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摘要：文章在对巴基斯坦塔尔煤矿水文和工程地质条件进行分析研究的基础上，针对塔尔煤矿疏干排水量远超设计水平，对露天矿边帮安全形成构成严重威胁等问题，提出了地下水治理和加强边帮稳定的思路和方向。
关键词：塔尔矿区;边坡;承压水;褐煤疏干排水
一、项目概述
塔尔煤田位于巴基斯坦国信德省东南部塔尔沙漠附近，是世界第七大煤田，煤田面积9000平方公里，储量1750亿吨，占巴国煤炭总储量的95%。可采煤层四层，厚度平均25米左右。发热量在2700kcal/kg左右，是优质的动力用煤。塔尔煤矿二区块项目是中巴经济走廊框架下巴国首个大型露天煤矿项目，由信德省安格鲁矿业公司负责开采。
塔尔煤矿二区块占地面积99.5km?，可采储量13.44亿吨[1，2]。距卡拉奇（Karaqi）约380km，距最近的城镇—伊斯兰姆考特（Lslamkot）镇约25km。该区属于干旱、半干旱的沙漠地貌，无地表水体，年均降雨量288.71mm。南部35km为卡奇沼泽，地下水局部出露地表。西部约100km有水库引出的人工水渠。
项目一期工程包括年产380万吨褐煤的露天矿和2X330MW的电厂，于2014年开工6月，目前已进入生产运营阶段。二期配套的2X330MW电厂已经开始建设。根据规划，项目三期完工后，煤矿总产能将扩大到2150万吨/年。
二、工程和水文地质特征
塔尔矿区地质构造简单，无断层，产状近水平，倾角小于2°。地层由上至下为：第四系沙丘（Q）;第三系上新统河湖相冲积物（N），第三系古新统Bara地层（E），是主含煤层;基底是以花岗岩为主的先寒武系杂岩。
第四系沙丘层（Q）平均厚度56m，主要由松散细砂组成，强度小。该层底部赋存表面潜水，含水层厚度1～5m，分布不连续，水量较少。上新统软岩层（N）主要由细砂岩、中粗砂岩、粘土岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩和粉砂质粘土岩等组成，因成岩年代短，岩层强度较小。底部砂岩层含水，厚度约6m，径流补给量1500t/d，渗透性一般，富水性属弱—中等。下部古近系Bara地层软岩层（E）主要由泥岩、煤和砂岩组成，强度相对较大。其中煤层顶板和底板的泥岩形成了隔水性极好的隔水层。隔水层下部由中粒砂和粗砂组成，为一承压含水层。该含水层厚度在30m～50m之间，全区分布，岩层渗透性较好，北部富水性强，南部富水性中等，地下水径流方向由北东到南西，由矿区东北200km处沙丘露头含水层补给，是该区域的主要含水层。
三、露天边坡及疏干排水现状
由于岩层以软岩/沙丘为主，露天矿整体帮坡角设计为26°。沙丘（Q）层段、软岩层（N）层段和Bara（E）层段的稳定边坡角分别为24°、25°和30°。
在平盘组合上，采用了两个安全平盘与一个运输平盘的三台阶组合，以增大安全平盘宽度，降低局部台阶边坡角，确保整体边帮稳定。
露天矿剥离过程中仅上部二层地下水涌出，因水量少易于疏干。
由于煤层下部为承压含水层，其初始水位标高25～55m，涌水量超过该区总量的87%，且煤层及其顶底板本身就是承压水层的隔水层，因此对于露天矿边坡稳定影响很大[，3，4]。采掘场内涌水时，将使平盘岩石泥化，降低边坡稳定性，严重时甚至可能淹没坑底采掘场。因此开采前必须对承压水预先进行疏干排水，一方面可降低水压，另一方面可降低岩石含水率。
为使地下水位满足露天采剥要求，根据采掘场降段计划，在采掘场北帮、东帮（非工作帮）、南帮外侧布置26个降水孔。
按最初设计，涌水量最大值出现在疏干排水后的第2到第3年，约为86×10?m?/d，此后逐年减少。经疏干排水煤层底部含水层水位应低于采掘场底板5～10m，以满足开采安全要求。
四、存在问题
從项目开工建设到投入生产近6年来，塔尔煤矿二区块项目整体运行良好，但疏干排水量一直居高不下，日均排水量约10万m?。由于巴基斯坦电力供应不稳定，时有停电现象发生，目前边帮已有局部坍塌现象发生。如果连续停电超过2天，边坡有发生大规模坍塌的危险。
由于水文工程地质条件的复杂性和不确定性，预测的逐年涌水量与实际情况存在一定差异是在所难免的，从露天矿顺利投运情况看，前期对煤层底板承压水的模型基本反应了地下水的实际情况，选择的疏干排水方案也无大的失误。就实际疏干排水量远超设计方案问题，笔者认为应从以下几方面考虑：
