大傾角富水層工作面多級(jí)連續(xù)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

摘 要：本文分析付煤公司3上1001工作面涌水量影響因素，進(jìn)行排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出大傾角富水層工作面多級(jí)連續(xù)排水系統(tǒng)。并通過(guò)對(duì)該排水系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算，保證該設(shè)計(jì)的可行性及實(shí)用性。經(jīng)過(guò)多級(jí)沉淀過(guò)濾系統(tǒng)，增加設(shè)備使用周期，無(wú)需在工作面機(jī)尾處設(shè)置大型水倉(cāng)，減少人工投入，為其它礦井類似條件下高效安全推采工作面提供了良好的指導(dǎo)、借鑒和技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：大傾角；富水層；多級(jí)連續(xù)；排水系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.068

1 研究背景與意義

煤礦井下排水系統(tǒng)是最重要的生產(chǎn)系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著排除煤炭生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種積水的重任。隨著煤礦采掘工程的不斷延伸，井下排水系統(tǒng)的改造工程會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，如何選擇經(jīng)濟(jì)合理，穩(wěn)定安全的排水系統(tǒng)方案是煤礦安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作。由此可見(jiàn)，研究煤礦井下排水系統(tǒng)對(duì)于煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)有著重要的意義。

2 付煤公司3上1001工作面概況及涌水量影響因素

付煤公司3上1001工作面位于東十采區(qū)中東部，東為歡城斷層，南與3上1007工作面相鄰（未掘），西為北翼軌道巷，北為3上下1002工作面采空區(qū)，煤層厚度5.35～5.52m，工作面直接頂為3.51m的粉砂巖，基本頂為16.52m中砂巖，直接底為0.3m泥巖，基本底為6.74m砂質(zhì)泥巖。采用走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，液壓支架支護(hù)頂板，全部垮落法管理頂板，機(jī)采平均高度5.2±0.1m。工作面運(yùn)輸巷沿煤層頂板掘進(jìn)，巷道采用錨網(wǎng)梯索支護(hù)方式，巷道為矩形斷面，高度4.4m，寬度4.2m，斷面積為18.48m2。影響本工作面回采的主要水文因素為：采空區(qū)積水、頂板砂巖水、斷層裂隙水、底板水。

①采空區(qū)積水。東十采區(qū)北高南低，上部3上1002、3上1003、3上1004采空區(qū)積水對(duì)3上1001工作面生產(chǎn)存在影響。工作面掘進(jìn)期間已對(duì)3上1002采空區(qū)積水進(jìn)行打鉆疏放，共疏放靜積水量18萬(wàn)立方，現(xiàn)積水水位已低于工作面運(yùn)巷底板標(biāo)高，基本消除了采空區(qū)積水對(duì)工作面生產(chǎn)造成的水患威脅，經(jīng)實(shí)測(cè)老空區(qū)積水動(dòng)涌水量30m3/h，出水水量穩(wěn)定，預(yù)計(jì)最大涌水量40m3/h。②頂板砂巖水。頂板砂巖水為3上煤層開(kāi)采時(shí)的直接充水水源，屬裂隙承壓水，補(bǔ)給條件較差，頂板砂巖水通過(guò)構(gòu)造裂隙等導(dǎo)水通道對(duì)工作面回采產(chǎn)生影響。本工作面材巷側(cè)靠近付村向斜軸部，裂隙發(fā)育，易形成富水帶，工作面掘進(jìn)過(guò)程中揭露斷層裂隙帶附近均有不同程度的滴淋水現(xiàn)象，正常涌水量為20m3/h，預(yù)計(jì)最大涌水量為40m3/h。③斷層裂隙水。工作面揭露落差12m斷層，該斷層材巷揭露點(diǎn)處有滴淋水現(xiàn)象，打鉆探查斷層擺動(dòng)情況時(shí)，鉆孔有出水現(xiàn)象。3上1001工作面東鄰歡城支斷層， 掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)該斷層富水情況進(jìn)行了探查，鉆探無(wú)出水現(xiàn)象，但不排除工作面采動(dòng)后斷層活化導(dǎo)水可能性。預(yù)計(jì)斷層裂隙水正常涌水量5m3/h，最大涌水量40m3/h。④底板水。工作面回采后，受采動(dòng)影響底板裂隙帶波及含水層，將導(dǎo)致底板出水，預(yù)計(jì)工作面最大涌水量將增加10m3/h。

綜合以上分析，預(yù)計(jì)工作面開(kāi)采期間的正常涌水量55m3/h，最大涌水量130m3/h。工作面切眼兩端頭運(yùn)巷側(cè)標(biāo)高高于材巷側(cè)51m，工作面涌水大部分要通過(guò)材巷側(cè)的排水系統(tǒng)排出工作面，材巷側(cè)排水標(biāo)高差57.4米，運(yùn)巷側(cè)排水標(biāo)高差43.9米。

3 工作面材巷、運(yùn)巷排水設(shè)計(jì)

