井巷下山綜掘排水研究及應(yīng)用

陶貴兵

摘 要：EBZ260H型懸臂式掘進(jìn)機(jī)以其安全、高效、節(jié)能等的先進(jìn)性能用于煤礦半巖或全巖巷道掘進(jìn)。川南建工在雨汪煤礦一井施工的10102頂板瓦斯抽采巷，設(shè)計(jì)坡度下山負(fù)5-10°，采用綜掘施工。在施工過程中發(fā)生頂幫淋水，為解決工作面積水問題，對比分析后采取安裝盲管抽水的方法，在巷幫上吊掛氣動隔膜泵，將泵吸水端放置在綜掘機(jī)鏟板下方安裝的Φ108mm鋼管中，從而達(dá)到抽取鏟板附近積水目的，實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)掘進(jìn)過程中排水的效果。

關(guān)鍵詞：井巷掘進(jìn);綜掘;下山;排水

EBZ260H型綜掘機(jī)適合±18°的斜巷施工，以其穩(wěn)定的截割能力和出矸系統(tǒng)在巷道掘進(jìn)中為施工單位創(chuàng)造了優(yōu)異的成績。川南建工在雨汪煤礦一井10102頂板抽采巷上段的施工過程中，按照設(shè)計(jì)施工-10°的巷道，在施工過程中因遇到頂板裂隙出水。綜掘施工的巷道底板堅(jiān)固，無滲水裂隙，導(dǎo)致出水聚集在施工工作面，影響正常施工。在下山掘進(jìn)設(shè)備布置中，綜掘機(jī)后方接帶式輸送機(jī)，因工作面積水嚴(yán)重，矸石含水含淤量過大，造成綜掘機(jī)刮板運(yùn)輸機(jī)和帶式輸送機(jī)運(yùn)輸矸石困難，進(jìn)一步增加了施工難度。針對上述現(xiàn)象，對比了三種排水方案，綜合優(yōu)化，最終選取了鏟板下方安裝盲管，用于放置氣動隔膜泵的吸水管，將工作面積水排出的方案。

1工程概況

雨汪煤礦一井是中國華能集團(tuán)云南滇東能源有限責(zé)任公司礦業(yè)分公司在富源縣十八連山鎮(zhèn)開設(shè)的年產(chǎn)300萬噸的井工煤礦。煤礦設(shè)計(jì)并建成有主副兩個立井，風(fēng)井有回風(fēng)立井一個，集中進(jìn)風(fēng)斜巷一條。分為三個采（盤）區(qū)開拓，C2煤層首采101盤區(qū)，盤區(qū)采用頂板抽采煤層間瓦斯。設(shè)計(jì)了10102頂板瓦斯抽采巷，巷道設(shè)計(jì)總長度為2480米，風(fēng)井區(qū)域施工1000米，斷面為10平方米，設(shè)計(jì)坡度負(fù)5-10°。

2巷道設(shè)備布置

10102頂板瓦斯抽采巷采用綜掘施工，安設(shè)一臺EBZ260H型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，用于工作面掘進(jìn)作業(yè)。10102頂板瓦斯抽采巷安裝有一臺DSJ80-2×55-1000M帶式輸送機(jī)，自巷道開口位置延伸至工作面，用于運(yùn)輸工作面的矸石。利用綜掘機(jī)刮板運(yùn)輸機(jī)、皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)和帶式輸送機(jī)形成完整的出矸系統(tǒng)。

由于頂板出現(xiàn)淋水，在工作面帶式輸送機(jī)重載機(jī)尾后方施工了一個臨時水倉，儲水量約4立方米。臨時水倉中安設(shè)了一臺型號為BQS50-60/2-18.5/B的潛水排沙泵，沿斜坡往上鋪設(shè)一趟φ108mm排水鋼管，構(gòu)成臨時排水系統(tǒng)。

3出水情況及涌水量計(jì)算

該巷道發(fā)生的出水分為兩種，一種為鉆場鉆孔出水，在地質(zhì)鉆施工過程中，鉆孔穿過出水層，水流順鉆孔涌出。鉆孔出水量集中，出水大，方便采用水管引導(dǎo)。另一種為頂板裂隙水，巷道掘進(jìn)途徑構(gòu)造帶，或施工支護(hù)錨桿時錨桿眼孔進(jìn)入裂隙層，頂板裂隙出水分散，出水大，難治理，此次研究主要針對頂板裂隙水。

采用容積法和流速法綜合計(jì)算涌水量：在施工巷道工作面指定涌水量觀測點(diǎn)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總?cè)胂卤?/p>

