大水工作面綜合防治水技術(shù)的研究與應用①

楊海軍

(河北唐山開灤集團東歡坨礦業(yè)公司，河北唐山 063026)

1 工作面水文地質(zhì)概況分析

東歡坨礦隸屬于開灤(集團)有限責任公司，是車軸山煤田開發(fā)建設(shè)的第一對礦井，于1997年8月正式建礦，目前礦井生產(chǎn)能力為300萬t/a。3088工作面位于東歡坨礦－690 m水平中央下段采區(qū)，是該采區(qū)8煤層第一個高端綜機工作面。該工作面在地表以下683 m～701 m之間，煤層厚度2.4 m～4.7 m，平均3.35m，煤層平均傾角19.8°，絕對瓦斯涌出量為2.74 m3/min，是自燃煤層，煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為39.19%?？刹勺呦蜷L度2029 m，工作面斜長143 m。

3088工作面為水文地質(zhì)情況復雜的大水工作面。工作面里半部位于礦井北部主向斜軸處，初期開采是由向斜的一翼向另一翼過渡推采，兩順槽高程出現(xiàn)反標現(xiàn)象，即運道高于風道，工作面下山開采，下山度數(shù)達到25°～27°。工作面上有本煤層頂板水和5煤層砂巖頂板強含水層水，下有本煤層底板水，工作面正常涌水量3.94 m3/ min，最大涌水量5.0 m3/min。［1］

影響該工作面涌水的主要是其上部的5煤層頂板強含水層。該含水層水量充沛，本區(qū)域內(nèi)水位標高最大為 －100 m，相對該采區(qū)最大水壓4.5 MPa。本區(qū)域8煤層至5煤層平均間距為46.7 m，切眼處間距最大，平均為58.7 m，導水裂隙帶高度為68.5 m，導水裂隙帶大于此間距，因此，工作面回采垮落后，導水裂隙將導通煤5頂板含水層，使含水層水順裂隙進入工作面。

根據(jù)三維地震勘探資料，該工作面面共存在六條斷層:三條正斷層和三條逆斷層，為DF9、DF10、 DF12、DF13、DF14及Df12斷層。其中，DF9、DF10、DF12、DF13四條斷層均富水性中等;DF14、Df12兩條斷層富水性強。因此若斷層與上下含水層導通，則巷道掘進揭露時，有可能導通含水層發(fā)生突水。

2 工作面水害特征及防治方法研究

2.1 水害特征分析

1)由于水量大，水流急，淤煤量大且不易沉淀等，就是投入大量人力清挖也非常困難，導致大量水煤進入運道水溝至泄水巷泵入大巷到水倉，淤煤嚴重，致使限制工作面不能正常進刀回采，總是停工作面進行清挖，否則將淤堵泄水巷及大巷和水倉。

2)受向斜軸影響，工作面兩頭高，中間洼，導致刮板輸送機運出的煤體全部為稀粥狀，膠帶輸送機拉運困難，并且人力無法控制水煤，大量水煤到處流。

3)該工作面開采時涌水較大，且涌水攜帶大量煤泥，極易於堵泄水巷乃至－690水平中央排水泵房，嚴重威脅排水安全。面對這一問題，首次把選煤用的振動篩應用到井下3088工作面進行煤水分離，用不同粒級的振動篩逐級分離。

4)為了最大限度地做好水煤分離，在泄水巷及－690大巷沿線修筑了各類沉淀池6個。在治理初期，為保證治理期間煤泥不進入大巷及水倉，利用－690車房改裝成兩個百米多大巷沉淀池，往復倒搬沉淀，使進入大巷水溝煤泥量大大減少。為徹底根治，在泄水巷又安排了較大治理工程。

5)由于回采初期水煤體不能進入原煤系統(tǒng)，大量水煤體經(jīng)運道水溝流入泄水巷，雖然投入大量人力，但清挖量始終小于淤積量，導致泄水巷三川以里嚴重淤堵，人員不能進入，甚至如果不及時處理，可能導致斷風，形勢嚴峻。

2.2 防治方法研究

針對水害特征，研究防治方法如下:

2.2.1 增設(shè)泄水眼

為解決最洼點易形成粥狀水煤體，導致水煤量增大無法控制的局面，采取在運道做泄水眼，利用現(xiàn)場俯斜特性，先掘進15 m平段，將平段做成沉淀池，沉淀池中擺慮水40T刮板輸送機與運道膠帶輸送機搭接，目的是水煤體流出將沉淀煤泥一部分拉入運道膠帶輸送機運出，然后再沿板掘上山眼與工作面洼點掘透，使洼點水量不流經(jīng)工作面，直接從泄水眼流入泄水眼沉淀池后再經(jīng)運道水溝流入泄水巷，減少水流沖擊工作面帶走大量煤泥，減少煤泥量與清挖量。［2］

