綜采工作面采空區(qū)水治理技術(shù)研究與應(yīng)用

黃 輝

(河南龍宇能源股份有限公司 陳四樓煤礦, 河南 永城 476600)

1 概 況

河南龍宇能源股份有限公司陳四樓礦21503工作面位于十五采區(qū)，為減少斷層構(gòu)造對回采工作的影響和最大限度地回采煤炭資源，該工作面設(shè)計為里、外兩段，擁有里、外切眼，里、外工作面軌道順槽成113°布置。工作面所采二2煤層層位穩(wěn)定，傾角2°～24°，平均13°，煤層厚度1.40 m～3.30 m，平均2.46 m。采用單一煤層一次采全高、傾斜(走向)長壁后退式綜合機(jī)械化采煤法，頂板控制采用全部垮落法。工作面巷道布置示意圖見圖1。

工作面里段由于受采動影響，頂、底板裂隙水從工作面55#～81#支架后的老塘流出，出水量約20 m3/h。工作面里段軌道順槽低于皮帶順槽，工作面外段軌道順槽整體高于皮帶順槽，工作面里段的老塘水經(jīng)工作面里段軌道順槽流出后流到工作面外段軌道順槽。為防止工作面里段老塘水在工作面外段推進(jìn)過程中流過工作面，影響正?；夭?，工作面里段老塘水成為制約工作面外段回采的關(guān)鍵。

2 里段老塘水治理難點分析與解決辦法

要保證里段工作面的老塘水在工作面外段推進(jìn)過程中不影響工作面的正?；夭桑饕袃蓚€難點。

圖1 21503工作面巷道布置示意圖

難點1:要使工作面里段老塘水在工作面外段推進(jìn)過程中不流過回采工作面，就要將老塘水以一定的方式，按照人為的意愿引流到工作面外段皮帶順槽。

為達(dá)到引流的目的可待工作面外段回采至與工作面里段軌道順槽平齊時，在工作面外段鋪設(shè)一趟導(dǎo)水管路，讓水從管路流過，達(dá)到引流的目的。

難點2：要讓工作面里段的老塘水在工作面里段的巷道頂板跨落后，仍能進(jìn)入埋設(shè)在外段工作面的管路內(nèi)，并且長期保持這一狀態(tài)。

為解決此問題，可采用以下辦法：若要使工作面里段的老塘水在頂板垮落后進(jìn)入埋設(shè)在外段工作面的管路，可將老塘水聚集到一起，然后進(jìn)行引流。為此，可設(shè)堵水墻，在老塘水流出后被堵水墻堵住，然后在堵水墻上插1根引流管路，直接將水引流到埋設(shè)在工作面外段的管路，可達(dá)到引流工作面里段老塘水的目的。為保護(hù)堵水墻的穩(wěn)定和耐用，可另設(shè)1道堵水墻用于分擔(dān)外側(cè)擋水墻的壓力，并且在兩道堵水墻的里側(cè)加打木垛，用于過濾老塘水沖下的煤渣。

3 施工步驟

3.1 堵水墻的打設(shè)

3.1.1擋水堰墻厚度計算與選擇

擋水堰墻的厚度主要根據(jù)水壓、巷道斷面大小、巖石的力學(xué)性質(zhì)及墻體材料的強(qiáng)度來確定。墻體的形式采用單級平面型混凝土擋水墻，設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級為C20，彎曲抗壓強(qiáng)度值11 MPa。

擋水堰墻厚度計算公式為：

式中：

B—擋水堰墻厚度，m；

K—安全系數(shù)，取1.4；

b—巷道寬度，m，取3.2；

h—巷道高度，m，取2.6；

W—作用在墻上的全載荷，N，W=Pmax·F，取2.08×106。其中，F(xiàn)為混凝土擋水墻的橫斷面積，m2，F(xiàn)=b·h，取8.32；Pmax為作用在墻上單位面積的最大壓力，Pa，取0.25×106；

δ—混凝土許用抗壓強(qiáng)度，Pa，取11×106。

計算得擋水堰墻最大厚度B為0.48 m。為了防止擋水堰墻滲水并保證21503(外段)工作面安全回采，故設(shè)計擋水堰墻厚度為0.5 m。

3.1.2擋水墻的施工[1-2]