4排水方案對比分析

第一種方案，直接退出綜掘機(jī)，將隔膜泵放置在工作面抽水。本方法簡單直接，最容易操作。下山掘進(jìn)中，涌水量較小的情況下，可以正常組織工作面上半部的掘進(jìn)工作，待上半部掘進(jìn)完成后工作面鏟板下方積水量達(dá)到2-4立方米，然后將綜掘機(jī)退出，將隔膜離泵放置在工作面，抽水開始，正常情況下，2小時左右能將工作面積水抽盡。方可繼續(xù)截割下半部和掃低工作。但是本方案存在較大缺陷，一方面需要將綜掘機(jī)退出后方可布置泵，在無泵的情況下水積聚在工作面，影響施工進(jìn)度;另一方面泵在抽水過程中也需要時間，讓施工工序的銜接出現(xiàn)空洞。

第二種方案，在巷幫掏一個臨時小水倉，在水倉內(nèi)抽水。在掘進(jìn)過程中，優(yōu)先施工巷道幫和底板，在巷道左幫底板水溝位置施工一個小水倉，將隔膜泵吸水端放置在水倉內(nèi)，積水聚集在水倉內(nèi)后，即可抽離工作面。本方案同樣存在缺陷，在掘進(jìn)過程中，截割下的矸石易堆積在小水倉中，同時較大的石塊掉落易砸壞泵吸水端，使水倉失去效果。

第三種方案，鏟板下方安裝盲管，用于放置啟動隔膜泵的吸水管，將工作面積水排出的方案。鋼管采用Φ108mm無縫鋼管，在四周鉆諸多小孔，安裝在綜掘機(jī)鏟板下方，綜掘機(jī)處于工作面時，積水可通過小孔進(jìn)入Φ108mm無縫鋼管中。隔膜泵放置在巷道幫，將吸水端延長，放置在Φ108mm無縫鋼管中，泵開啟后即可抽取積水。

對比分析三種方案，第一種和第二種均存在缺點(diǎn)，在實(shí)際使用中效果不佳，最后選擇采用第三種方案。本論文對該方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。

5方案介紹

10102頂板瓦斯抽采巷配置了一套簡易的排水系統(tǒng)，在綜掘機(jī)后方，斜坡上方施工了一個臨時水倉，將綜掘機(jī)后方巷道頂板淋水引至水倉中，水倉前方至工作面的淋水采用布置在工作面的隔膜泵抽出，排放至水倉中。水倉中布置一臺潛水排沙泵，用于抽出水倉的積水，在水倉上方斜巷內(nèi)安設(shè)有Φ108mm無縫鋼管，用于排水。

礦用隔爆型潛水排沙泵選型，因涌水量達(dá)到了43.82m3/h，因此選用的水泵流量為50m3/h，根據(jù)巷道掘進(jìn)工作面與上水平巷道的標(biāo)高差，選用水泵揚(yáng)程為60m，因此選用水泵BQS50-60/2-18.5/B。

氣動隔膜泵選型，氣動隔膜泵主要作用是將工作面的積水抽出并輸送至臨時水倉，因此氣動隔膜泵的揚(yáng)程要求不高。選用流量20m3/h，揚(yáng)程20m的隔膜泵可以滿足，因此選用QBY-80型氣動隔膜泵。

方案優(yōu)化：加工3根Φ108mm無縫鋼管，取長度2m，厚度為10mm，均勻加工大小為10mm，排距、間距為100mm的圓孔。將加工好的鋼管均勻安裝在綜掘機(jī)鏟板下方。延長氣動隔膜泵的吸水端管路，放置在綜掘機(jī)鏟板下方的Φ108mm無縫鋼管中，將氣動隔膜泵安設(shè)在綜掘機(jī)后方的巷幫上。

在截割過程中，可將綜掘機(jī)鏟板下降，啟動啟動隔膜泵，即可實(shí)現(xiàn)在邊掘進(jìn)邊抽水的效果。

6總結(jié)

對比分析各種方案，并在實(shí)際運(yùn)用中實(shí)驗(yàn)了“直接退出綜掘機(jī)，將隔膜泵放置在工作面抽水”和“鏟板下方安裝盲管，用于放置啟動隔膜離泵的吸水管，將工作面積水排出的方案”兩種方案，都取得較好的效果，特別是安裝鋼管的方式，更是取得顯著的效果。在后續(xù)的下山掘進(jìn)中值得推廣本方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉昊.綜合防治水技術(shù)在綜掘煤巷施工中的應(yīng)用[J].石化技術(shù).2020（06）：286-287.

[2]張向偉.采礦工程巷道掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)[J].百科論壇電子雜志.2020（12）：1201.

[3]裴守輝.巖巷下山施工排水系統(tǒng)優(yōu)化與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2018（S2）：261-263.