煤礦回采工作面排水系統(tǒng)設(shè)計與管理

文/馬志強(qiáng)

煤礦回采工作面排水系統(tǒng)設(shè)計與管理

文/馬志強(qiáng)

煤礦回采工作面形態(tài)復(fù)雜，涌水量大小不一，排水系統(tǒng)作為安全生產(chǎn)的重要保障，設(shè)計必須科學(xué)、合理，環(huán)節(jié)簡單、運(yùn)行可靠。本文以河南省平頂山市某礦己16-17-23020、己16-17-23060工作面排水系統(tǒng)設(shè)計為例，針對回采工作面不同涌水情況提出了排水系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對系統(tǒng)的管理提出了建議，為后續(xù)安全生產(chǎn)打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

一、己16-17-23020工作面排水系統(tǒng)

己16-17煤層厚度4.5～6.5m，平均5.2m，傾角13°～25°，平均16°。兩工作面走向長1200～1300m，傾斜長180m。采用綜采放頂煤工藝，階段煤柱10m。

1.工作面水情簡述

己16-17-23020工作面為該采區(qū)首采工作面，根據(jù)周報水文地質(zhì)資料及掘進(jìn)期間資料分析，受煤層底板太原群灰?guī)r影響，預(yù)計正常涌水量為 50m3/h，最大涌水量為85m3/h。 工作面排水系統(tǒng)按照85m3/h的能力設(shè)計，供電、管路、水泵等均按85m3/h的能力敷設(shè)。

工作面推進(jìn)40m時，煤層底板開始出水，隨后水量逐步增加，推進(jìn)75m時，涌水量達(dá)到60m3/h，工作面已經(jīng)無法正常生產(chǎn)。通過增加水泵數(shù)量、擴(kuò)大水倉容積、開挖側(cè)幫排水溝等常規(guī)方案僅是維持正常排水，無法解決水煤問題，被迫停止推進(jìn)。

2.排水系統(tǒng)解決方案

排水系統(tǒng)設(shè)計方案原則為：能力增加1.5倍，按照200m3/h能力設(shè)計，以應(yīng)對極端情況；回采工作面涌水量降至30m3/h以下，保證生產(chǎn)組織的正常進(jìn)行，最大限度降低水煤量。

方案一：施工環(huán)形水倉。在停產(chǎn)位置，順著煤層傾向沿煤層頂板施工多條巷道，中心間距10m，巷道長20m，巷道互相貫通，巷道作為環(huán)形水倉使用，水倉外側(cè)敷設(shè)管路、水泵。水泵距煤壁較遠(yuǎn)，水泵運(yùn)行不影響工作面生產(chǎn)組織。工作面涌水絕大部分經(jīng)老塘進(jìn)入水倉，機(jī)巷（即運(yùn)輸順槽）涌水很少，可以滿足工作面需要。見下圖。

方案一優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：一是效果可靠，已經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)；二是巷道為煤巷施工，成本低、速度快。缺點(diǎn)：一是巷道工程量大，工作面推進(jìn)50m需要施工200m；二是工程復(fù)雜，需要多次貫通，工程難度較大；三是加大了階段煤柱，損失資源量，階段煤柱由原設(shè)計10m將被迫增至30m。

方案二：施工底板泄水巷。理論依據(jù)：根據(jù)理論計算煤層開采時對底板擾動破壞的深度。

CP=0.7007+0.1079L

其中CP為對底板擾動破壞深度，L為工作面傾向長度。本工作面傾向長為180m，則破壞深度為20.1m。在機(jī)巷北部20m（水平距）處，煤層底板下16m施工一泄水巷，工作面推進(jìn)時，對煤層底板產(chǎn)生破壞，太灰水沿采動裂隙進(jìn)入煤層底板，再通過底板破壞裂隙進(jìn)入泄水巷。

設(shè)計方案：機(jī)巷34#點(diǎn)前10m位置開口，垂直巷道水平距20m進(jìn)入煤層底板下16m，轉(zhuǎn)平后水平施工80m停頭。見下圖。

方案二優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：一是階段煤柱不變，不損失資源量；二是巷道工程量小。缺點(diǎn)：一是理論可行，但未經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，效果待驗(yàn)證；二是巷道為巖巷施工，成本高。

