西部矿区（精选三篇）
西部矿区 篇1
关键词：矿井水,生活污水,水质,用水标准
西部地区矿产资源丰富, 但又干旱少雨, 人均水资源严重不足, 生态环境十分脆弱, 加之大型的开发对水资源消耗大, 对生态环境的破坏性比较大。如何治理并综合利用水资源具有十分重要的意义。矿产资源的开发过程中不仅伴随着矿井水的大量排放, 而且伴随着矿井水灾的威胁。合理抽排和利于矿井水, 实现炭与水共采, 不仅能节约西部宝贵的水资源, 而且能够减少和预防矿井水灾事故的发生, 矿产资源的开发过程中又产生了大量的生活和工业污水, 回收生活和工业污水即能收到一定的经济效益, 又能收到良好的环保效益, 回收生活和工业污水在西部显得尤其重要。
1 西部的矿产资源和水资源现状
西部有着十分丰富的矿产资源, 西部地区煤炭预测储量约占全国的80%以上, 天然气储量约占全国的53%, 石油约占71%, 宝石约占52%, 有色金属约占90%以上, 钾盐约占90%以上。
西部地区的地形条件和气候条件比较差。沙漠、戈壁、石山和海拔300m以上的高寒地带约占48%, 大部分地区全年降水在500mm左右, 大约有一半地区年降水量在200mm以下, 尤其是宁夏, 人均水资源仅为187m3/ (a·人) 。远远低于联合国所划定的1000m3/ (a·人) 的水资源临界值。西部地区的水资源十分短缺。
2 合理抽排矿井水
矿井水源有大气降水、地表水、含水层水、熔岩陷落柱水、断层水以及旧巷或老空积水等, 均属于淡水资源。矿井突然涌水所造成的灾害称为矿井水灾。矿井水在某种程度上被视为“灾害之源”。在缺水的西部地区合理抽排矿井水, 实现煤与水共采, 使之成为生活和工业用水的水源, 这样不仅能预防和减少矿井水灾, 而且能缓解周边地区缺水的状况。对于促进本地区的经济发展和生态环境起到积极的作用。合理抽排矿井水, 使矿井水的利用走上产业化道路。其实施技术方案如下:
(1) 查明水源和可能涌水的通道, 为采水提供依据。
(2) 采用地质、电法勘探、统计分析等手段确定、划分富水区域。
(3) 在预防和减少矿井水灾的前提下, 实现煤与水共采。有计划地将威胁性水源疏放, 包括疏放旧巷积水、老空积水和含水层水等。对于截住和堵住的涌水, 在采掘区与水源隔绝的情况下, 合理抽排其水源。
(4) 在富水区域做放水实验确定其水质。
(5) 对水质较好没有被污染的矿井水采取“清污分流”的办法, 将清水排至蓄水池进行处理, 供居民生活, 将污染的矿井水按回用矿井水办法处理。
3 将污染水开发为二次水源
大中型矿企业的污水主要来源于矿井排水、选矿厂污水水和居民的生活污水。污水的回用主要用于农业和工业两个方面。
3.1 回用于农业
我国西部水资源的短缺严重制约着农业的发展, 西部的生态环境十分脆弱, 对于污染物的承受能力差。如何找到一条既有利于农业灌溉又利于污水处理的办法呢?笔者认为污水回收用于农业是一条比较好的途径。
3.1.1 矿井水回收于农业
用矿井水灌溉农田在某些地区已被农民自发的利用。韩城矿务局下峪口煤矿井下排水经一级沉淀处理后, 除去了煤和岩的悬浮物。一部分供选煤场生产用水, 其余部分排放掉, 排放的矿井水被附近的农民截流用于农田灌溉。该矿井水经一级沉淀处理后点的p H值约为7.8, 二类污染物的浓度的大约值 (见表1) 。
mg/L
一级沉淀处理后的矿井水基本能达到《农田灌溉标准》 (GB5084—85) 中的二类标准 (见表2)
mg/L
该矿矿井水灌溉对于土壤和农作物的影响如何?在该矿附近分别对使用清水和使用矿井污水灌溉的土壤及小麦进行采样分析 (见表3) 。
mg/L
注:单位除p H值外, 均为mg/kg
由表中可以看出本地区用污水灌溉的土壤的PH值无明显变化, As, Pb, Cd, 总Cr, S2-, F-, 的含量稍有增加, 但与英国、丹麦、瑞士及日本四个国家的土壤污染标准相比较, 这些元素的含量均低于其标准。由表中换可以看出污水灌溉的小麦的As, Pb, Cd, 总Cr, S2-, F-的含量也稍有增加, 但小麦中As, F-均低于国家的粮食卫生标准 (GB2715-81) 规定As的含量≤0.7/kg, F-的含量≤1.0mg/kg的标准。由此可见矿井灌溉农田是可行的。
