙含水层、松散孔隙含水层下薄基岩区开采为例。井田位于陕北黄土高原北端、毛乌素沙漠东南缘,地形较复杂多变,地表高程1110.00~1313.00m,最大高差203m。井田大部被第四系风积沙覆盖,地貌有风沙、黄土和沟谷地貌。井田地层由老至新依次为:三叠系上统永坪组(T3y),侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z),新近系上新统保德组(N2b),第四系中更新统离石组(Q2l),上更新统萨拉乌苏组(Q3s)、全新统风积沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。井田主要有松散孔隙潜水含水层和直罗组风化基岩孔隙-裂隙承压含水层,前者包括河谷冲积层潜水和萨拉乌苏组潜水;另外,井田内局部区域还存在烧变岩孔洞裂隙潜水。井田隔水层厚0~90m,包括第四系离石组黄土与新近系保德组红土,在局部地区黄土和红土均缺失,井田内形成多个“天窗”。
锦界煤矿普遍采用超大工作面一次采全高综采技术,工作面宽度达到 200m~300m以上,推进距离超过4000m,顶板管理方式为全部垮落法。工作面采动覆岩破坏程度、地表变形程度以及对上覆水体的扰动程度也比传统工作面严重,但是由于主采煤层与上覆含水层之间基岩厚度小于导水裂隙带发育高度,甚至有些区域上覆基岩厚度小于垮落带高度,为典型的(超)薄基岩区。
根据研究区域地质条件、水文地质条件、开采方式及顶底板管理方式,考虑到研究区域受顶板基岩裂隙含水层和松散层孔隙含水层水害威胁较大,可采用本发明提供的一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,具体地,所述覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式包括以下步骤:
(1)长壁大采高条件下导水裂隙带发育高度预计
采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中的经验公式预计综采一次采全高条件下工作面覆岩导水裂隙带发育高度;也可以根据工程地质概念模型,建立基于FLAC3D软件的数值模型,进行不同开采条件下的导水裂隙带发育高度模拟。
通过地质资料可知,3-1煤在青草界沟地段埋深大部分为50m以浅,基岩厚度小于30m,且强风化,而在河则沟地段埋深大部分为100m以浅,基岩厚度小于50m,此外,青草界沟和河则沟地段地下水丰富、补给条件良好,风化基岩裂隙含水层和松散孔隙含水层下方无稳定的粘性土隔水层。另外,由于覆岩岩性为中硬,需要留设防水安全煤岩柱保护层厚度为6倍采厚。因此,按煤层厚度2.5~3.6m计算,3-1煤开采后垮落带高度为10.3~ 12.2m,导水裂隙带高度为38.5~44.1m,加保护层后防砂煤岩柱高度为 17.8~23.0m,加保护层后防水煤岩柱高度为53.5~65.7m。
(2)煤层与含水层赋存关系及隔水层控水控砂性能分析
收集矿井地质和矿井水文地质资料,划分含水层组和相应的隔水层组,分析含水层和隔水层厚度变化规律,构建研究区域充水含水层结构及溃水溃砂危险区主采煤层-隔水层-含水层空间赋存关系。结合导水裂隙带发育高度,分析隔水层控水控砂性能。
根据钻孔资料,构建研究区域充水含水层结构及溃水溃砂危险区煤层-隔水层-含水层空间赋存关系。风化基岩裂隙含水层是薄基岩区域煤层直接充水含水层,风化基岩裂隙含水层和松散孔隙含水层均是超薄基岩区域煤层直接充水含水层,导水裂隙带与含水层位置关系如图1所示,图1为本发明实施例一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式的溃水溃砂危险区主采煤层-隔水层-含水层空间赋存关系图,图1a、图1b、图1c、图1d分别对应的是J1307钻孔、J1107钻孔、J905钻孔、J1103钻孔的溃水溃砂危险区主采煤层-隔水层-含水层空间赋存关系图。