1.塔尔煤矿二区块煤矿的主要储水层是煤层下部承压含水层，疏干排水量也主要来自该含水层。该含水层分布区域超过10000平方公里，含水层厚度30～50米，水头差大，涌水量大。地下水补给来自于矿区东北部含水层露头，该含水层露头赋存在矿区东北部200km处的沙丘砂下面。
2.矿区南部卡奇沼泽有地表水出露，考虑到沙漠干旱地区的蒸发量较大，必须有较大的补给水源才能进行补偿，结合该地区地下水富存情况综合分析，其补给源头应与煤层下部含水层有关。塔尔煤矿疏水工程造成地下水位下降后，不排除卡奇沼泽水回流的情况。总之，该含水层富水量巨大，按塔尔煤电项目现有规模，难以承受完全疏干地下水层的费用。
3.在含水层富水量较大的情况下，岩层的渗透系数对疏干排水量的影响很大。渗透系数越大，侧向径流越大，疏干范围就相对增大，总涌水量就会大幅度增加。该矿日均10万m?实际疏干排水量，说明岩层渗透系数较大。但早期开展的抽水试验数据，揭示该岩层渗透系数较小，抽水模型数据相对乐观。前后数据的矛盾，说明该含水层岩性不均一，导致渗透系数不均一。原因不排除局部区域存在断层或破碎带，局部存在高渗透性岩土夹层等，为地下水径流提供了一定的快速补给通道。
五、建议和解决方案
1. 进一步开展水文地质调查
一是加密矿区范围内原有水文钻孔，通过水文观测和抽水试验摸清区域径流规律，确定高渗透系数区域范围，进而研究局部施工帷幕注浆等隔水屏障[5]，以降低渗透系数的可行性。二是进一步查明煤层下部含水层相关的区域水文地质条件，揭示其补给和条件，是否与矿区南部卡奇沼泽水相关，以及目前外排的水是否有部分回流，形成循环等问题，以便采取针对性措施，降低矿井的疏干排水量。
2.在目前疏水孔以外（远离矿坑上水头处）施工疏干排水孔抽水，利用水头降落漏斗进一步降低矿坑上水头处的地下水位，延长停止抽水时水位回升时间，保证边坡安全。
参考文献
[1]杨丽萍，吴野，巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计[M]，露天采矿技术，2014-7：41-43.
[2]王立杰，宋明智，巴基斯坦塔尔煤田开发的经济学分析[M]，煤炭经济研究，2012-4：43-46.
[3]范军富等，地下水对灵泉露天矿边坡稳定性影响分析研究[M]，水资源与水工程学报，2011-10：121-125.
[4]杨丽萍，伊敏三号露天矿疏干防排水设计，露天采矿技术[M]，2014-11：16-19.
[5] 李晓凤，彭洪阁，地下水对露天矿边坡稳定性影响及防治措施研究[M]. 能源技术与管理，2013-5：18-20.
关键词：塔尔矿区;边坡;承压水;褐煤疏干排水
一、项目概述
塔尔煤田位于巴基斯坦国信德省东南部塔尔沙漠附近，是世界第七大煤田，煤田面积9000平方公里，储量1750亿吨，占巴国煤炭总储量的95%。可采煤层四层，厚度平均25米左右。发热量在2700kcal/kg左右，是优质的动力用煤。塔尔煤矿二区块项目是中巴经济走廊框架下巴国首个大型露天煤矿项目，由信德省安格鲁矿业公司负责开采。
塔尔煤矿二区块占地面积99.5km?，可采储量13.44亿吨[1，2]。距卡拉奇（Karaqi）约380km，距最近的城镇—伊斯兰姆考特（Lslamkot）镇约25km。该区属于干旱、半干旱的沙漠地貌，无地表水体，年均降雨量288.71mm。南部35km为卡奇沼泽，地下水局部出露地表。西部约100km有水库引出的人工水渠。
项目一期工程包括年产380万吨褐煤的露天矿和2X330MW的电厂，于2014年开工6月，目前已进入生产运营阶段。二期配套的2X330MW电厂已经开始建设。根据规划，项目三期完工后，煤矿总产能将扩大到2150万吨/年。
二、工程和水文地质特征
塔尔矿区地质构造简单，无断层，产状近水平，倾角小于2°。地层由上至下为：第四系沙丘（Q）;第三系上新统河湖相冲积物（N），第三系古新统Bara地层（E），是主含煤层;基底是以花岗岩为主的先寒武系杂岩。
第四系沙丘层（Q）平均厚度56m，主要由松散细砂组成，强度小。该层底部赋存表面潜水，含水层厚度1～5m，分布不连续，水量较少。上新统软岩层（N）主要由细砂岩、中粗砂岩、粘土岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩和粉砂质粘土岩等组成，因成岩年代短，岩层强度较小。底部砂岩层含水，厚度约6m，径流补给量1500t/d，渗透性一般，富水性属弱—中等。下部古近系Bara地层软岩层（E）主要由泥岩、煤和砂岩组成，强度相对较大。其中煤层顶板和底板的泥岩形成了隔水性极好的隔水层。隔水层下部由中粒砂和粗砂组成，为一承压含水层。该含水层厚度在30m～50m之间，全区分布，岩层渗透性较好，北部富水性强，南部富水性中等，地下水径流方向由北东到南西，由矿区东北200km处沙丘露头含水层补给，是该区域的主要含水层。