3.1.2 生活污水回用于农业
生活污水灌溉农田在污水治理方面称为污水的土地处理方法, 是一条水肥合一, 综合利用的重要途径。生活污水中含有氮化物、磷化物等有机物, 生活污水灌溉的益处有以下两方面: (1) 土壤对多种有机物有很强的吸附作用, 通过微生物的氧化作用, 把有机物转化为容易被植物吸收的有机质和无机质。 (2) 土壤对氮化物、磷化物也有很强的吸附作用, 其中土壤中的微生物可将氮化物转化为NH3, NH3一部分被土壤吸附, 另一部分转化为NO3-, NH3和NO3-都是植物的养分。污水中磷化物的一小部分被植物作为养分直接吸收, 大部分通过化学沉淀作用和吸附作用被去除。
污水灌溉农田也必须遵循环保原则, 即污水中的污染物总量不能超过土地处理系统的最大负荷。处理污水中第i种污染物所需农田面积的多少可依下面公式估算:
公式中Si为处理污水中第i种污染物所需农田面积ha;Ri为污水中第i种污染物的浓度, mg/L;Q为污水流量, m3/d;Li为污染物负荷。
如果因地形条件等因素影响, 使得污水灌溉农田比较困难, 则可采取地表漫流的方式, 也就是流经有植物的坡地, 使污水得到净化, 使植物得到水分和养分。
3.2 回用于工业
回用的污水即可以作为本矿山内部的工业用水, 也可以向周边地区的其他工业供水。
3.2.1 矿井水回用于工业
不同的用水对象对水质有不同的要求, 应根据用水对象对水质的具体要求作不同深度的处理。回用于选煤补充水和井下用水的工艺流程见图1所示。
《煤炭工业设计规范》中的选煤用水标准是:SS不高于400mg/L, p H值在6~9之间, 总硬度不高于10mg N/L。矿井水经过平流式沉淀池的一级沉淀处理后, 除去煤和岩的悬浮物, 达到用选煤标准后, 可回用到选煤厂作为选煤补充水。井下洒水水质标准是:SS不高于50mg/L, 大肠杆菌不高于3个/L。矿井水再经混凝沉淀、消毒处理, 达到井下洒水水质标准后, 可回用于井下的洒水防尘、湿式凿岩等。
3.2.2 生活污水回用于工业
矿区居民生活污水的COD在100~300mg/L, BOD在50~100mg/L之间, SS大约是150mg/L, 水质和流量比较稳定, 呈微碱性, 适应于微生物繁殖, 常含有细菌和寄生虫卵。处理生活污水的工艺流程见图2所示。
(1) 生活污水流经格栅后, 除去水中漂浮物和水中粗大颗粒; (2) 流经初次沉淀池后, 除去水中比较的颗粒杂质; (3) 流经生化池时, 有池中好氧菌生物膜净化污水中的COD和BOD, 并有生物膜吸附污水中的磷; (4) 流经二次沉淀池时, 对生化池出水进行固液分离, 降低SS浓度; (5) 经消毒池消毒后, 达到相关的用水标准。
3.2.3 选煤水的回用
选煤厂的污水因含煤油、起浮剂等选煤所必需的物质, 所以选煤厂的污水处理时不必去除煤油和起浮剂, 只需经过压滤或沉淀后, 是悬浮物的含量不超过100g/L, 即可回用于选煤生产, 做到选煤水的闭路循环。
4 效益分析
矿井水和生活污水的处理成本在0.30元/T~0.35元/T之间, 如果企业有自己的水源井, 其自给水的成本也在0.30元/T~0.35元/T之间, 则两者基本相等, 经济效益不明显。如果每吨水按0.9元/T~1.20元/T收费, 则每吨水可节约0.55元~0.80元, 经济效益显著。甘肃华亭矿区身处西北内陆, 其矿井水处理成本为0.308元/T, 与清水价格相比每吨节约0.192元, 按每吨工业用水1.06元/t计算, 每吨水节约0.752元, 取得了明显的经济效益。
煤矿水资源的综合利用减少了企业排污水的交纳, 减少了对环境的污染, 节约了水资源, 实现了经济、社会环境三者的统一。
5 存在问题及解决方案