在新近系保德组红土与第四系离石组黄土缺失的薄基岩区,煤层与风化基岩裂隙含水层和松散孔隙含水层之间的岩(土)层隔水性受采动影响不再具有原始的控水控砂能力,具体表现为:图2为本发明实施例一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式的典型薄基岩区导水裂隙带发育高度与含水层关系,图2a、图2b、图2c、图2d分别对应的是J1307钻孔、 J1107钻孔、J905钻孔、J1103钻孔的典型薄基岩区导水裂隙带发育高度与含水层关系。当松散含水层底部一定厚度的稳定土层隔水层位于导水裂隙带上方时,且导水裂隙带波及到风化基岩含水层,其土层隔水性受到较弱影响,工作面涌水以风化基岩裂隙水为主(图2a);当隔水层位于导水裂隙带内时,导水裂隙带波及到风化基岩的上部较富水区域,但并未波及松散孔隙含水层,隔水层的隔水性由导水裂隙带的上部向下部逐渐减弱,其控水能力明显降低(见图2b);当隔水层位于导水裂隙带内时,且导水裂隙带波及到松散孔隙含水层和直罗组风化基岩裂隙含水层,但是垮落带并未波及到松散孔隙含水层,其隔水性受到破坏不再具有控水能力,同时控砂能力受到轻微影响(见图2c);当隔水层位于垮落带内时,其隔水性能完全被破坏,覆岩不再具有控水控砂能力(见图2d)。
(3)超前疏干技术
①井下疏放水采用专门疏水巷、回采巷道超前疏干和探放水等疏降方式;
②采用井下排水和地面抽水联合疏降,以丰水期最大涌水量作为设计供水量。地面抽水目的是解决因井下突发性事故引起的井下停排造成的水源中断或因枯水期造成的供水缺口等问题;
③在对矿井水疏降较为有效的地下水系统的某些补给部位,建立供水水源井,预先截取地下水。
当含水层埋藏较浅时,采用地面井群疏干的方式;当含水层埋藏较深时,采用井下超前疏干。井下超前疏干工程实施前应对工作面水文地质条件探查和评价,通过物探查疑、钻探验证,在工作面两条回采巷道内对圈定的富水异常区进行探放水。
(4)井下洁污水分流分排技术
根据矿井水形成类型,西北地区矿井水大部分为顶板基岩裂隙水及松散层水,华北地区大部分为底板灰岩水,其他地区的出水点也都比较集中,分散的矿井水相对较少,在井下涌水量大的集中出水点和疏放水处,洁污分流工程容易实施。
在集中出水点和疏放水处,修建专门洁净水排水沟或管路,将洁净矿井水由工作面集中汇入到专门修建的洁净水仓,专门的排水沟和水仓按照饮用水工程标准进行设计和施工,并设置排水沟盖板,避免洁净水在井下输送过程中受到任何污染,最后通过洁净水泵房排到地面。洁净矿井水未被污染,与含水层地下水原始水质相同,pH为中性,低浊度,低矿化度,不含有毒、有害离子,可直接或经过简单的消毒处理后作为生活饮用水和农业灌溉用水;而矿井污水则分流至污水仓,经过混凝、沉淀后通过污水泵房排到地面污水处理站,处理后可满足对水质要求低的工业用水需求。
(5)基于多位一体优化结合的矿井水资源配置模型
①对于具备可疏性矿井,宜采用矿井排水、供水、生态环境保护优化结合矿井水资源配置模型,其实质是将矿井疏排水经过井上下分级处理后,全部或部分用来代替矿区和当地正在运行中的供水水源。基于优化结合矿井水资源配置模型包括矿井水资源化、地面水源井、井下疏排,地下水水位控制等技术。
②对于可疏性差矿井,宜采用矿井地下水控制、利用、生态环境保护优化结合模式,其实质是在对补给矿井地下水实施最大限度控制、最大程度减少矿井涌水量的基础上,将有限的矿井排水分质处理后最大化加以利用,防止地下水水位大幅下降和水资源浪费,避免矿区生态系统恶化。
③对于具备回灌条件的矿井,可采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保“五位一体”优化结合模型,其实质是采取各种防治水措施后,将有限的矿井排水进行水质处理后,最大限度的在井上井下利用,最后将剩余的矿井水补充到具有足够厚度和透水性的不影响矿井安全生产的含水层。统一规划矿井水五位一体优化管理模型,需要从水文地质条件、水质、施工方案等方面进行调研和技术论证。
由于该矿井具备可疏性条件,宜采用矿井排水、供水、生态环境保护优化结合的矿井水资源配置模型,其实质是将矿井疏排水经过分级处理后,全部或部分用来代替矿区和当地正在运行中的供水水源井。
(6)地下水控制技术
地下水控制技术包括:①留设防水煤岩柱;②增强隔水层的隔水能力,如注浆加固、注浆封堵导水通道等;③降低导水裂隙带发育高度,在第四系强富水含水层下对煤层覆岩实施局部轻微爆破松散或注水软化;④帷幕注浆,隔离开采区域;⑤建立地面浅排水源地,预先截取补给矿井的地下水流;⑥建立水源井预先疏排诸如强径流带等地下水强富水地段等。
锦界矿在局部地段留设防水煤岩柱用以控制地下水。
(7)矿井水分级分质利用技术
采取控制措施后矿井排水量大大减少,且污水所占比例较大,可分级处理后进行分质资源化综合利用。
锦界煤矿涌水量达3200m3/h以上,最大涌水量达5499m3/h,因井下围岩、煤层含有害物质极少,矿井水可直按或经简单处理后用于灌溉、绿化环保、矿区生活饮用水,以及作为电厂用水、井下生产用水、工业园生产建设用水等。另外,可将剩余的矿井水补给或回灌到开采影响范围以外的第四系萨拉乌苏组地下水。