為便于工作面過眼，泄水眼采用錨網(wǎng)支護，并清臥至底板，使泄水眼底板高度總低于工作面洼點，并在泄水眼斜巷做好水溝，泄水眼每隔20～30 m做一擋水閘墻，便于緩沖水流及沉淀。為減少流出煤量，在泄水眼上口與工作面交叉處以下3～5 m泄水眼內(nèi)，增設(shè)一道篩網(wǎng)墻，保證較細煤粉走泄水眼，同時將水慮出走泄水眼，較大顆粒狀煤體成無水狀經(jīng)面溜拉出至運道膠帶輸送機外運，減少了一部分煤泥流入泄水巷。

2.2.2 振動篩煤水分離

由于水煤顆粒大小不一，并有一定粘性，靜止分離篩網(wǎng)設(shè)備堵眼不能連續(xù)使用，并且量大，人工再分離遠遠滿足不了生產(chǎn)需要，為達到自動分離及自動運輸，將洗煤廠振動篩工作原理利用在水煤治理上，由于振動篩振動特性，解決了細小粘性煤粉堵篩眼問題，并能自動將過濾后煤矸篩至篩下，然后運出，解決了人力操作，并能連續(xù)分離。由于井下場所所限，在外形尺寸根據(jù)需要進行了改造，在振動篩下加工接水斗，然后接159mm管路將震后及細水煤倒至水溝或沉淀池。由于需快速分離，在振動頻率及篩眼進行了調(diào)整，適應分離水煤使用的要求。

由于水煤量大，一臺振動篩較難一次性將水煤體都過濾徹底，采用在四川上口處按篩眼0.75 mm振動篩第一次粗過濾，然后將過濾水煤倒至四川下口處，篩眼為0.35mm細振動篩處進行細過濾。通過兩級過濾，將流出的水煤體中煤體顆粒在0.35mm以上的煤過濾出經(jīng)刮板輸送機拉至運道膠帶輸送機運出。兩級振動篩過濾，是治理水煤最關(guān)鍵一步，它將絕大多數(shù)水煤分離，使剩下的水煤沉淀使用人工清挖成為可能。

井下沒有井上洗煤廠的優(yōu)越條件，各種調(diào)節(jié)平衡設(shè)備無法安裝，在安裝上，使用U鋼自制安裝托架，在泄水巷四川爬坡處利用錨桿巷道特性，利用錨桿進行托架固定，然后使用螺絲及卡纜將振動篩與托架固定。振動篩固定位置雖確定，但水煤體入振動篩方式更加值得研究，利用現(xiàn)場條件，利用運道與泄水巷高差，運道水煤體接43mm倒水管自流進入振動篩，通過振動篩將水煤體進行粗過濾，并粗過濾煤矸通過振動篩經(jīng)振動篩下刮板輸送機拉至運道膠帶輸送機外運。

2.2.3 設(shè)立沉淀池和排水站

1)在泄水巷開口處，設(shè)立25 m集中沉淀池與排水站，在排水站安設(shè)8臺37 kW排水泵，專人清挖與排水，保證水煤進入大巷變清水，并在水池旁安設(shè)一部刮板輸送機搭－690大膠帶輸送機，保證煤泥外運。

2)在增三川前設(shè)立15 m集中排水站，并在排水站上按一過橋，保證排水站容量，并在過橋上架設(shè)刮板輸送機，便于清挖煤泥外運。在排水站安設(shè)10臺37 kW排水泵，并設(shè)雙回路，即保證正常泵水，又保證突然出水時排水能力。

3)在增三川后施工兩個45 m和80 m沉淀池。兩個沉淀池分別架設(shè)一部刮板輸送機及一部膠帶輸送機，即增加沉淀池容量，又便于大量煤泥外運至三川刮板輸送機上運至運道膠帶輸送機。每個沉淀池內(nèi)均勻分三個小沉淀池，即可單獨使用，又可聯(lián)合使用。

4)在四川振動篩后，建立連續(xù)三個不小于10 m沉淀池，便于振動篩振后煤泥沉淀與清挖，并利用刮板輸送機外運。在三個沉淀池后設(shè)立10 m排水站，安裝10臺37 kW潛水泵，并接6趟排水管路，能及時將污水外泵。

