利用采空區(qū)及廢棄巷道實(shí)現(xiàn)礦井水直排的探索與實(shí)踐

汪志東

摘要：避峰填谷是節(jié)約電費(fèi)的有效手段，如何延長(zhǎng)井下水倉(cāng)充水時(shí)間，在用電低谷時(shí)間段排水，是實(shí)現(xiàn)避峰填谷的關(guān)鍵；在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有的設(shè)施、減少投資、長(zhǎng)期受益是實(shí)現(xiàn)避峰填谷的最終目的。本課題圍繞以上兩點(diǎn)進(jìn)行展開(kāi)。

關(guān)鍵詞：避峰填谷 采空區(qū)利用

1 項(xiàng)目實(shí)施的重要性及可行性論證

牛兒莊采礦公司八盤(pán)區(qū)山青盤(pán)區(qū)采完后，八山青臨時(shí)泵房成為礦井的主要排水泵房。該區(qū)主要補(bǔ)給水源是八盤(pán)區(qū)山青采空區(qū)老空流水及伏青突水，水量約為1.8m3/min。而以往八盤(pán)區(qū)山青老空水匯聚至臨時(shí)泵房，一部分通過(guò)野青采空區(qū)流至三水平大泵房，剩下部分通過(guò)潛水泵管路排至三水平大泵房。這樣原本由-279.0m排至-200m水平的礦井水要流至-400m水平再排至-200m水平大泵房。此外，隨著礦井資源的枯竭，-400m水平大泵房保護(hù)煤柱要逐漸回收，如果能減少這1.8m3/min的礦井水量，對(duì)回收這部分資源是極為有利的。

綜合以上兩點(diǎn)，在八盤(pán)區(qū)山青臨時(shí)泵房建立水倉(cāng)，使礦井水直排-200m水平就顯得尤為重要。

通過(guò)對(duì)八盤(pán)區(qū)山青臨時(shí)泵房附近條件進(jìn)行分析，利用周邊廢棄巷道可作為臨時(shí)水倉(cāng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪和水泵排水要求，巷道有效儲(chǔ)水量在820m3，而臨時(shí)泵房原有一臺(tái)排水量為90m3/h的潛水泵，如果再安裝三臺(tái)額定排水量在280m3/h的臥泵，就可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，卻很難避開(kāi)用電高峰，因此增加八山青臨時(shí)水倉(cāng)的蓄水能力，延長(zhǎng)水倉(cāng)的充水時(shí)間是解決這一難題的最有效的方法。（圖1）

根據(jù)八盤(pán)區(qū)山青采空區(qū)涌水量測(cè)算，24小時(shí)總涌水量為1.8*60*24=2592m3，要利用用電高峰期蓄水，低谷時(shí)排水，必須是早6點(diǎn)至22點(diǎn)蓄水，同時(shí)，實(shí)際水倉(cāng)容量要達(dá)到1.8*60*16=1728m3即可滿足需要，這就需要擴(kuò)大水倉(cāng)容量。經(jīng)分析圖上綠色區(qū)域巷道可作為水倉(cāng)，并且利用這段巷道可以和采空區(qū)通過(guò)出煤石門(mén)相連，用采空區(qū)擴(kuò)大水倉(cāng)容量，但需在4處建立擋水墻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)底板標(biāo)高，需在1#、4#、5#位置分別建立2m、1m、2m的擋水墻，2#、3#位置建立密閉擋水墻，然后由3#墻接一趟排水管與泵房排水泵直連。據(jù)泵房水泵和巷道條件要求，排水水倉(cāng)蓄水前后標(biāo)高以-272.0m～-275.0m為宜，綠色巷道蓄水量約為1300m3，而與巷道相連的采空區(qū)相對(duì)應(yīng)標(biāo)高范圍內(nèi)的容量為：

采空區(qū)積水量：采用公式Q= K·S·H/cosθ進(jìn)行估算。

式中：S——采空積水區(qū)水平面積，m2（等高線范圍內(nèi)面積28894m2）；θ——煤層傾角（平均傾角8°）；H——采煤高度，m（山青采高1.4m）；K——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.2～0.35（最小值取0.2）。

