基本介紹
- 中文名：礦井疏乾
- 外文名：dewatering of mine
- 學科：水文地質學
- 疏乾方式：地表疏乾、地下疏乾和聯合疏乾
- 設施：明排水溝、降低水位孔
- 目的：減少開採湧水量,防止井下突水
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介紹
在20世紀三四十年代，疏乾一詞在國際上僅指疏排已經流入井巷中的水，即井巷疏乾。由於現代採礦要求高效、連續、安全生產，尤其是深井泵、潛水泵、大功率鑽進設備的出現，使截奪即將流入(礦坑)井巷的水成為可能，從而逐漸發展成礦床疏乾，成為一種積極的防治水措施。
基本要求
①使採掘區充水含水層的水位(水壓)降至安全水頭或實現乾式採礦。②疏乾造成的環境破壞不超過允許範圍。③經濟合理與技術可能。
因此，採取礦井疏乾措施以前，要作必要的論證，甚至專門勘探;疏乾設計要多方案對比，疏干係統應最最佳化; 對疏乾過程要作監測。
疏乾階段
根據疏水設施修建時間與採掘時間的關係，礦井疏乾可分為預先(或超前)疏乾和平行(或伴隨) 疏乾兩個階段。
預先疏乾指在水文地質條件複雜或很複雜的礦區，在採掘工程揭露或靠近充水含水層以前進行疏乾，以使地下水壓或水位預先全部或部分降低。預先疏乾的超前時間，根據地下水浸潤線形成期限的計算成果確定。疏水設施一般布置在井巷範圍以外。
平行疏乾指在礦床開採期間進行疏乾。當礦區水文地質條件複雜時，平行疏乾緊跟在預先疏乾之後進行，成為疏乾的第二階段，使預先疏乾後的地下水水壓或水位進一步降低。
疏水設施
指降低水位的設施。它包括明排水溝、降低水位孔、吸水孔、過濾孔、過濾設施、降低水位井(或放水孔)、疏水井、疏水孔、反滲透帷幕等，主要根據疏泄岩層的滲透性能確定 (圖1)。
垂直降低水位孔最常見的疏水設施，在疏水孔中安裝潛水泵。這種設施一般適用於滲透係數不小於2～3(有時1～2)m/d的砂、礫、半堅硬岩石和堅硬岩石。這種疏水孔一般布置在疏泄含水層底板標高低、裂隙或喀斯特發育地段以及富水的構造破壞帶。
吸水孔在水文地質條件有利地區，可採用吸水孔或直通式過濾孔。吸水孔布置在兩個含水層中，其中一個(上部)含水層的地下水被疏泄，另一個(下部)含水層吸收被疏泄出的水。這時，吸水含水層的滲透性應強於被疏泄含水層的滲透性。
直通式過濾孔垂直鑽孔，其底部一直通到專用疏水巷道。疏泄出的水沿直通式過濾孔先流進巷道，然後輸入水倉。降低水位孔可改裝成直通式過濾孔。
輕型針狀過濾設施用於疏乾滲透係數1～50m/d的砂類土，可使潛水位降低3.5～4.5m。這種設施一般是，藉助放置在地面的自動吸水泵，吸出埋在土中的針狀過濾器里的水。針狀過濾器間距0.75～1.50m，通過軟管與集水管連線，集水管與水泵相聯。
真空化針狀過濾設施在疏乾滲透係數為0.01～1.0m/d的砂類和亞砂類岩層時採用。水位降低深度達6～7m。
噴射真空針狀過濾設施在層狀含水層中，噴射器與同心過濾器組合，可保證噴射器形成的真空擴展至整個含水層。水位降低深度達20m。
電滲降低水位設施在疏乾滲透係數為0.1～0.001m/d的流動狀態的粘土和亞粘土時採用。其原理是，在電場中弱結合水向負電極移動。
