保水 降服地下“水老虎”
神東礦區(qū)中心區(qū)礦井均開采的是侏羅紀(jì)煤層，很多礦井在薄基巖厚松散含水層下開采，煤層開采后會導(dǎo)通基巖裂隙水和第四系孔隙水。隨著礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模和開采范圍的不斷擴(kuò)大，地表水和潛水越來越多地轉(zhuǎn)化為礦井水，1998年建成的第一個采空區(qū)儲水設(shè)施，成功降服了地下“水老虎”，變廢為寶，實現(xiàn)了地下水的循環(huán)再利用。
號稱地下“龍宮”的儲水設(shè)施的安全性取決于煤柱壩體和人工壩體。由于煤層本身硬度較大，只要煤柱的尺寸留夠，煤柱壩體就是安全的；人工壩體則要按要求把強(qiáng)度設(shè)計足夠，保證施工質(zhì)量可靠。只要煤柱壩體和人工壩體都很安全了，地下水庫也就安全了。
為了保證施工質(zhì)量，當(dāng)時身為生產(chǎn)辦設(shè)計工程師的陳蘇社連續(xù)十幾個小時盯守在井下施工現(xiàn)場。可是嚴(yán)格按照設(shè)計圖施工后的壩體還是出現(xiàn)少量滲漏水。陳蘇社上網(wǎng)查詢，請教相關(guān)專家后，在混凝土中添加了一種添加劑，它可以使混凝土在凝固過程中產(chǎn)生一定的膨脹性，能快速充滿壩體中的縫隙，使壩體密實無縫，漏水問題迎刃而解。如何讓壩體牢固不倒？近幾年，陳蘇社經(jīng)過認(rèn)真研究，又想到了“T”字形人工壩體，在人工壩體中部加固一段垂直短墻，T”字形結(jié)構(gòu)具有三角形的穩(wěn)定性，既能強(qiáng)力支撐，又能節(jié)省材料，減小了工程量。
人工壩墻內(nèi)工字鋼采用里豎五、中橫三、外豎一的布置方式，壩墻外丁字形支撐墻內(nèi)工字鋼布置為橫三、豎一，工字鋼之間采用電氣焊焊接，頂幫均采用全錨螺紋鋼錨桿，并在工字鋼前后鋪設(shè)兩層鋼筋網(wǎng)。壩墻采用混凝土澆筑為一個整體，澆筑完成后采用噴砼的方式封頂及堵漏。經(jīng)清華大學(xué)水利專家論證后，墻體安全穩(wěn)定系數(shù)為3.0時，最大承載水位為60米，人工壩體結(jié)構(gòu)安全可靠、穩(wěn)定。
就這樣邊干邊探索，攻克了一系列技術(shù)難題。通過持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新，煤礦分布式地下水庫技術(shù)應(yīng)時而生、順勢而為。
從2008年到2015年的7年時間，是層間距為155米的一、二兩個水平聯(lián)合實施地下水庫技術(shù)階段，此時，井下生產(chǎn)供水直接從“龍宮”取清水，一水平1-2煤和2-2煤利用加壓泵加壓供水；二水平5-2煤通過垂直鉆孔利用自然壓差供水，除了7米大采高綜采面需加壓泵加壓供水以外，其余掘進(jìn)面和噴霧系統(tǒng)自然壓差1.6-1.7MPa，均可滿足水壓要求，不需再加壓。
5-2煤的污水全部泵排至2-2煤，通過回灌設(shè)施注入到地下“龍宮”自然凈化。自2013年元月份開始，實現(xiàn)了污水近零升井，地面污水廠基本停用。地下“龍宮”還向洗選中心、橡膠壩和露天開采等通過泵排免費(fèi)供水，經(jīng)深度處理廠給生活管網(wǎng)免費(fèi)供水。
幾年來，在神華、神東兩級公司的指導(dǎo)和帶領(lǐng)下，大柳塔煤礦技術(shù)人員與中國礦業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)手，進(jìn)一步深化研究地下水庫技術(shù)，創(chuàng)建了涵蓋設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)行的煤礦分布式地下水庫技術(shù)體系；建成了利用采空區(qū)空間儲水、采空區(qū)矸石對水體過濾凈化、自然壓差輸水的煤礦分布式地下水庫，實現(xiàn)了礦井水不外排，有效保護(hù)了地下水資源，形成了較為完整的、功能全面、龐大的空間網(wǎng)絡(luò)立體水循環(huán)利用系統(tǒng)。