方案三：同時實(shí)施環(huán)形水倉和底板泄水巷。方案設(shè)計：回采煤壁位置外推100m施工環(huán)形水倉，外100～200m施工底板泄水巷進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。外部根據(jù)排水效果、工程量、難易程度等進(jìn)行綜合判定。見下圖。

方案三優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：一是效果可靠，滿足現(xiàn)時需要；二是驗(yàn)證泄水巷方案，為下一步工作提供實(shí)踐數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：一是工程量較大，成本較高；二是施工隊伍多，管理難度大。

3.實(shí)際效果

本工作面采用第三方案。通過實(shí)踐檢驗(yàn)，環(huán)形水倉與底板泄水巷效果都非常好。隨著工作面推進(jìn)，工作面涌水達(dá)到160m3/h，但機(jī)巷巷道涌水不超過30m3/h，達(dá)到了設(shè)計要求，為工作面正常回采奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

考慮到該煤層煤質(zhì)很好，售價較高，為提高資源回收率，工作面后期均采用底板泄水巷方式排水。

二、己16-17-23060工作面排水系統(tǒng)

1.工作面水情簡述

該工作面為該采區(qū)第二個工作面，根據(jù)周報水文地質(zhì)資料及掘進(jìn)期間資料分析，受太原群灰?guī)r影響，預(yù)計正常涌水量為80m3/h，最大涌水量為120m3/h。工作面排水系統(tǒng)按照160m3/h的能力設(shè)計，供電、管路、水泵等均按160m3/h的能力敷設(shè)。

2.排水系統(tǒng)解決方案

排水系統(tǒng)設(shè)計方案原則：使用底板泄水巷，局部地段可以使用環(huán)形水倉；考慮區(qū)域防治方案，統(tǒng)籌解決該工作面排水問題。

方案一：單獨(dú)施工底板泄水巷。風(fēng)機(jī)兩巷掘進(jìn)時，即在機(jī)巷北部20m沿煤層底板下16m施工底板泄水巷，工作面切眼貫通時，泄水巷掘進(jìn)到位。聯(lián)絡(luò)巷根據(jù)煤層、構(gòu)造等情況于合適位置施工。見下圖。

方案一優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：排水工程簡單，系統(tǒng)能力可靠。缺點(diǎn)：工程量較大；未與區(qū)域疏水工程結(jié)合。

方案二：工作面底板泄水巷與區(qū)域底板泄水巷結(jié)合。結(jié)合區(qū)域泄水方案，工作面施工部分泄水巷。根據(jù)己-22030工作面涌水情況總結(jié)，工作面推進(jìn)100～150m底板出水，推進(jìn)240～300m涌水量增大，然后水量縮減至40m3/h左右。己-22080機(jī)巷附近要施工底板泄水巷，進(jìn)行疏水降壓。本方案設(shè)計切眼外推650m施工底板泄水巷，與機(jī)巷聯(lián)通。根據(jù)出水再定聯(lián)絡(luò)巷位置，與區(qū)域泄水巷溝通。見下圖。

方案二優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：泄水巷工程量少，充分利用現(xiàn)有巷道。缺點(diǎn)：排水系統(tǒng)管理要求高，機(jī)巷40m3/h的涌水對生產(chǎn)組織有一定影響。

3.實(shí)際效果

己16-17-23060工作面采用第二方案。通過檢驗(yàn)，底板泄水巷效果很好。隨著工作面推進(jìn)，工作面涌水最大為120m3/h，隨后衰減至30～35m3/h，工作面安全回采結(jié)束。

三、結(jié)語

綜放工作面在回采過程中如果突然發(fā)生涌水，排水不及時可能導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備被淹、影響巷道通風(fēng)等問題，因此合理完善的排水系統(tǒng)對綜放工作面正常回采起著至關(guān)重要的作用。本文通過對兩回采工作面排水系統(tǒng)方案的分析、對比，在傾斜煤層、底板灰?guī)r水防治排水設(shè)計方面，探索了一條解決涌水量大但工作面正常生產(chǎn)的途徑，為后續(xù)安全生產(chǎn)打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

（作者單位：中國中煤能源股份有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）