在有些情況下要採用水平疏水裝置，其疏水能力和水位降深都比上述垂直疏水裝置優越。
水平疏水孔疏水鑽孔從露天礦邊坡沿水平方向鑽入需疏泄岩層深部。在砂或砂礫類岩石中，當隔水層呈水平或微傾斜埋藏時，水平孔可用作主要或輔助疏水工具。在露天礦非工作幫，水平孔可和水平管狀疏水溝組合布置。
放射狀疏水孔指在垂直井筒(或鑽孔)中鑽進的放射狀水平鑽孔。
在地下巷道中布設的疏水設施有打入式過濾裝置和仰向孔、超前水平式和仰向傾斜式疏水孔、降低水位井，等等。
打入式過濾裝置用於疏乾砂、亞砂和砂礫類岩石，或降低其水壓。它們打入巷道頂板深度不大(不大於10～15m)，過濾器間距2～30m。
仰向孔深度可達100m以上，結構較複雜。用於疏乾一層或多層含水層。
超前水平式或仰向傾斜式鑽孔布置在堅硬或半堅硬岩石中，用以預防構造破壞帶、裂隙或喀斯特帶中的水突入巷道。
降低水位井用於降低巷道底板疏鬆及疏鬆膠結含水層的水壓(水位)。它布置在底板低凹處，可保證水位降深和影響半徑最大。放水孔也是一種降低水位井，中國多採用這種設施降低堅硬含水層的水壓。
反滲透帷幕近年來，少數礦區為防止巷道突水，保護地下水不枯竭、不遭受污染，維持其天然滲流動態，在需疏乾巷道或防護區周圍修建。這種不滲透或弱滲透圍堰範圍內的水或流入的殘餘水，用溝道或降低水位設施排走。反滲透帷幕的主要技術要求是，①封閉式。帷幕要延深到含水層隔水底板;②滲透係數小，臨時帷幕的滲透係數小於或等於10-2m/d; 永久性帷幕的滲透係數小於或等於10-2m/d; ③滲透性與強度均一，在使用階段不變;④能耐地下水侵蝕，不受被防污染物的影響。反滲透帷幕按構築方式可分為溝槽式和鑽孔注漿式。溝槽式帷幕用鑽進法、鋸槽法或抓鬥開挖法成槽。槽中的填充料有整體混凝土、水力工程混凝土、粘土、粘土水泥漿液、粘土化槽溝土、不透水薄膜等。
疏乾方式
礦區疏乾方式分為地表疏乾、地下疏乾和聯合疏乾等三種。
地表疏乾方式在地面修建疏水設施，於採掘前在地面預先降低地下水位。它可在短期內建立安全採掘條件。這種方式機動靈活，既可根據水文地質條件變化及採掘流程，選用或改變疏水設施，控制降低水位過程，又能利用疏出的地下水和防止水質污染，而且比較經濟。然而，其疏水設施的平面布置分散，揚水設備數量多，常要隨剝離帶或巷道、採區的推進而拆卸、處理及重新修建，管理與施工複雜，潛水泵常易損壞，抽水機組利用係數低，常要修建大量後備疏水設施，這些是這一方式的本質缺點。
地下疏乾方式指在地下修建疏水井筒、排水設施、疏水巷道等，形成疏干係統;在專用硐室布置疏水設施。礦井開採時，一般不掘鑿專用疏水井筒及平巷，而用準備巷道代替。露天開採時，地下疏水系統還可用於收集與排出大氣降水，使坑內排水問題簡化。這種疏干係統，排水工作可靠，維護簡單，疏乾設施取水量大。然而，有可能突水，從而使整個或局部疏水系統長期不能工作;水文地質條件複雜時，工程量大，基建費用大，施工期長，這些是其缺點。
聯合疏乾方式指地表疏乾與地下疏乾的組合方式。它適用於水文地質條件複雜的礦區。大多數情況下，先用降低水位孔把地下水位預先降低到安全值後，再修建地下疏干係統。