目前，大柳塔煤礦地下“龍宮”儲水量約710萬立方米，日回灌量約9790立方米，經(jīng)地下水庫矸石吸附過濾后供井下生產(chǎn)和地面生產(chǎn)生活使用，井下日均復(fù)用水量約7770立方米，地面日均使用水量約4500立方米。
凡事總是提前考慮謀劃，陳蘇社一直在技術(shù)工作上堅持“超前思考、系統(tǒng)思考、空間思考和全面思考”四個思考的工作方法和原則，這是陳蘇社多年的一個工作習(xí)慣。早在5-2煤建設(shè)初期，他就根據(jù)2-2煤的位置，提前測量、設(shè)計，預(yù)留了空間和相應(yīng)硐室，反復(fù)思考，認(rèn)真研究，提前拿出最佳方案。在22406-7綜采面回采結(jié)束后，對22406主運(yùn)巷封閉時，就提前預(yù)留了3個用于水循環(huán)利用的連接5-2煤和2-2煤的垂直鉆孔的位置，鉆孔深度約155米，其中2個是清水抽采利用管道，主要供應(yīng)5-2煤大巷的噴霧消塵用水和5-2煤采掘面的生產(chǎn)用水；1個是礦井水回灌管道。
“搞技術(shù)的就要超前考慮。在巷道施工前就要想到水庫的聯(lián)通和利用。這些超前工作得到礦領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可，也給了我們各方面的極大支持，所以地下‘龍宮’才得以順利建成連通和不斷完善。”潛心做好一件事，陳蘇社在辛苦中獲得成就感，也體味著其中的快樂。
為了確保地下水庫安全運(yùn)行，實現(xiàn)實時監(jiān)測“龍宮”儲水情況，神東與清華大學(xué)和中國煤炭科工集團(tuán)常州研究院合作，開發(fā)了地下水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)。在采空區(qū)上方安裝了兩臺電容式水位計，監(jiān)測“龍
宮”水位，通過GPRS信號將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨踩O(jiān)測中心；在“龍宮”工作區(qū)安裝了1臺防爆計算機(jī)，可以在現(xiàn)場隨時查看“龍宮”運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)；兩臺LED顯示屏，能夠?qū)崟r顯示“龍宮”的水位、水質(zhì)、流量、壓力等數(shù)據(jù)。在地面建立安全監(jiān)測系統(tǒng)，利用監(jiān)測系統(tǒng)客戶端，可以在神東信息網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，隨時監(jiān)測“龍宮”的運(yùn)行情況。6座井下安全監(jiān)測站可以實現(xiàn)對地下“龍宮”水位、水壓、進(jìn)出庫水量及壩體應(yīng)力、應(yīng)變、變形和滲漏等情況的實時監(jiān)測；5個地面水位觀測孔可以實施傳輸?shù)叵滤畮焖粩?shù)據(jù)，監(jiān)控中心對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握地下“龍宮”的實時運(yùn)行狀態(tài)。
此外，神東煤炭集團(tuán)公司還制定了《礦井采空區(qū)儲水管理辦法》，嚴(yán)格控制地下“龍宮”的儲水高度，水位不得超過警戒水位線，通常壩體處儲水高度控制在6米以下，確保“龍宮”儲水的安全可靠。
在礦井生產(chǎn)實踐中，大柳塔煤礦的技術(shù)人員經(jīng)過17年的努力，不斷摸索、不斷研究保水開采新思路、新方法、新技術(shù)，充分發(fā)揮利用“水往低處流”的原理，首次在井下大膽建設(shè)了地下水庫，創(chuàng)造性地設(shè)計施工了安全可靠的地下水庫人工壩體，并將井下污水全部回灌到采空區(qū)自然凈化儲存利用，實現(xiàn)污水近零升井；同時，首次成功施工了155米的大垂深垂直鉆孔，并利用“連通器”原理，盡可能地實現(xiàn)自然壓差供水，合理高效循環(huán)利用，讓礦井水牢牢處于人的掌控之中，不僅保護(hù)了水資源、保護(hù)了環(huán)境，而且節(jié)省了能源，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，為我國煤礦保水開采創(chuàng)造性地開辟了一條嶄新的道路。
