巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计.pdf

露天采矿技术 2 0 1 4 年第7 期 4 1 - D O I ： 1 0 1 3 2 3 5 j e n k i 1 t c m 2 0 1 4 0 7 0 1 2 巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计 杨丽萍 ， 吴野 ( 1 中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 5； 2 辽宁有色勘察研究院， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 1 3 ) 摘要： 分析 了巴基斯坦塔 尔地区地下水赋存情况 ， 为了保 障采矿工作的安全顺利进行 ， 建议采 用地下水疏干与地面防排水相结合的设计方案 ， 有效控制地下水对边坡 、 采矿开挖推进等工作的 不 利影响 。 关键词： 疏干； 地下涌水量； 地面防排水 中图分类号： 1 1 ) 7 4 5 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 4 )0 70 0 4 10 3 Dr a i n a g e d e s i g n i n Th a r r e g i o n o f P a k i s t a n Y AN G L i p i n g l , W U Ye ( 1 C h i n a C o a l T e c h n o lo g y a n d E n 昏 沈 e n g G r o u p ， S h e n y a n g D e s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h e n y a n g 1 1 0 0 1 5 ， Chi n a ； 2 N o n f e r r o u s S u r v e y I nst i t u t e o fL i a o n i n g , S h e n y a n g 1 1 0 0 1 3 ， C h i na) Ab s t r a c t ：Gr o u n d wa t e r o c c u r r e n c e c o n d i t i o n i s a n a l y z e d i n t h a r r e g i o n o f P a k i s t a n I n o r d e r t o g u a r a n t e e mi n i n g w o r k s mo o t h l y a n d s a f e l y ，t h e g r o u n d wa t e r d r a i n a g e a n d g r o u n d wa t e r d r a i n a g e c o mb i n e d d e s i g n s c h e me i s s u g g e s t e d t o e ff e c t i v e l y c o n t r o l a d v e r s e e ff e c t s w h i c h g r o u n d wa t e r h a s o n t h e s l o p e ，mi n i n g e x c a v a t i o n wo r k Ke y wo r d s ：d r a i n a g e ； u n d e r g r o u n d wa t e r i n f l o w；g r o u n d wa t e r p r o o f a n d d r a i n a g e 本次设计通过疏干的方式抽取地下水 ， 以保持矿 山在挖掘工作期间内干燥 ， 设计选择降水孔 、 集水坑 ( 井) 的联合疏干方案 ； 在采掘场坑底最低处设排水泵 站 ， 沿煤层底板向西北方 向铺设 1 条排水管路 ， 将坑 底暴雨汇水排至采场外西北侧的低洼位置处 ， 向东南 方向另设 1 条正常降雨排水管路， 将坑底非暴雨时期 的正常降雨汇水及残余地下水排至工业场地处的坑 内排水处理间 ， 坑底排水泵站应随采剥推进情况而移 设； 各平盘位置设集水沟、 集水坑， 并采用排砂潜水泵 疏排平盘位置的残余地下水和汇集的雨水 ， 沿非工作 帮布设 1 条平盘排水管路 ， 将水排至工业场地处的坑 内排水处理间 ， 经坑 内排水处理间处理后可用于矿区 绿化用水 、 道路洒水等， 以实现水资源的充分利用。 