通过成立专门水务部门,负责处理、管理、分派水资源,采用井下清污分流和地面污水处理,通过矿井水分质处理与分级利用,以供水管网、农业灌溉、人畜饮用、工业用水等方式实现矿井水资源零浪费(见图3)。
所属领域的普通技术人员应当理解:以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,包括:
根据隔水层厚度和导水裂隙带发育高度,确定隔水层控水控砂性能;
若所述隔水层控水控砂性能未达到预设标准:对于可疏性矿井,采用排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型,利用超前疏干配合井下洁污水分流分排进行开采;对于可疏性差矿井,若同时不具备回灌条件,采用控制、利用、生态环保三位一体,利用地下水控制技术并且配合矿井水分级分质利用技术进行开采;若所述可疏性差矿井具备所述回灌条件,采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型,利用所述地下水控制技术配合所述矿井水分级分质利用技术和矿井水回灌技术进行开采。
2.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述导水裂隙带发育高度在计算时,根据岩石抗压强度将煤层顶板分别划分为煤层顶板上覆岩层类型为坚硬、煤层顶板上覆岩层类型为中硬、煤层顶板上覆岩层类型为软弱以及煤层顶板上覆岩层类型为极软弱四种情况计算。
3.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述超前疏干采用井下排水和地面抽水联合疏降,以丰水期最大涌水量作为设计供水量。
4.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述井下洁污水分流分排是对洁净水、污水进行分流分排。
5.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述地下水控制技术中增强隔水层的隔水能力方法为:注浆加固或者注浆封堵导水通道。
6.根据权利要求1所述覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述排水、供水、生态环保三位一体优化结合模型包括:
Qs(i,j)≤qs(j);Qg(i,j)≤qg(i);Qn(i,j)≤qn(i)
Qs(i,j)≥0;Qg(i,j)≥0;Qn(i,j)≥0
式中,Qs(i,j),Qg(i,j),Qn(i,j)为生活、工业、农业用水的决策变量,m3/日;
spi,gpi,npi为生活、工业、农业供水水价,元/m3
sdi,gdi,ndi为生活、工业、农业供水的抽水费用,元/m3
st,gti,nti为生活、工业、农业供水的输送费用,元/m3
sgi,ggi,ngi为生活、工业、农业供水的处理费用,元/m3
N1,N2,N3为生活、工业、农业用水的抽水井数,个;
s(k,i),s'(k,i)为约束点k在i时段的最小和最大允许降深,m;
Q'为管理系统的剩余可开采资源量,m3/年;
Q为管理系统的供水需求量,m3/年;
Z为经济效益。
7.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体优化结合模型包括:
Q(i,j)≥0
式中:Qp(i,j),Ql(i,j),Qi(i,j)——生产用水量、生活用水量、回灌水量的决策变量,m3/日;
ppi,lpi,ipi——生产、生活、回灌单位立方米的水价或者水资源补偿价,元/m3
pdi,ldi,idi——生产、生活、回灌单位立方米的排污费,元/m3
pti,lti,iti——生产、生活、回灌单位立方米的处理费,元/m3
C(i,j)——价格系数,均取1;
Ni——生产、生活、回灌水决策变量个数;
S(k,i),S'(k,i)——i时段附加水量;
β(k,i)——单位脉冲响应函数;
Z为经济效益。
8.根据权利要求1所述的覆岩水文地质条件扰动下煤水双资源矿井开采模式,其特征在于,所述预设标准是指导水裂隙带是否波及到中等及强富水含水层:所述隔水层控水控砂性能达到所述预设标准是指所述导水裂隙带未波及到所述中等及强富水含水层,所述隔水层控水控砂性能未达到所述预设标准是指所述导水裂隙带波及到所述中等及强富水含水层。
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