大多数企业的经营是以经济效益为中心, 若处理污水的费用大于交纳的陪污费时, 或者回用污水成本大于新鲜水成本时, 某些企业就会从眼前的、自身的利益出发, 对于处理和回用污水持消极的态度。要提高处理和回用污水的积极性应从以下几方面着手: (1) 制定严格的管理制度, 强制和鼓励企业治理和回用污水; (2) 加强环保意识, 使人人意识到节约水资源和保护环境是每个人的责任; (3) 加强回用污水新技术、新方法的研究, 提高治理效率, 降低运行成本。
矿井水的流量和污染物的浓度随季节的变化而变化, 随采区地质结构的不同而不同, 矿井水作为二次水源, 很难保障水质和质量的稳定性。应建立调节水池, 排水量大时将其贮存起来, 尽量不外排, 不浪费水资源。调节水池也能调节污染物浓度, 又利于处理矿井水。
在寒冷地区的冬季, 水结冰后不易流动, 也不易渗透到土壤中, 加之温度低使得土壤对污染物的处理速度慢。大部分土地处理系统需要停止运行。应将污水贮存起来或用其他方法治理回用。
总之水污染处理和合理化使用是一项综合性的工作, 应制定严格的管理制度, 各部门、各行业应有机的结合起来, 相互理解, 相互支持, 以保护和改善环境为主要目标, 兼收一定的经济效益。
参考文献
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[4]蒋展鹏.环境工程学[M].北京:高等教育出版社, 1992:199-205.
中华山矿区西部找煤前景 篇2
【关键词】中华山矿区；资料分析；找煤
中华山矿区位于崇仁县礼陂镇境内，范围包括：中华山煤矿、下寺坊煤矿、上游煤矿、华峰煤矿，矿区面积总达2.3203 km2。
矿区西部是指以F12断层为边界呈南北延长地段，面积约0.68km2煤系地层范围内。
根据912地质大队1973年进行的地质勘探提交的《江西崇仁礼陂煤矿中华山矿区地质勘察报告》提供的地质地形图（1：5000）及二个钻孔资料以及目前全县资源整合规划方案，结合在该地段开采小窑资料及实地踏勘结果，进行地质分析对比，提出矿区西部具有较好的远景储量。
一、西部地质概况
（一）煤系地层的分布：根据1973年912地质大队提供（1：5000）的地形地质图资料，在F12断层以西，至与林山群不整合接触带以东，分布一条走向南北的煤系地层（属三叠系安源群）长约1250m，宽150～400m，中间被F17断层切割成南北二块，南块段长约700m，宽约150m；北块段长约550m，宽约400m；形成一个北宽南窄的锥形图象。
1、煤系地层：其露头较好，产状倾向北西转到西，在F17断层影响下，南部倾角58°～70°，北部倾角31°～58°。因F12断层影响，使安源群（T3an2）超伏在侏罗系林山群（J1ln）之上，使煤系地层在西北边界上重复出现，扩大了其分布面积，为西部找煤提供了条件。
2、煤层露头：在西部都有煤层露头，尤其是C1、C2煤层，许多老窑是沿煤层露头开挖，因而老窑分布广。
（二）地质构造：井田属单斜构造，而F12断层以西为煤系地层单斜构造的边缘地段，有区域性的断层主要有三条：两条（F11、F12）为煤层走向的冲断层，一条F17为横切平移正断层。
1、F12冲断层构成中华山井田西北部边界，落差为20～30m，倾向北西，倾角为65°以上，贯穿全区域，是控制西部煤系地层主要构造，由于该断层为高角度冲断层，结果使上盘安源群煤系超伏在下盘林山群之上，并使上盘煤层向上抬高，倾角变徒，煤层发生较大变化。
2、F11冲断层倾向北西，倾角不明，北端发生在安源群煤系中，南端发生在林山群中，对煤层影响不明。
3、F17平移断层是成煤后期的构造，倾向南西，倾角60°以上，自南东向北西，发生水平移动30～50m，切断煤层走向，并把F11及F12断层也切断拉开，造成北端煤层向北东偏转挫开；南端煤层向南向西偏转挫开，是区域内破坏性最为强烈的断层。
二、从西部块段内钻孔资料分析煤系地层的含煤性
（一）31线CK3114孔资料：该孔打在F11断层以西的林山群中。在180m孔深（+80m标高）穿过此层，并见有安源群煤系地层。
（二）23线Ck2312孔资料：在F12断层以西安源群中打下，该煤系地层在此受F12冲断层影响，使安源群超伏在林山群之上。