工作面最大涌水量130m3/h，按照1.5的安全系數(shù)工作面需形成排水能力不小于195 m3/h的排水系統(tǒng)。

3.1 工作面材巷

一級(jí)排水：材巷非工作面?zhèn)认锏?#架后方安設(shè)一臺(tái)QBK-100-20-11.0KW電泵，通過(guò)一路四寸管路排到5#水倉(cāng)（沉淀池）；工作面171#架側(cè)面安設(shè)兩臺(tái)風(fēng)泵，通過(guò)一路四寸管路排到5#水倉(cāng)（沉淀池）；1#巷道支架前方備用一臺(tái)QBK-100-20-11.0KW的排水泵（流量100m3/h，揚(yáng)程20米）用備用6寸管路排水。二級(jí)排水：6#水倉(cāng)安設(shè)兩臺(tái)BQS-100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚(yáng)程100米），均與原6寸管路相連。此兩臺(tái)泵使用原兩路電源。5#水倉(cāng)（沉淀池）內(nèi)安設(shè)一臺(tái)BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚(yáng)程100米），通過(guò)截止閥與4寸供風(fēng)管路相連，已連接電源備用。5#水倉(cāng)附近，備用一臺(tái)BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚(yáng)程100米）和開(kāi)關(guān)；材巷超前外備用一臺(tái)QBK-100-20-11.0KW水泵和開(kāi)關(guān)。并準(zhǔn)備好相應(yīng)的變頭、卡欄。

3.2 工作面運(yùn)巷

工作面運(yùn)巷轉(zhuǎn)載機(jī)道水量較小，將4#水倉(cāng)內(nèi)的水泵撤除，安設(shè)風(fēng)泵連接到4寸管路向外排水到3#水倉(cāng)。在3#水倉(cāng)內(nèi)安設(shè)一臺(tái)75KW水泵，與一路4寸排水管路相連?，F(xiàn)場(chǎng)備用一臺(tái)75KW水泵和開(kāi)關(guān)，可直接接通電源通過(guò)4寸注漿管路進(jìn)行排水。形成工作面排水路線：（1）材巷排水路線：工作面機(jī)尾水池→3上1001材巷5#、6#水倉(cāng)→東十單軌吊車場(chǎng)→北翼軌道巷→-480軌道大巷→中央水倉(cāng)→地面。（2）運(yùn)巷排水路線：工作面轉(zhuǎn)載機(jī)→3上1001運(yùn)巷11#水倉(cāng)→3上1002運(yùn)巷→1002運(yùn)聯(lián)→北翼軌道巷→-480軌道大巷→中央水倉(cāng)→地面。

3.3 沉淀池及水倉(cāng)施工參數(shù)

沉淀池凈尺寸為：長(zhǎng)×寬=2.3×1.7m，水倉(cāng)凈尺寸為：長(zhǎng)×寬=2.3×2.1m，以底板為基準(zhǔn)向下臥深凈尺寸不小于0.8m。水倉(cāng)及沉淀池底板漿底厚度為100mm，周邊不再打錨桿支護(hù)，周邊及中間隔墻均采用磚砌墻體、沙灰抹面。周邊砌墻厚度為100mm，中間隔墻寬度為200mm。在水倉(cāng)與沉淀池中間隔墻留兩個(gè)出水口，出水口尺寸為：長(zhǎng)×高=0.3×0.3m。

4 工作面排水能力驗(yàn)算

工作面材巷6#水倉(cāng)至門口排水管出水口1016m，高差47.7m（-524.4m—-476.7m）。一級(jí)排水：工作面機(jī)尾QBK-100-20-11.0KW水泵的額定排水能力為100m?/h，考慮到水泵老化，排水能力降低，11.0KW水泵的現(xiàn)排水能力為70m?/h，每臺(tái)風(fēng)泵的排水能力為30m?/h，兩臺(tái)計(jì)60m?/h；備用泵QBK-100-20-11.0KW排水能力為70m?/h，運(yùn)巷風(fēng)泵排水能力為30m?/h。合計(jì)排水能力230m?/h。二級(jí)排水：運(yùn)巷BQS -100-100-75KW水泵額定排水能力100m?/h?？紤]多為修復(fù)水泵，排水能力降低，75KW水泵現(xiàn)排水能力為70m?/h；材巷6#水倉(cāng)內(nèi)的兩臺(tái)BQS -100-100-75KW水泵同時(shí)接到6寸排水管路中，其最大排水量為90m?/h；材巷5#水倉(cāng)內(nèi)的一臺(tái)BQS -100-100-75KW水泵的排水能力為70m?/h。合計(jì)排水能力230m?/h。工作面總排水能力滿足195m?/h設(shè)計(jì)要求。

5 經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益分析

該排水系統(tǒng)可以滿足工作面安全高效生產(chǎn)需求，減少設(shè)備投入。經(jīng)過(guò)多級(jí)沉淀過(guò)濾系統(tǒng)，增加設(shè)備使用周期，無(wú)需在工作面機(jī)尾處設(shè)置大型水倉(cāng)，減少人工投入，為其它礦井類似條件下高效安全推采工作面提供了良好的指導(dǎo)、借鑒和技術(shù)保障。

作者簡(jiǎn)介：馮飛，男，山東濟(jì)寧人，研究生，助理工程師。