在距離工作面里段停采線30 m處打設(shè)第一道擋水墻，在距離第一道擋水墻3 m處打設(shè)第二道擋水墻，兩堵墻暴露在巷道中的墻體高度均為1.5 m，寬度均為0.5 m，使用混凝土澆鑄[1 m3混凝土水泥∶黃沙∶大石子=8(袋)∶0.47 m3∶0.82 m3]，墻體向煤幫和底板均深入0.5 m。在施工兩道擋水墻前分別在距離兩道擋水墻1 m位置打設(shè)2個全斷面的寬度為2 m的木垛，用于過濾老塘水沖蝕下來的煤渣。在施工第一道擋水墻時將1根6英寸的排水管埋在巷道邊水溝中，作為引水管，讓水從水管中流過，以方便擋水墻的施工；在施工第二道擋水墻距離底板0.5 m高時用1根6英寸的排水管穿過第二道擋水墻(不穿過第一道擋水墻)，作為導(dǎo)水管，并用6英寸排水管將導(dǎo)水管連接至外段工作面軌道順槽處，待兩堵墻都施工好后，把插在第一道擋水墻埋在水溝中的引水管堵上，這樣老塘水淹沒第一道擋水墻后就會溢流到兩堵墻中間的空間，待水位高于預(yù)埋在第二道擋水墻的管路時水就會從管路中流出。第一道墻用于阻擋老塘水沖蝕下來的煤渣，以防堵塞導(dǎo)水管；第二道墻用于擋水，以使水從導(dǎo)水管中流出。兩道墻具體的施工圖見圖2。

a)正視圖

b)俯視圖

與導(dǎo)水管連接的管路要鋪設(shè)在工作面里段軌道順槽的水溝中，以減少頂板垮落時對水管的破壞。水管鋪設(shè)到工作面外段軌道順槽后，連接1個帶2個球閥的三通，在工作面外段推進(jìn)到與工作面里段軌道順槽平齊前，打開通向工作面外段軌道順槽的球閥，關(guān)閉通向外段工作面的球閥，將水排到外段工作面軌道順槽的水溝中，然后排出。

3.2 工作面排水管的鋪設(shè)

在工作面外段運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾推進(jìn)至預(yù)計引水位置前必須保證工作面支架、運(yùn)輸機(jī)成直線，并且工作面不得留頂、底煤，采煤機(jī)割透工作面最后一刀后將運(yùn)輸機(jī)推至煤壁(不拉超前架)，采煤機(jī)割透機(jī)頭、機(jī)尾后將工作面運(yùn)輸機(jī)收回，并采用人工方式將運(yùn)輸機(jī)至煤墻底板浮煤清理干凈，然后將工作面運(yùn)輸機(jī)推至煤壁再割一刀煤，支架不動，最后將工作面運(yùn)輸機(jī)收回，采用人工方式將運(yùn)輸機(jī)至煤墻底板浮煤清理干凈。人工使用風(fēng)鎬在工作面開挖1個寬0.4 m×深0.4 m的水溝。然后在水溝中鋪設(shè)1趟6英寸的排水管，工作面鋪設(shè)好導(dǎo)水管后，在導(dǎo)水管上方用木料進(jìn)行覆蓋，所覆蓋的木料要求順序進(jìn)行擺設(shè)。然后再采用金屬網(wǎng)覆蓋在木料上方，金屬網(wǎng)長邊沿水溝方向頭對頭進(jìn)行擺放，并采用14#鐵絲進(jìn)行連接，連接不得大于210 mm，然后將所鋪設(shè)的導(dǎo)水管與6英寸三通閘閥相連接，并將所連接閘閥打開，把水引流到工作面外段皮帶順槽。在工作面里段軌道順槽與外段軌道順槽連接處要打設(shè)1個木垛，覆蓋住連接水管的三通閘閥，以防頂板垮落時對管路及閘閥造成損壞。導(dǎo)水管位置圖見圖3。

圖3 21503工作面導(dǎo)水管路布置示意圖

4 總 結(jié)

陳四樓礦21503工作面通過采取打設(shè)2道堵水墻堵水、引流將工作面里段的老塘水可控的引流到工作面外段軌道順槽處，待工作面外段推進(jìn)到與工作面里段軌道順槽平齊時，通過在工作面埋設(shè)導(dǎo)水管的方式將水導(dǎo)流到工作面外段皮帶順槽中，老塘水處理方法在后期得到了驗證。21503工作面里段老塘水的治理為該礦類似條件的采煤工作面積累了經(jīng)驗。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張 平．采空區(qū)老塘水探放實踐[J].煤田地質(zhì)與勘探,2005(8):174-175.

[2]吳發(fā)紅.老塘水的預(yù)測與防治[J].煤炭技術(shù),2004(4):62-63.