三、近期开采情况
从93年开始，在F11～F12间，仅在F17以北山坳中，联办了一个小井，开采了C4、C7、C8煤层，开采水平达+110m水平，从开采情况来看，煤层不稳定，呈包体状分布，厚度不等，厚的可达数米，薄的不可采，另外在31线上F11断层以东山坳中，另开一平硐见有C4、C8煤层，厚度为0.8～1.2m，倾角为30°以上，目前已停开，在39线西部上游煤矿正开采C4、C5、C6煤层，厚度为1.2～2.2m之间，倾角为70°～80°，煤质尚好。
四、39线以北地段含煤性
从地形地质图上和实地踏勘资料分析；该地段煤层出露较好，有不少的老窑分布，从九十年代小窑开采看来，煤质尚好，较稳定，尤其是C1、C2煤层。
这说明浅部含煤条件好，是由于此块段内F12断层上盘上升时把煤层抬高挤压而成，而中、深部（-100m标高）含煤性较差。
五、对西部远景储量的分析
中华山井田西部煤层，从上述资料表明是具有一定的储量，煤系地层分布广，尤其是西北部存在有可采煤层地段。
（一）39线以北地段，是个有远景储量的地段，其依据：
1、该地段内地表老窑多，90年代有小窑开采，厚度在1.5m左右，说明有可采煤层。2、煤系地层分布面广，是寻找可采煤层有利地段。3、51线有钻孔见煤。4、受F12断层影响较大，在高角度冲断层作用下，在上盘煤层受到严重挤压拖曳作用时可能产生富煤地段，尤其是在浅部（-50m标高）。
（二）31线以南地段，二个钻孔资料证实此块段内有煤系统地层存在，有C4、C6、C7、C8煤层可采，C7、C8可采深度在+110m水平以上，深部仅CK2312孔在-235.85m标高见C2煤，厚度为1.27m，同时在90年代开采的大富岩煤矿得知，C4煤厚1.4m、C7煤厚1.6m、C8煤厚1.4m，煤层局部赋存条件较好。
（三）储量计算
1、计算参数的由来：（1）含煤带的长度，根据地质资料西部地段含煤带，以F17断层为界，北西端较好，所以仅计算北块段储量，长度为750m，其中F11断层以北为550m，F11～F12断层间为300m。（2）煤层倾斜长度根据43线剖面推算为150m。（3）煤层厚度，C1、C2以43线、39线钻孔见煤平均厚度计算，C1为0.81m，C2为0.53m。（4）煤层体重采用地质资料报告1.39t/㎡。
2、储量计算：（1）F11断层以北的块段：煤层走向长度为550m，倾斜长度为150m，则C1煤层储量：QC1=550m×150m×0.81×1.39=9.29万t；QC2=550m×150m×0.53×1.39=6.10万t；合计QC1+QC2=15.37万t。（2）F11—F12断层间的地段：根据煤层露头走向长度为300m，倾斜长度为135m，则QC1=300m×135m×0.81×1.39=4.56万t；QC2=300m×135m×0.53×1.39=2.58万t；合计QC1+QC2=7.54万t。（3）两块段总储量：15.36+7.54=22.90万t
六、建议
西部矿区 篇3
该矿主采3-1煤层, 煤层厚度平均约为5.2m。在该矿第一水平东翼采区某工作面, 掘进煤层巷道, 为工作面的回采做巷道准备。该煤层运输巷道标高-400m, 煤层运输巷道顶板为强度较小的粗粒砂岩, 厚度约1.6m, 粗粒砂岩上方为强度较高、厚度较大的细砂岩, 可以看为基本顶。煤层运输巷道的设计断面为矩形, 宽3.2m高2.6m。由于煤层运输巷道顶板条件差, 设计采用“锚杆+锚索+钢筋网片+钢带+钢托盘”支护方式, 这种支护方式有良好的可缩性和承载力, 能够适应稳定性较差的煤层运输巷道顶板, 可减小顶板下沉, 保证顶板的稳定性。如何选出锚杆、锚索的长度, 间排距, 成为煤层运输巷道支护的一个重要问题。
2 锚杆参数设计
2.1 锚杆长度的分析
(1) 根据悬吊理论, 锚杆将软弱岩层悬挂在上覆坚固稳定的岩层上, 保证顶板的稳定性。因此煤层巷道顶板锚杆长度必须大于悬吊岩层的厚度、锚杆外露长度以及锚入坚硬岩层的深度。
式中:L为顶板锚杆的长度;