三、露天边坡及疏干排水现状
由于岩层以软岩/沙丘为主，露天矿整体帮坡角设计为26°。沙丘（Q）层段、软岩层（N）层段和Bara（E）层段的稳定边坡角分别为24°、25°和30°。
在平盘组合上，采用了两个安全平盘与一个运输平盘的三台阶组合，以增大安全平盘宽度，降低局部台阶边坡角，确保整体边帮稳定。
露天矿剥离过程中仅上部二层地下水涌出，因水量少易于疏干。
由于煤层下部为承压含水层，其初始水位标高25～55m，涌水量超过该区总量的87%，且煤层及其顶底板本身就是承压水层的隔水层，因此对于露天矿边坡稳定影响很大[，3，4]。采掘场内涌水时，将使平盘岩石泥化，降低边坡稳定性，严重时甚至可能淹没坑底采掘场。因此开采前必须对承压水预先进行疏干排水，一方面可降低水压，另一方面可降低岩石含水率。
为使地下水位满足露天采剥要求，根据采掘场降段计划，在采掘场北帮、东帮（非工作帮）、南帮外侧布置26个降水孔。
按最初设计，涌水量最大值出现在疏干排水后的第2到第3年，约为86×10?m?/d，此后逐年减少。经疏干排水煤层底部含水层水位应低于采掘场底板5～10m，以满足开采安全要求。
四、存在问题
從项目开工建设到投入生产近6年来，塔尔煤矿二区块项目整体运行良好，但疏干排水量一直居高不下，日均排水量约10万m?。由于巴基斯坦电力供应不稳定，时有停电现象发生，目前边帮已有局部坍塌现象发生。如果连续停电超过2天，边坡有发生大规模坍塌的危险。
由于水文工程地质条件的复杂性和不确定性，预测的逐年涌水量与实际情况存在一定差异是在所难免的，从露天矿顺利投运情况看，前期对煤层底板承压水的模型基本反应了地下水的实际情况，选择的疏干排水方案也无大的失误。就实际疏干排水量远超设计方案问题，笔者认为应从以下几方面考虑：
1.塔尔煤矿二区块煤矿的主要储水层是煤层下部承压含水层，疏干排水量也主要来自该含水层。该含水层分布区域超过10000平方公里，含水层厚度30～50米，水头差大，涌水量大。地下水补给来自于矿区东北部含水层露头，该含水层露头赋存在矿区东北部200km处的沙丘砂下面。
2.矿区南部卡奇沼泽有地表水出露，考虑到沙漠干旱地区的蒸发量较大，必须有较大的补给水源才能进行补偿，结合该地区地下水富存情况综合分析，其补给源头应与煤层下部含水层有关。塔尔煤矿疏水工程造成地下水位下降后，不排除卡奇沼泽水回流的情况。总之，该含水层富水量巨大，按塔尔煤电项目现有规模，难以承受完全疏干地下水层的费用。
3.在含水层富水量较大的情况下，岩层的渗透系数对疏干排水量的影响很大。渗透系数越大，侧向径流越大，疏干范围就相对增大，总涌水量就会大幅度增加。该矿日均10万m?实际疏干排水量，说明岩层渗透系数较大。但早期开展的抽水试验数据，揭示该岩层渗透系数较小，抽水模型数据相对乐观。前后数据的矛盾，说明该含水层岩性不均一，导致渗透系数不均一。原因不排除局部区域存在断层或破碎带，局部存在高渗透性岩土夹层等，为地下水径流提供了一定的快速补给通道。
五、建议和解决方案
1. 进一步开展水文地质调查
一是加密矿区范围内原有水文钻孔，通过水文观测和抽水试验摸清区域径流规律，确定高渗透系数区域范围，进而研究局部施工帷幕注浆等隔水屏障[5]，以降低渗透系数的可行性。二是进一步查明煤层下部含水层相关的区域水文地质条件，揭示其补给和条件，是否与矿区南部卡奇沼泽水相关，以及目前外排的水是否有部分回流，形成循环等问题，以便采取针对性措施，降低矿井的疏干排水量。
2.在目前疏水孔以外（远离矿坑上水头处）施工疏干排水孔抽水，利用水头降落漏斗进一步降低矿坑上水头处的地下水位，延长停止抽水时水位回升时间，保证边坡安全。
参考文献
[1]杨丽萍，吴野，巴基斯坦塔尔地区疏干防排水设计[M]，露天采矿技术，2014-7：41-43.
[2]王立杰，宋明智，巴基斯坦塔尔煤田开发的经济学分析[M]，煤炭经济研究，2012-4：43-46.
[3]范军富等，地下水对灵泉露天矿边坡稳定性影响分析研究[M]，水资源与水工程学报，2011-10：121-125.
[4]杨丽萍，伊敏三号露天矿疏干防排水设计，露天采矿技术[M]，2014-11：16-19.
[5] 李晓凤，彭洪阁，地下水对露天矿边坡稳定性影响及防治措施研究[M]. 能源技术与管理，2013-5：18-20.