露天首采区位于露天区东部平坦沙漠区 ，四周 为起伏的风成沙丘 ， 为防止地面径流进入采掘场 ， 采 取在采掘场上游修筑防洪堤方案 。由于在首采 区采 掘场东侧和北侧各设有 1 个排土场 ，可有效拦截采 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 2 1 4 作者简介： 杨丽萍( 1 9 8 1 一) ， 女 ， 辽宁沈 阳人 ， 硕士研究 生， 毕业于辽宁工程技术大学， 现在中煤科工集团沈阳设计 研究院有限公司工作。 掘场外围高处地表汇水 ，使得采掘场外地表水不易 流向采掘场 ， 因此不需特别设置地面防排水系统 ， 仅 需在采掘场四周利用剥离物堆筑简易临时防洪堤即 可阻挡采掘场外局部汇水流入。排土场 台阶应做成 反坡形式 ， 防止其坡面汇水流向采场 。 在采掘场东北侧蒸发池 四周应设蒸发池堤坝 ， 采用均质梯形土堤形式 ，所用材料利用露天矿剥离 土岩 ， 分层碾压 ， 分层厚度为 3 0 c m。护坡采用植物 措施护坡。 1 采掘场疏干工程设计 1 1 地下涌水量计算方法 依据各含水层 的水力性质及进入矿坑形式 ， 选 择地下水动力学法( “ 大井” 法 ) 计算公式 ， 对揭露的 煤层顶板含水层和煤层底板含水层分层选用不 同的 公式进行涌水量预测 。 第四系沙丘潜水含水层， 选用“ 大井” 法潜水公式： QI=1 3 6 6 K x HE ( 1 gR o l g r o ) 进行计算 ； 新近 系上 新统底部砂岩承压含水层选用 “ 大井” 法承压转无压 公式 ： Q=1 3 6 6 K ( 2 HM) M h Z ( 1 g R 0 一l g r o ) 计算； 古近系古新一始新统底部砂岩承压含水层剥离 4 2 露 天 采 矿 技 术 2 0 1 4 g 7 期重 雷 固 至主采煤层后 ， 由于煤层底板泥岩压力减小 ， 使底板 以下砂岩孔隙承压含水层水涌人矿坑， 应疏干至煤层 底板以下 ， 选用 Q m =2 7 3 K MS ( I g R o - l g r o ) 公式计算。 1 2 计算数据选择 大井法矿井涌水量数据是在地质报告的基础上 结合现场实际情况， 经过调整与修正得出 ， 具体参 数选择见表 1 。 表 1 涌水量计算参数表 含水层 K I ( m d )H i m S i re M i ra r g m R i m R o ， m 备注 沙丘含 6 4 6 2 7 7 9 2 79 2 1 23 9 2 2 5 水层 顶板含 8 81 2 8 8 6 l 06 7 1 1 2 1 8 3 71 水层 底板含 J 1 4 0 4 8 1 7 3 水层 口= 2 2 0 o l 4 6 4 b= 2 0 o O 7 = 1 1 8 口： 2 O 0 o 9 4 9 2 b= 1 8 0 o ，= 1 1 8 口= l 8 0o 1 6 4 3 06 7 l 0 03 1 0 6 2 3 ll 6 2 6 b= 1 6 0 o = 1 1 8 1 3 计 算 结果分 析 根据上述计算结果及 区域水文地质条件分析 ， 本区矿井疏干受含水层的补给 、 边界条件 的影响 ， 先 期疏干量较大 ， 随疏干时间的延续 ， 含水层补给能力 的减弱 ， 边界条件的影响 ， 疏干量会逐渐减少。 经计算 ， qI=6 9 2 1 m d ， q=2 2 2 8 6 m d ， Q= 1 4 6 3 6 0 m 3 d 。因此正常露天疏干量为 q总= 1 7 5 5 67 m3 l d。 在采掘场台阶上设集水沟、 集水井 ， 并采用排砂 潜水泵疏排采场内第四系沙丘潜水含水层中地下水 。 