s1为锚杆头锚入坚硬岩层的深度, 一般取0.5m;
h为被悬吊软弱岩层的厚度;
s2为锚杆外露的长度, 一般为0.1m;
由上式可以看出, 被悬吊的软弱岩层的厚度越大, 所需锚杆的长度越长。因此在此煤层运输巷道的掘进过程中, 煤层运输巷道顶板的直接顶为1.6m的软弱岩层, 当顶板锚杆的长度大于2.2m时候, 才能悬吊住软弱的岩层, 保证煤层运输巷道顶板的稳定性。
(2) 按照巷道围岩松动圈理论, 锚杆的长度要大于巷道周围松动圈的厚度, 锚杆长度必须满足:
式中:R为巷道围岩松动圈的半径, 如图1所示。
r为此煤层运输巷道矩形断面外接圆的半径, 对于规格宽3.2m高2.6m的巷道半径r=2.1m;
s1为锚杆锚固段长度, 一般取0.4m;
s2为锚杆外露长度, 一般取0.10m。
根据弹塑性理论, 将煤层运输巷道的围岩看成一个均匀质体, 则煤层运输巷道围岩松动圈的半径R为:
式中:P为原始应力, 运输巷道埋深为-400m, 此处取10MPa;
C为煤层运输巷道围岩的内聚力, 取4MPa;
φ为运输巷道围岩的摩擦角, 取30°
P'支护抗力。
将有关数据代入上式, 可以算出
两帮煤体中的松动区半径:
顶底板中的松动区半径:
帮锚杆长度L≥3.9-2.1+0.4+0.10=2.2m
综上所述, 通过结合悬吊理论和围岩松动圈理论分析可以看出, 顶板锚杆长度为2.2m, 可以保证顶板的稳定性。
2.2 锚杆间排距的分析
锚杆的主要作用是保证巷道的稳定性, 为围岩进行加固稳定。根据悬吊理论, 在顶板锚杆长度满足要求的前提下, 以该矿煤层运输巷道为地质条件, 锚杆间距应满足以下关系:
式中:m为巷道支护安全系数, 一般要求m=2~3;
n为每排锚杆的根数;根据此地形条件, 煤层运输巷道直接顶较软弱, 设计每排锚杆数为3根;
B为煤层运输巷道的宽度;
b为每排锚杆之间的间距;
L为锚杆长度;取2.2m;
s1为锚杆锚固长度, 一般为0.4m;
s2为锚杆外露长度, 一般为0.1m;
γ为锚杆被悬吊的软弱岩层容重, 一般为2.5×104N/m3;
F为锚杆锚固力, 根据选用锚杆的数据位为4.9×104N/根。
将上述数据代入公式可求得顶板每排锚杆的间距:
当巷道支护安全系数为时2, 锚杆间距为0.71m, 当巷道支护安全系数为时3, 锚杆间距为0.47m, 因此要保护煤层运输巷道顶板的稳定性, 锚杆的间距取0.5m。
3 锚索参数设计
3.1 锚索长度的分析
锚索是锚固入坚硬岩层深部, 并施加预知应力, 传递支护应力坚硬岩层深部的一种主动方式, 因此, 锚索的长度将是巷道支护稳定性的一个重要因素。
锚索长度为:L=La+Lb+Lc+Ld
式中:L-锚索总长度, m;
需要悬吊的软弱不稳定岩层的厚度, 根据此煤层运输巷道的地质条件, 其厚度包括顶煤、直接顶, 因此此处取3.2m;
锚索上的托盘及锚具的厚度, 一般为0.1m;
锚索需要外露的张拉长度, 一般取0.5m;
锚索深入到坚硬稳定岩层的长度, 根据GBJ86-85要求, 锚索锚固长度应符合下式:
式中:k-安全系数, 一般取2;
d1-锚索钢绞线直径, 15.24mm;
fs-钢绞线抗拉强度, 1860N/mm2;
锚索与锚固剂的设计黏结强度, 用树脂作锚固剂, 其黏结强度为10N/mm2;
所以此地质条件下, 煤层运输巷道的锚索深入到坚硬稳定岩层的长度La取1.5m。
3.2 锚索的排距
根据巷道支护的设计要求, 锚索长度和锚索排距的比值应当≥2, 锚索排距不大于2.6m, 所以对于此煤层运输巷道, 锚索间的排距设为2.5m。
4 总结
该软弱直接顶的煤层运输巷道的掘进, 采用了锚杆-锚索联合支护方式, 通过悬吊理论、围岩松动圈理论得出, 此煤层运输巷道的锚杆长度为2.2m, 锚杆间的间距为0.5m, 锚索的长度为5.3m, 锚索的间排距为2.5m, 才能保证煤层运输巷道顶板的稳定性。
参考文献
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