5)污水反打，二次沉淀污水變清水。為有效利用四川以里錨桿泄水巷作用，在四川以里每隔30 m砌一道閘墻，有效利用空間作為沉淀煤泥使用，將振動篩振后水煤重新反打往里泵如泄水巷，將細小顆粒煤泥進行二次沉淀，二次沉淀后已成清水，直接泵入大巷，減少外圍壓力。

6)紅旗渠式排水系統(tǒng)，減少管路安裝及淤堵。為減少管路投入和減少管路易堵塞現(xiàn)象，在運道及四川以外泄水巷，利用水自流，鋪設(shè)寬1.0m水溝960m，既達到沉淀又達緩沖作用，同時又易于治理。［3］

2.2.4 減少運道和泄水巷水煤流量

為減輕運道及泄水巷清挖水煤壓力，減少運道及泄水巷水煤流量，就要減少沖擊煤壁水量，首先，采取工作面增設(shè)一臺BQS－100－60－37型潛水泵及三臺WQB30－28－7.5型排水泵接6寸可彎曲鎧裝管至風道排水管，在工作面出水點以下未形成水煤前，將工作面水量分流一部分泵到風道，由風道泵清水至大巷;其次，將 MG650/ 1515－WD采煤機上下滾筒打調(diào)，反轉(zhuǎn)，將割下的煤體盡量裝入SGZ960/1050刮板運輸機，使煤壁處遺留煤體減少，使沖出水煤煤量減少;再次，在工作面下出口老塘下幫下花管，利用水位高差將老塘清水靜壓分流出老塘一部分清水至大巷，減緩運道及泄水巷水煤流量，利于沉淀清挖及排水。

2.2.5 大巷水害治理

1)為盡快治理泄水巷淤堵煤泥，保證泄水巷能正常通風行人，在石門泄水巷開口與－690膠帶輸送機交叉點處建立集中排水站，包括兩套沉淀池與排水池，從入水處向兩側(cè)各設(shè)一套，可分別泵入水煤，一個沉淀池沉淀滿后，倒換至另一個，然后泵干積水進行清挖，在每個排水池安設(shè)4臺BQS－100－60－37型潛水泵進行排水，目的是集中沉淀后排出進入大巷。

2)但是，由于煤泥量較大，泵出的水中含煤仍然較多，大巷水溝沉淀較多，水溝長期淤滿跑水，嚴重影響運輸及水倉排水。為防止水倉淤煤，暫時使用－690閑置的兩個168 m車頭房作為大巷沉淀池，將集中排水站的水煤泵入車頭房進行沉淀，沉淀滿后兩個車頭房倒挖裝車外運。

3)大巷及水倉積淤解決后，由于清淤困難并緩慢，不能保證高效生產(chǎn)，限制回采進度。采取在四川以里運道膠帶輸送機下設(shè)30 m沉淀池和8 m排水池，安設(shè)4臺BQS－100－60－37型潛水泵，接159mm排水管至石門集中排水站，將水煤從運道沉淀后，再泵出至泄水巷集中排水站，使工作面水煤不再流入泄水巷，減少泄水巷流入水量，使泄水巷水煤逐漸滲水，不再從水中撈煤，然后將泄水巷疏通，保證通風行人，解決安全隱患。［4］

3 應用效果

目前，該工作面已回采完畢，自2010年1月至2011年9月原煤產(chǎn)量保持在12萬t/月以上，最月產(chǎn)達17.47萬t，月進度達162.8 m，共開采煤炭213.07萬t，未因水大出現(xiàn)水害事故。只是在回采初期由于工作面處于向斜軸處，造成風、運道高、中間低洼無法自然排水，只能由水泵向外排水，致使工作面推進緩慢，給回采帶來一定困難。工作面的向前推進，脫離了向斜軸部的影響后，工作面正?；夭?，并且隨著5煤層頂含水層的疏放，水壓逐漸降低，工作面涌水有進一步減小的趨勢。正是由于進行上述的綜合防治水工作，才保證了該工作面安全高產(chǎn)高效回采，為同類型工作面的回采積累了一定經(jīng)驗，為該類工作面回采奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 開灤集團.開灤(集團)東歡坨礦業(yè)分公司礦井地質(zhì)報告［D］，2007－2010

［2］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦防治水規(guī)定［S］，2009

［3］ 董書寧.煤礦防治水實用技術(shù)及裝備［J］.煤炭科學技術(shù)，2008，(3):8－11

［4］ 陳佩佩.我國華北煤礦底板突水危險性評價［J］.煤礦開采，2004，(6):1－3，9