按下限計(jì)算Q=K·S·H/cosθ

=0.2*28894*1.4/cos8°=8172m3

顯然這是最理想狀態(tài)。實(shí)際情況并非如此（后經(jīng)泵房蓄水開(kāi)泵情況驗(yàn)證），根據(jù)該礦通過(guò)采空區(qū)放水實(shí)驗(yàn)，由八盤(pán)區(qū)山青臨時(shí)泵房涌水通過(guò)采空區(qū)放水至三片口臨時(shí)觀測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)約620m采空區(qū)143小時(shí)后觀測(cè)到來(lái)水，得出的4.4m/h滲透速率結(jié)論。此結(jié)論通過(guò)五礦至該礦采空區(qū)過(guò)水通道得到驗(yàn)證，1800m采空區(qū)長(zhǎng)度，預(yù)計(jì)17天流入該礦，實(shí)際流入該礦時(shí)間為18天。

由此，八盤(pán)區(qū)臨時(shí)泵房蓄水排水循環(huán)周期為1天，即24小時(shí)，采空區(qū)滲透范圍為4.4*24=105.6m，據(jù)此，由出煤石門(mén)聯(lián)系的105m范圍內(nèi)的采空區(qū)作為水倉(cāng)是較為合理的，經(jīng)測(cè)算這部分面積為4201m2，由公式

Q=K·S·H/cosθ

=0.2*4201*1.4/cos8°=1188m3

V內(nèi)=V1+V2=1300+1188=2588m3

V1綠色巷道水倉(cāng)容量；

V2綠色巷道相連采空區(qū)水倉(cāng)容量；

V內(nèi)大于用電高峰期蓄水量1728m3，理論上是可以實(shí)現(xiàn)避峰填谷。

2 試驗(yàn)的過(guò)程與結(jié)果

為了臨時(shí)泵房安全起見(jiàn)，與1#、2#臥泵排水管道搭茬一趟安裝有管道泵的管路，在1#、2#泵出故障時(shí)可臨時(shí)排出內(nèi)水倉(cāng)的蓄水，這趟管路利用特殊的地勢(shì)條件，可以利用虹吸顯現(xiàn)將內(nèi)水倉(cāng)排至八山青一臺(tái)防水巷匯入三水平泵房，由于管道較長(zhǎng)，接口較多，個(gè)別接口處易跑氣，故需要借助管道泵在一定時(shí)間維持虹吸排水。

內(nèi)外水倉(cāng)的建立，該工程是先施工5個(gè)擋水墻，由于2#、3#墻屬于密閉擋水墻故需做專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)。巷道支護(hù)形式為錨桿支護(hù)，頂板巖層普氏系數(shù)f=4～6。巷道底板為泥巖，遇水膨脹。巷道為拱形斷面。

該供排水工程按設(shè)計(jì)于9月中旬竣工，進(jìn)行避峰填谷排水實(shí)驗(yàn)。八盤(pán)區(qū)臨時(shí)泵房共安設(shè)排水泵5臺(tái)，三臺(tái)排水量為280m3/h臥泵，一臺(tái)排水量為50m3/h潛水泵，其中二臺(tái)臥泵（2#、3#泵）與3#墻排水管路搭茬，另一臺(tái)（1#泵）與潛水泵安裝于外水倉(cāng)備用。內(nèi)水倉(cāng)用于蓄水，外水倉(cāng)作為備用。經(jīng)過(guò)一個(gè)月開(kāi)泵蓄水試驗(yàn)得到平均數(shù)據(jù)如下表：

280m3/h臥泵由于合理建立了擋水墻增加了水頭高度減少了吸程，2#、3#泵8小時(shí)實(shí)際排水量達(dá)到2880m3/臺(tái)，略高于八盤(pán)區(qū)山青涌水量。因此，達(dá)到了利用采空區(qū)及廢棄巷道實(shí)現(xiàn)避峰填谷的目的。

3 推廣應(yīng)用情況效益分析

該項(xiàng)目不但實(shí)現(xiàn)了礦井節(jié)能減排降低成本的目的，而且在采空區(qū)綜合利用上也實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，具有較好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)礦井設(shè)備組提供數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)一個(gè)月省電4.5萬(wàn)度電，折合均價(jià)0.65元電價(jià)，年均節(jié)約電費(fèi)45000*0.65*

12=351000元。

另外，八盤(pán)區(qū)臨時(shí)泵房的建設(shè)既減少了水倉(cāng)的開(kāi)掘又利于三水平煤柱的回收，一舉兩得，間接帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益更大。

3.2 社會(huì)效益

采空區(qū)的綜合治理一直是困擾大多數(shù)礦井發(fā)展的一個(gè)潛在危險(xiǎn)因素，該礦利用采空區(qū)為水倉(cāng)擴(kuò)容提供了一種新的思路，變害為寶，有著較大的推廣意義。

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