考虑到煤层顶底板含水层 的承压性 ，在采掘场 地表境界外设降水孔 ， 根据一孔多用的原则 ， 每一混 合孔既抽取上煤层顶板 以上承压含水层 中地下水 ， 又疏降下煤层底板以下承压含水层地下水压。 1 4疏 干工程 布 置 至达产时期共设计布设 5 9个降水孑 L ， 降水孔孔 径 6 0 0 m m， 降水孔内安装高级不锈钢材质 的井壁管 和圆孔缠丝过滤器 ， 井壁管 和为 k 3 2 5 m m 8 m m。 在钻孔壁与井壁管的环状间隙内回填砾料【z 。 由于疏干孔施工在砂层中， 为防止施工过程中可 能出现塌孑 L 现象， 应在施工过程 中预先布置直径 1 m 的钢套管用以保护 ， 待疏干孔完成后取出， 因此在施 工中可逐孔复用。 选用流量为 1 3 0 m 3 h ， 扬程为 2 7 0 m 的电泵 ， 由于地下水具有腐蚀性 ， 因此建议选择进 口 的高级不锈钢材质的潜水电泵， 由于二区块已经提前 做了一些工作 ， 完全满足需要 ， 但由于 目前处 于询价 阶段， 对于水泵具体型号还未定， 暂时按照国内一般 的表示方式在下表中进行说明。 在疏干排水管路选择 管材的时候参考了塔尔二区块的设计 ， 采用碳钢衬塑 钢管 ， 这种管材也得到了业主的认可。因为当地气候 比较炎热，管路采用明设布置 ， P V C管材虽然价格更 为优惠一些 ， 但是耐高温性不及碳钢衬塑 ， 使用寿命 极短 ， 碳钢衬塑管材其使用寿命为 3 05 0年， 性价比 更高， 且 P V C管材存在随时破裂风化的危险 ， 因此选 择碳钢衬塑更为安全合理。另在平盘开挖集水沟 、 集 水坑 ， 将平盘残余疏干水排至平盘排水管路【羽 。 2 采掘场排水设计 2 1 排 水 方式 本区虽然干旱少雨 ， 但根据气象资料分析 ， 降水 量较集中， 为了确保采掘场及采掘工程的安全 ， 可研 采用正常降雨汇水和暴雨汇水合并排除方式 ， 在坑底 和平盘处设移动式排水泵站， 用潜水 电泵排水方式 。 2 2排 水布 置 1 ) 坑底排水。 在采掘场坑底最低处设排水泵站 ， 设置 1台暴雨泵 ，沿煤层底板向西北方 向铺设 1 条 排水管路 ，将坑底暴雨汇水排至采场外西北侧的低 洼位置处 ，所排出的暴雨汇水一部分可下渗补给到 上部含水层 ， 另一部分可依靠蒸发排泄掉。 向东南方 向另设 1 条正常降雨排水管路 ，将坑底非暴雨时期 的正常降雨汇水及残余地下水排至工业场地处的坑 内排水处理间，正常降雨汇水经坑内排水处理间处 理后可用于矿区绿化用水 、 道路洒水等。 坑底排水泵 站应随采剥推进情况而移设。 2 ) 平盘排水。各平盘位置设集水沟 、 集水坑 ， 并 采用排砂潜水泵疏排平盘位置的残余地下水和汇集 的雨水 ， 沿非工作帮布设一条平盘排水管路 ， 将水排 至工业场地处的坑 内排水处理问，经坑内排水处理 间处理后可用于矿区绿化用水 、 道路洒水等 ， 以实现 水资源的充分利用 。 2 3 排水量计算 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 5 6 m m 考虑 ， 暴雨设计频率为 P=2 ， 相应频率的 1 E t 最 大雨量为 1 0 0 mm， 相应频率的 5日最大雨量为 2 0 0 m m。采掘场只设置暴雨泵 ， 正常降雨径流量和暴雨 露天采矿技术 2 0 1 4 年第7 期 4 3 径流量均用暴雨泵排除。上部松散层 的径流系数采 用 0 6 ， 基岩和煤 的径流系数采用 0 8 5 t 5 。 在二区段可研时就跟国外专家讨论过，国外专 家认为该矿 山煤层多， 台阶多 ， 坑底可以部分淹没而 开采上部台阶的煤 ， 也可以满足供煤要求 ， 这一意见 虽跟国内规范不一致 ，但对于当地条件来说也不无 道理 ， 是可以接受的， 所以坑底暴雨量采用五 日暴雨 十四 日排除。 达产时期的降雨迳流量计算结果见表2 。 表 2 达产时坑内降雨迳流量计算成果表 达产3 5 5 0 0 0 0 1 8 0 0 0 5 2 0 o 2 7 7 0 0 0 5 5 4 0 0 0 3 地面防排水系统 3 1 自然概 况 研究 区是 巴基斯坦信德省著名的塔尔沙漠的一 部分，处于季风区。该区的气候为半干旱亚热带气 候 ， 夏季炎热 ， 冬季寒冷 。