虹吸原理在疏放礦井老空水的應(yīng)用研究

杜浩輝

摘? 要：按照礦井生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，煤礦采空區(qū)水害危害極大，如果處理不當(dāng)會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，是煤礦防治水的重點(diǎn)。為了保證礦井老空水疏放效果，煤礦企業(yè)開始將虹吸原理運(yùn)用到老空水疏放操作中，并已取得一定的成效。通過對(duì)老空水形成原因與虹吸原理基本情況的分析，對(duì)其在礦井老空水疏放中的具體運(yùn)用展開深層次探究，旨在提升老空水疏放水平，達(dá)到理想化煤礦生產(chǎn)模式。

關(guān)鍵詞：工作面;老空水;礦井;虹吸原理;老空水疏放

中圖分類號(hào)：TD745? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

老空積水有著明顯的隱蔽性、分散性以及孤立性特征，空間中動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)較為突出，水位、面積以及水量等會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生改變，整體空間分布形態(tài)判斷難度較大，且形狀變化沒有規(guī)律可循，治理較為困難。如果沒有及時(shí)對(duì)老空水進(jìn)行處理，可能會(huì)在放水時(shí)出現(xiàn)積水失控涌出等狀況，會(huì)造成較大安全事故，威脅人員人身財(cái)產(chǎn)安全，后果不堪設(shè)想，所以對(duì)其處理展開研究極為必要。

1 老空水形成原因

煤礦生產(chǎn)主要以煤層回采以及井巷挖掘?yàn)橹?，在生產(chǎn)過程中會(huì)形成不同大小的地下空間，加之在進(jìn)行采掘時(shí)，無法避免會(huì)揭露、接近某些含水層，所以當(dāng)在含水層水位以下實(shí)施施工，且承受了一定的靜水壓力時(shí)，水體就會(huì)出現(xiàn)失衡的情況，涌入到采場(chǎng)或巷道之中，經(jīng)過一段時(shí)間之后，便會(huì)形成老空區(qū)積水。同時(shí)，采掘活動(dòng)所造成的頂板巖層移動(dòng)，也是導(dǎo)致采空區(qū)積水的主要原因之一。除此之外，生產(chǎn)區(qū)域存在沒有查明含水?dāng)鄬?、工作面進(jìn)入到導(dǎo)水鉆孔區(qū)等，也會(huì)造成采空大面積積水問題，需要科學(xué)分析，采取措施。

2 虹吸原理

虹吸就是一種運(yùn)用液面高度差作用力的現(xiàn)象。在倒“U”形管狀結(jié)構(gòu)中倒?jié)M液體后，將高開口端放入裝滿液體容器之中，容器中的液體會(huì)在高度差作用下，持續(xù)從低開口端流出。就本質(zhì)而言，虹吸是在大氣壓強(qiáng)以及液體壓強(qiáng)雙重作用下產(chǎn)生的，將其運(yùn)用到老空水疏放之中，可在保證水體疏放充分性的同時(shí)，確保整體操作安全性以及有效性，作用較為顯著。

3 虹吸原理在礦井老空水疏放中的運(yùn)用

為了對(duì)虹吸原理的具體應(yīng)用進(jìn)行全面分析，在此將以某煤礦老空水疏放實(shí)例為例，對(duì)原理運(yùn)用情況進(jìn)行研究。

3.1 實(shí)際案例

該次煤礦位于某煤田淺部區(qū)域，開采煤層是二疊系山西組煤層，整體水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，整體施工難度相對(duì)較大。在進(jìn)行11采區(qū)回采施工后發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)域出現(xiàn)了大面積積水問題，并存在動(dòng)態(tài)補(bǔ)水狀況，導(dǎo)致深部工作面開采施工受到直接限制，如果無法對(duì)積水進(jìn)行合理處理，很有可能會(huì)引發(fā)重大事故。為做好積水疏放，保證老空水治理質(zhì)量，企業(yè)決定運(yùn)用虹吸原理展開老空水疏放。

工作面具體情況：本次工作面A位于11采區(qū)下山西翼最下端位置，是采區(qū)下山最后工作面，整體層面傾斜角度為6°，平均開采深度在450 m左右。通過對(duì)煤層直頂板的分析發(fā)現(xiàn)，直頂板主要包含砂質(zhì)泥巖以及炭質(zhì)泥巖等物質(zhì)，其中老頂部分屬于砂巖含水層，整體厚度在18 m左右。工作面和鄰近采空區(qū)的隔離煤柱寬在22 m左右，周邊工作面之間才動(dòng)影響屬于相互連通狀態(tài)，整體積水區(qū)域面積較大，積水水位在+25 m左右，積水面積大概在28萬m2左右，對(duì)工作面掘進(jìn)施工形成了一定程度的威脅。

3.2 探放施工與效果

工作面A從4月份開始實(shí)施采掘施工，為保證巷道掘進(jìn)安全性，防止上部采空區(qū)積水對(duì)整體施工造成影響，施工團(tuán)隊(duì)沿煤層展開了多處探放孔施工，整體進(jìn)尺在420 m左右，探放孔總流量平均在105 m?/h。

