煤炭学报

作者：李颖, 杨卓, 程丽,

关键词：疏干排水, 同层回灌, 地下水循环, 短路径, 露天煤矿,

为保持露天煤矿区域地下水系统平衡，避免由疏干造成的水资源破坏及不良环境影响产生，缓解露天煤矿疏干和排水之间的矛盾，尝试在降落漏斗范围内同层回灌露天煤矿疏干水。在保障采矿安全的前提下，通过短路径“疏干-回灌”地下水循环，实现疏干水零排放。以水均衡为理论基础，依据短路径地下水循环疏干理论，以露天煤矿为研究对象，采用FEFLOW地下水数值模拟软件，构建疏干-回灌协同开采地质模型，对露天煤矿疏干和回灌同时运行条件下的地下水流进行模拟。分析疏干井和回灌井的井数、井距、流量与疏干效果的关系。对比分析降水孔疏干法和短路径地下水循环疏干法的疏干效果，验证短路径地下水循环疏干法。通过数学模型得出回灌完全补给疏干时，形成短路径地下水循环。给出疏干与回灌同步、疏干流量稳定、回灌量尽量接近疏干量、回灌井与疏干井距离短4个关键问题。模拟计算出形成短路径地下水循环的回灌井布设数量与疏干井为1∶1；回灌井距降水中心的最优距离段是2 000～3 000 m，并且距离越大疏干流量降幅越大，距离越短达到最大回灌流量的时间越短。突破地下水同层回灌以疏干降落漏斗为界限的限制条件，定义短路径地下水循环疏干；提出临时利用含水空间和水在含水层中循环的时间，换取采煤工作区安全开采的疏干思路，得出短路径地下水循环疏干理论。研究以露天煤矿地下水实现疏干目标为前提，模拟短路径“疏干-回灌”水循环疏干过程。得出单环型等距布设回灌井时，回灌与疏干井数相等；循环较好的回灌井与降水中心距离段；通过分析疏干流量、回灌流量、回灌井距离降水中心距离和疏干时间之间的关系，推算出距离降水中心最近的回灌井布设距离计算公式，并给出了该方法用于露天煤矿疏干排水的应用步骤。结合某矿疏干实例，在达到与降水孔疏干法相同的疏干效果时，短路径地下水循环疏干还具有保持疏干系统流量稳定、使疏干设备高效能稳定效率工作等优势，并可通过调整回灌井布设位置和调节回灌井井内水位，控制区域降落漏斗的范围和形态。通过实例模拟计算对比2种疏干方法，短路径“疏干-回灌”水循环使疏干井日出水量稳定在最大出水能力的82.5%以上，降低了疏干水外排量33%～98%。

来源：2021年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

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