总的来说在 5 、 6月份风速 和气温最高， 7 、 8 月份雨量最大。l 0 月份改变风向， 开始进入冬季。在此期间由于寒冷的大陆反气旋流 出， 形成环流【 - 1 。 该地 区年平均最高气温为 3 4 9。 C， 年平均最低 气温为 l 5。 C； 每年 4月 一9月气温较高 ， 平均气温 为 3 23 5，月最高平均气温 3 4 9。 C ( 1 9 9 4年 5 月 ) ， 偶尔在非常热的夏季气温会飙升到 5 1。 冬季 平均气温为 1 5 91 9 7 o C 。 3 、 4月份被认为是春季 ， 其间 的平均气温为 2 73 2，在秋季 1 0月份期 间 ， 气温在 1 93 0之间。 因为该区位于半干旱亚热带地 区，降雨期不规 则。通常在季风月份从 6月到 9月降雨 ， 但非常少。 由于气候干旱少雨 ， 该区的蒸发量高 ， 是地表水和含 水层变干。 最高降雨量发生在 7 、 8月份， 最低降雨量 发生在冬季， 1 月份为最干旱。年降雨量最小为 4 6 m m( 2 0 0 2年 ) ， 最 大 6 6 3 m i n ( 2 0 1 1年 ) ， 一般 1 0 0 3 0 0 m m， 降雨主要集中在 6月一 9月。 区块位于塔尔沙漠西南部的边缘部分 ， 属风成沙 丘地貌。 地形为连绵起伏的中、 低沙丘 ， 沙丘间为平坦 的沙地。沙丘延伸方向基本与风向一致， 为南西一北 东方向， 多呈沙垅形式。区内地势东北部印巴边界处 较高， 向南逐渐降低。 沙地一般海拔标高约为 4 2 4 0 m 一 7 9 6 0 m， 沙丘海拔标高大于 1 0 0 m。 地表除少量独立 树木 、 灌木类植物及部分农作物外 ， 均被风积沙覆盖。 煤 田内无地表水系及水体 ，在其南部 2 5 k m处 有沼泽 ( K A Q ! ) 分布 ， 西部 1 2 0 k m处有 i 条人工运 河( J a m r a o c a n a 1 ) 。 该地区缺少排水系统 ，偶尔季风带来的雨水流 经很短一段距离进入较低的丘间谷 ，然后或是立即 被吸收， 或是在地表保持 12周。 3 2地 面防排 水 系统 勘探区属干旱、 半干旱 的沙漠地貌。南部、 西部 和北部地形复杂 ， 多为起伏较大的风成沙丘 ， 区内沙 丘走向一般为近东西 向， 最大标高为 1 2 4 9 8 m； 中部 和东部为较平坦沙漠 区， 最低标高为 6 6 3 0 m， 一般 标高为 7 08 O m之间。 露天首采 区位于露天区东部平坦沙漠区，四周 为起伏的风成沙丘 ， 为防止地面径流进入采掘场 ， 采 取在采掘场上游修筑防洪堤方案。由于在首采区采 掘场东侧和北侧各设有 1 个排土场 ，可有效拦截采 掘场外围高处地表汇水 ，使得采掘场外地表水不易 流 向采掘场 ， 因此不需特别设置地面防排水系统 ， 仅 需在采掘场四周利用剥离物堆筑简易临时防洪堤即 可阻挡采掘场外局部汇水流人。排土场台阶应做成 反坡形式 ， 防止其坡面汇水流向采场 。 在采掘场东北侧蒸发池四周应设蒸发池堤坝， 采 用均质梯形土堤形式 ， 所用材料利用露天矿剥离土岩 ， 分层碾压， 分层厚度为 3 0 c m。 护坡采用植物措施护坡。 4 结 论 巴基斯坦地区地下水是苦咸水 ，与国内水质是 截然不同的，因此在选择水泵及管材上必须考虑一 定的腐蚀性 ， 防止腐蚀 。 巴基斯坦地 区水量极大 ， 土质较软 ， 在实际施工 过程中面临极大的挑战，在设计疏干井施工过程应 该考虑到可能发生塌孔等危险。 参考文献： 1 王金华 ， 赵健 ， 王国亮 巴基斯坦塔尔煤田一区块水文 地质勘查报告 R 沈阳： 中国煤炭科工集团国际工程 分公司， 2 0 1 2 2 高源 采掘场疏干及防排水 R 沈阳： 中煤国际工程 集团沈阳设计研究院， 2 0 1 3 3 杨丽萍 巴基斯坦塔尔二区块投标项 目 R 沈阳： 中 煤国际工程集团沈阳设计研究院， 2 0 1 3 4 中国市政工程华北设计研究院给水排水设计手册 M 一E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 5 中国建筑标准设计研究院 给水排水标准图集 M 北 京： 中国计划出版社， 2 0 0 7