強(qiáng)排水倉(cāng)與中央水倉(cāng)聯(lián)合構(gòu)建方式設(shè)計(jì)

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 太原 030001）

1 規(guī)范、規(guī)程之要求

目前山西省大部分礦井淺部煤層已基本開采殆盡，下部煤層一般均受上覆采空區(qū)積水或底板奧灰水影響。據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，受采空區(qū)（老空區(qū)）、奧灰水影響的礦井，一般其水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型或極復(fù)雜類型。按《煤礦安全規(guī)程》（2016版）第三百零八條規(guī)定應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)由地面直接供電控制，且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。

2 潛水泵房與中央（采區(qū)）水倉(cāng)聯(lián)合之構(gòu)建思路

2.1 潛水泵安裝方式

一般潛水泵布置方式有立式、平臥式和斜臥式三種方式。立式安裝工程量大，施工復(fù)雜，平臥式安裝易受水中雜質(zhì)影響而堵塞，因而，井下潛水泵多采用斜臥式安裝。將其放置在傾斜的泵坐上，或?qū)⑵浞胖迷谇謇硭畟}(cāng)的傾斜巷道內(nèi)，傾斜的角度應(yīng)按巷道標(biāo)高、涌水量大小、水倉(cāng)有效容積綜合確定，傾角越大，越有利于潛水泵受力，延長(zhǎng)潛水泵使用年限。

2.2 相關(guān)參數(shù)的確定

在礦井設(shè)計(jì)施工中，水倉(cāng)入口一般均布置于開采區(qū)域的最低點(diǎn)。單獨(dú)構(gòu)建水倉(cāng)時(shí)，在吸水井深度、泵房標(biāo)高確定的基礎(chǔ)上，為減少水倉(cāng)掘進(jìn)工程量且保證水倉(cāng)容量的最大利用率，一般情況下，水倉(cāng)斷面（半圓拱形）墻高在500～1000 mm之間，水倉(cāng)的最高儲(chǔ)水液面由水倉(cāng)入口水溝底板標(biāo)高、泵房硐室電纜溝底板標(biāo)高確定，此時(shí)設(shè)計(jì)礦井涌水達(dá)到最高儲(chǔ)水液面高度時(shí)，水倉(cāng)巷道為封閉巷道，有效容量滿足《煤礦安全規(guī)程》之規(guī)定。

如此時(shí)再考慮強(qiáng)排水倉(cāng)與正常水倉(cāng)聯(lián)合構(gòu)建時(shí)，其設(shè)計(jì)主要考慮程序、因素有：

（1）潛水泵上吸水口不應(yīng)高于離心泵房底板標(biāo)高。

（2）強(qiáng)排水倉(cāng)與原有水倉(cāng)相連，為盡量確保水質(zhì)相對(duì)較清；水倉(cāng)與強(qiáng)排水倉(cāng)連接處應(yīng)設(shè)置擋煤泥墻或過水閘們（鐵篦子），以防突水時(shí)，雜物匯入強(qiáng)排水倉(cāng)，影響潛水泵正常工作。

（3）水倉(cāng)與強(qiáng)排水倉(cāng)連接處除設(shè)置擋煤泥墻或過水閘們外，應(yīng)保留一定過水高度。保證水害時(shí)有一定的過水?dāng)嗝妗?/p>

（4）強(qiáng)排水倉(cāng)有效容積為“最高液面”和“最低液面”差值與巷道長(zhǎng)度和寬度乘積。

①最高液面：水倉(cāng)最高有效液面與巷道貫通處水溝底板。

②最低液面：潛水泵上吸口1m處（潛水泵布置傾斜巷道中的下部。與實(shí)際巷道布置情況綜合確定，以滿足“最小強(qiáng)排有效容量為依據(jù)”）。

3 工程實(shí)例

3.1 礦井水文地質(zhì)類型

據(jù)《山西朔州平魯區(qū)龍礦大恒煤業(yè)有限公司4號(hào)、9號(hào)煤層配采地質(zhì)報(bào)告》及《煤礦防治水細(xì)則》，礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等類型。

3.2 涌水量

據(jù)地質(zhì)報(bào)告資料，涌水量采用富水系數(shù)比擬法預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

（1）配采時(shí)期

采用富水比擬法計(jì)算礦井在年產(chǎn)3.0 Mt/a時(shí)，即4（4-1、4-2）號(hào)煤層生產(chǎn)能力為1.0 Mt/a，正常涌水量為8.4m3/h，最大涌水量為13.9m3/h；9（9-1、9-2）號(hào)煤層生產(chǎn)能力為2.0 Mt/a，正常涌水量為83.3m3/h，最大涌水量為100m3/h；故礦井正常涌水量為91.7m3/h，最大涌水量為114.0m3/h。

（2）單獨(dú)開采9-1、9-2、11號(hào)煤層生產(chǎn)能力達(dá)到3.0 Mt/a 生產(chǎn)能力時(shí)，9-1、9-2號(hào)煤層礦井正常涌水量125m3/h，最大礦井涌水量150m3/h。

據(jù)煤層開采服務(wù)年限，礦井后期聯(lián)合開采9、11號(hào)煤層，同時(shí)考慮消防灑水、黃泥灌漿析出水量，預(yù)測(cè)礦井正常涌水量為180m3/h，最大涌水量為220m3/h。

