大傾角富水層工作面多級連續排水系統設計與優化

摘 要：本文分析付煤公司3上1001工作面涌水量影響因素，進行排水系統設計，提出大傾角富水層工作面多級連續排水系統。并通過對該排水系統進行驗算，保證該設計的可行性及實用性。經過多級沉淀過濾系統，增加設備使用周期，無需在工作面機尾處設置大型水倉，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、借鑒和技術保障。

關鍵詞：大傾角；富水層；多級連續；排水系統

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

1 研究背景與意義

煤礦井下排水系統是最重要的生產系統之一，擔負著排除煤炭生產過程中產生的各種積水的重任。隨著煤礦采掘工程的不斷延伸，井下排水系統的改造工程會經常出現，如何選擇經濟合理，穩定安全的排水系統方案是煤礦安全生產的一項重要工作。由此可見，研究煤礦井下排水系統對于煤炭企業的安全生產有著重要的意義。

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，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砂質泥巖。采用走向長壁后退式一次采全高綜合機械化采煤法，液壓支架支護頂板，全部垮落法管理頂板，機采平均高度5.2±0.1m。工作面運輸巷沿煤層頂板掘進，巷道采用錨網梯索支護方式，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：采空區積水、頂板砂巖水、斷層裂隙水、底板水。

①采空區積水。東十采區北高南低，上部3上1002、3上1003、3上1004采空區積水對3上1001工作面生產存在影響。工作面掘進期間已對3上1002采空區積水進行打鉆疏放，共疏放靜積水量18萬立方，現積水水位已低于工作面運巷底板標高，基本消除了采空區積水對工作面生產造成的水患威脅，經實測老空區積水動涌水量30m3/h，出水水量穩定，預計最大涌水量40m3/h。②頂板砂巖水。頂板砂巖水為3上煤層開采時的直接充水水源，屬裂隙承壓水，補給條件較差，頂板砂巖水通過構造裂隙等導水通道對工作面回采產生影響。本工作面材巷側靠近付村向斜軸部，裂隙發育，易形成富水帶，工作面掘進過程中揭露斷層裂隙帶附近均有不同程度的滴淋水現象，正常涌水量為20m3/h，預計最大涌水量為40m3/h。③斷層裂隙水。工作面揭露落差12m斷層，該斷層材巷揭露點處有滴淋水現象，打鉆探查斷層擺動情況時，鉆孔有出水現象。3上1001工作面東鄰歡城支斷層， 掘進過程中對該斷層富水情況進行了探查，鉆探無出水現象，但不排除工作面采動后斷層活化導水可能性。預計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，受采動影響底板裂隙帶波及含水層，將導致底板出水，預計工作面最大涌水量將增加10m3/h。

綜合以上分析，預計工作面開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巷側標高高于材巷側51m，工作面涌水大部分要通過材巷側的排水系統排出工作面，材巷側排水標高差57.4米，運巷側排水標高差43.9米。

3 工作面材巷、運巷排水設計

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

3.1 工作面材巷

一級排水：材巷非工作面側巷道3#架后方安設一臺QBK-100-20-11.0KW電泵，通過一路四寸管路排到5#水倉（沉淀池）；工作面171#架側面安設兩臺風泵，通過一路四寸管路排到5#水倉（沉淀池）；1#巷道支架前方備用一臺QBK-100-20-11.0KW的排水泵（流量100m3/h，揚程20米）用備用6寸管路排水。二級排水：6#水倉安設兩臺BQS-100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚程100米），均與原6寸管路相連。此兩臺泵使用原兩路電源。5#水倉（沉淀池）內安設一臺BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚程100米），通過截止閥與4寸供風管路相連，已連接電源備用。5#水倉附近，備用一臺BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，揚程100米）和開關；材巷超前外備用一臺QBK-100-20-11.0KW水泵和開關。并準備好相應的變頭、卡欄。

3.2 工作面運巷

工作面運巷轉載機道水量較小，將4#水倉內的水泵撤除，安設風泵連接到4寸管路向外排水到3#水倉。在3#水倉內安設一臺75KW水泵，與一路4寸排水管路相連。現場備用一臺75KW水泵和開關，可直接接通電源通過4寸注漿管路進行排水。形成工作面排水路線：（1）材巷排水路線：工作面機尾水池→3上1001材巷5#、6#水倉→東十單軌吊車場→北翼軌道巷→-480軌道大巷→中央水倉→地面。（2）運巷排水路線：工作面轉載機→3上1001運巷11#水倉→3上1002運巷→1002運聯→北翼軌道巷→-480軌道大巷→中央水倉→地面。

3.3 沉淀池及水倉施工參數

沉淀池凈尺寸為：長×寬=2.3×1.7m，水倉凈尺寸為：長×寬=2.3×2.1m，以底板為基準向下臥深凈尺寸不小于0.8m。水倉及沉淀池底板漿底厚度為100mm，周邊不再打錨桿支護，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。在水倉與沉淀池中間隔墻留兩個出水口，出水口尺寸為：長×高=0.3×0.3m。

4 工作面排水能力驗算

工作面材巷6#水倉至門口排水管出水口1016m，高差47.7m（-524.4m—-476.7m）。一級排水：工作面機尾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水泵的現排水能力為70m?/h，每臺風泵的排水能力為30m?/h，兩臺計60m?/h；備用泵QBK-100-20-11.0KW排水能力為70m?/h，運巷風泵排水能力為30m?/h。合計排水能力230m?/h。二級排水：運巷BQS -100-100-75KW水泵額定排水能力100m?/h。考慮多為修復水泵，排水能力降低，75KW水泵現排水能力為70m?/h；材巷6#水倉內的兩臺BQS -100-100-75KW水泵同時接到6寸排水管路中，其最大排水量為90m?/h；材巷5#水倉內的一臺BQS -100-100-75KW水泵的排水能力為70m?/h。合計排水能力230m?/h。工作面總排水能力滿足195m?/h設計要求。

5 經濟與社會效益分析

該排水系統可以滿足工作面安全高效生產需求，減少設備投入。經過多級沉淀過濾系統，增加設備使用周期，無需在工作面機尾處設置大型水倉，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、借鑒和技術保障。

作者簡介：馮飛，男，山東濟寧人，研究生，助理工程師。