通過探放施工發(fā)現(xiàn)。1）除采空區(qū)有大量靜置的積水之外，還存在著105 m?/h左右的動(dòng)態(tài)化補(bǔ)水，采空區(qū)存在著明顯的上下聯(lián)通狀況。2）工作面上部老空區(qū)最低點(diǎn)為-39.9 m，存在泄水孔淤塞或者塌孔問題，致使積水水位出現(xiàn)上升趨勢(shì)。3）因?yàn)槭艿巾敯辶严端约袄峡账畡?dòng)態(tài)補(bǔ)給的影響，巷道掘進(jìn)安全受到了直接威脅。4）工作面整體構(gòu)造較為復(fù)雜，探放水施工難度較大，因此存在著探放水施工不理想的狀況，并不利于工作面回采工作開展。5）運(yùn)用水泵展開二級(jí)排放處理，整體排放成本相對(duì)較高，并不符合經(jīng)濟(jì)方面要求。

3.3 疏放方案

3.3.1 整體方案規(guī)劃

由于上巷道探放低洼處采空區(qū)積水情況并不理想，所以該次決定運(yùn)用集中排水巷以及下巷底板抽放巷貫通的方式，在集中排水巷道展開疏水鉆孔施工，和下巷道、下巷道底板抽放鋪設(shè)疏放管道展開連接，進(jìn)而通過對(duì)虹吸原理的運(yùn)用，將積水自然排放到制定區(qū)域內(nèi)。

3.3.2 方案執(zhí)行

3.3.2.1 集中排水巷

在進(jìn)行集中排水巷處理過程中，首先需要在上巷水一點(diǎn)位置處展開變向施工，使其進(jìn)入到煤層底板位置，并按照煤層走向展開集中巷小下山施工，且要在進(jìn)入到煤層底板下10 m位置時(shí)，實(shí)施下巷底板抽放巷與集中排水巷連通處理，將其作為瓦斯底板抽放巷展開運(yùn)用。

3.3.2.2 疏水鉆孔

疏水鉆孔施工主要集中在集中排水巷上方位置，該次施工共設(shè)置3個(gè)疏水鉆孔。同時(shí)需要做好控水閘閥門安裝，以便對(duì)放水情況展開全面管控。

3.3.2.3 疏放管道安裝

為了保證虹吸管理發(fā)揮效果，在進(jìn)行疏放管道布置前，需要做好整體施工區(qū)域情況調(diào)查，并要按照調(diào)查結(jié)果，對(duì)管道高低口位置進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員需要做好逐段管道鋪設(shè)安排，保證積水排放流暢程度，以防因管道安裝不當(dāng)而使虹吸原理發(fā)揮受到限制。該次工程嚴(yán)格按照虹吸原理展開了管道安裝規(guī)劃，整體管道排水較為順暢，虹吸作用得到了發(fā)揮。

3.3.3 放水過程監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行放水時(shí)，需要做好3個(gè)方面的監(jiān)測(cè)。1）水位監(jiān)測(cè)。在進(jìn)行放水過程中，需要對(duì)水壓以及水位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，把握老空水具體余水量變化，確定是否存在動(dòng)態(tài)補(bǔ)給，并以各項(xiàng)數(shù)據(jù)為參考，展開后續(xù)處理方案編制。2）水質(zhì)監(jiān)測(cè)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)也是放水監(jiān)測(cè)不可忽視的內(nèi)容，需要按照老空水來源以及水質(zhì)特征，對(duì)水質(zhì)水樣展開檢測(cè)，確定水質(zhì)主要成分，進(jìn)而判斷出積水動(dòng)態(tài)補(bǔ)水主要來源，以便進(jìn)行針對(duì)性的治理。3）放水后期監(jiān)測(cè)。在疏放處理完成之后，仍然需要對(duì)水鉆孔以及防水后期各項(xiàng)情況展開監(jiān)控，以便及時(shí)對(duì)潛在隱患展開處理，保證回采安全程度。

3.3.4 疏放情況

根據(jù)定向施工、梯次控制整體思路，工作面A展開了3個(gè)泄水孔施工，并在最終孔洞施工時(shí)，進(jìn)入到了上部采空區(qū)域。因?yàn)椴煽諈^(qū)下巷水倉(cāng)最低點(diǎn)標(biāo)高低于水倉(cāng)內(nèi)部標(biāo)高以及外標(biāo)高，且低于采空區(qū)下巷最高點(diǎn)標(biāo)高，在完成疏放管道鋪設(shè)后，整體環(huán)境處于全封閉狀態(tài)，符合虹吸原理各項(xiàng)條件，所以在內(nèi)部壓力作用下，高位管口位置的老空水被順利吸入到了下巷最高點(diǎn)位置，并經(jīng)過最低點(diǎn)位置排到了指定地點(diǎn)。

3.4 處理結(jié)果

完成疏放操作之后，管理團(tuán)隊(duì)對(duì)疏放結(jié)果展開了實(shí)地調(diào)查。經(jīng)過實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用虹吸原理展開老空水疏放，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)給水的有效處理，整體操作較為安全，沒有發(fā)生任何安全事故，且沒有再出現(xiàn)涌水問題。同時(shí)，因?yàn)榇朔N方式并不需要使用大量機(jī)械設(shè)備，所以整體處理成本也相對(duì)較低，整體經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。

4 結(jié)語

鑒于老空水所存在的各項(xiàng)危害，各礦井企業(yè)需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)老空水治理工作的重視程度。企業(yè)要在對(duì)老空水形成基本原因展開掌握的基礎(chǔ)上，以形成原因?yàn)閷?dǎo)向，按照虹吸原理制定出較為合理的積水疏放方案，保證虹吸作用可以在積水排放中得到充分運(yùn)用，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期老空水處理效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)水害的有效防治，以為整體礦區(qū)開采創(chuàng)造出更加安全、理想的工作環(huán)境。該文闡述的虹吸原理運(yùn)用方式并不全面，只希望能夠起到拋磚引玉的作用。

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