（3）綜合考慮煤層帶壓開采、地質(zhì)構(gòu)造（煤層整體上為單斜，井田北部～重點(diǎn)開采區(qū)域，斷層較為發(fā)育）及4號(hào)煤層采空區(qū)積水問題，為提高礦井抗水害災(zāi)變能力，經(jīng)專家研究、會(huì)審確定增加強(qiáng)排系統(tǒng)。強(qiáng)排水量Q=300m3/h。

3.3 實(shí)際構(gòu)建的參數(shù)

（1）采區(qū)水倉(cāng)容量

據(jù)礦井開采4號(hào)煤層實(shí)際情況，4號(hào)煤層正常涌水量為35m3/h，最大涌水量為60m3/h；9號(hào)煤層正常涌水量為145m3/h，最大涌水量為160m3/h。

開采4號(hào)煤層的采區(qū)涌水自流至副斜井井底主排水泵房水倉(cāng)；9號(hào)煤層采區(qū)涌水沿下組煤西翼回風(fēng)巷排至副斜井井底主排水泵房水倉(cāng)。

故9號(hào)煤層采區(qū)水倉(cāng)有效容量Q≥4×145=580m3。

（2）強(qiáng)排水倉(cāng)有效容量

強(qiáng)排水倉(cāng)有效容量與設(shè)計(jì)突水量、排水路線密切相關(guān)。本礦井強(qiáng)排水量Q=300m3/h，據(jù)《煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50451-2017）的相關(guān)要求，若設(shè)置地面鉆孔安裝排水管路，則強(qiáng)排水倉(cāng)有效容量應(yīng)為300m3，若沿巷道敷設(shè)排水管路，強(qiáng)排水倉(cāng)有效容量約為700m3。

（3）聯(lián)合構(gòu)建方案

據(jù)地面是否適宜布置強(qiáng)排鉆孔、水倉(cāng)有效容量大小而確定的施工方式和水倉(cāng)的成型，可分為“V型”和“大開挖V型”+“一字型”的構(gòu)建方式。

①“V型”構(gòu)建方式

在布置有地面鉆孔、確保有效容量滿足要求的前提下。強(qiáng)排水倉(cāng)宜采用“V型”構(gòu)建方式，即強(qiáng)排水倉(cāng)巷道先以一定坡度向下掘進(jìn)，掘至要求深度后布置一定長(zhǎng)度的水平段后向上掘進(jìn)與水倉(cāng)入口斜段巷道貫通，見圖1、圖2。

圖1 V字形強(qiáng)排水倉(cāng)構(gòu)建方案剖面

圖2 一字形強(qiáng)排水倉(cāng)構(gòu)建方案平面

該布置方式水泵呈斜臥式布置，強(qiáng)排水倉(cāng)斷面共分兩部分，一部分為5.0×1.8（直墻高）的半圓拱斷面，另一部分為3.5×0.5（直墻高）的半圓拱斷面。經(jīng)計(jì)算，強(qiáng)排水倉(cāng)實(shí)際有效容量即為圖1陰影部分體積45.85×5+24.38×3.5=314.58m3＞300m3，滿足設(shè)計(jì)要求。

②“大開挖V型”+“一字型”構(gòu)建方式

假如強(qiáng)排管路沿巷道敷設(shè)至地面，則強(qiáng)排水倉(cāng)宜采用“大開挖V型”+“一字型”構(gòu)建方式，即強(qiáng)排水倉(cāng)巷道與水倉(cāng)入口斜段巷道底部呈直角相連，其布置方式見圖3、圖4。

圖3 強(qiáng)排水倉(cāng)構(gòu)建方案剖面

圖4 強(qiáng)排水倉(cāng)構(gòu)建方案平面

經(jīng)計(jì)算，強(qiáng)排水倉(cāng)實(shí)際有效容量即為圖c陰影部分體積45.85×5+148.83×3.5=750.555m3＞700m3，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過對(duì)比以上兩種構(gòu)建方式，“V”型方式施工相對(duì)簡(jiǎn)單，儲(chǔ)水量較?。欢按箝_挖V型”+“一字型”施工相對(duì)復(fù)雜，但儲(chǔ)水量大。結(jié)合大恒煤業(yè)地面、井下巷道的布置情況，為簡(jiǎn)化排水系統(tǒng)，節(jié)省投資，設(shè)計(jì)在已有選煤廠變電所附近設(shè)置強(qiáng)排鉆孔（h=300m，φ=315 mm）直通井下采區(qū)水倉(cāng)，強(qiáng)排水倉(cāng)與采區(qū)水倉(cāng)采用“V”型構(gòu)建方式。

4 結(jié)語

從以上兩構(gòu)建方式來講，其主要的決定因素為強(qiáng)排管路的敷設(shè)路徑和強(qiáng)排水量。在強(qiáng)排水量一定的情況下，從施工難易程度、工期、工程量和投資角度分析，如適宜布置地面鉆孔則采用“V”型構(gòu)建方式；如地面不易布置鉆孔，則采用“大開挖V”十“一字型”的布置方式。