虹吸原理在疏放礦井老空水的應用研究

杜浩輝

摘? 要：按照礦井生產經驗，煤礦采空區水害危害極大，如果處理不當會引發嚴重的事故，是煤礦防治水的重點。為了保證礦井老空水疏放效果，煤礦企業開始將虹吸原理運用到老空水疏放操作中，并已取得一定的成效。通過對老空水形成原因與虹吸原理基本情況的分析，對其在礦井老空水疏放中的具體運用展開深層次探究，旨在提升老空水疏放水平，達到理想化煤礦生產模式。

關鍵詞：工作面;老空水;礦井;虹吸原理;老空水疏放

中圖分類號：TD745? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

老空積水有著明顯的隱蔽性、分散性以及孤立性特征，空間中動態性特點較為突出，水位、面積以及水量等會隨著時間的變化而發生改變，整體空間分布形態判斷難度較大，且形狀變化沒有規律可循，治理較為困難。如果沒有及時對老空水進行處理，可能會在放水時出現積水失控涌出等狀況，會造成較大安全事故，威脅人員人身財產安全，后果不堪設想，所以對其處理展開研究極為必要。

1 老空水形成原因

煤礦生產主要以煤層回采以及井巷挖掘為主，在生產過程中會形成不同大小的地下空間，加之在進行采掘時，無法避免會揭露、接近某些含水層，所以當在含水層水位以下實施施工，且承受了一定的靜水壓力時，水體就會出現失衡的情況，涌入到采場或巷道之中，經過一段時間之后，便會形成老空區積水。同時，采掘活動所造成的頂板巖層移動，也是導致采空區積水的主要原因之一。除此之外，生產區域存在沒有查明含水斷層、工作面進入到導水鉆孔區等，也會造成采空大面積積水問題，需要科學分析，采取措施。

2 虹吸原理

虹吸就是一種運用液面高度差作用力的現象。在倒“U”形管狀結構中倒滿液體后，將高開口端放入裝滿液體容器之中，容器中的液體會在高度差作用下，持續從低開口端流出。就本質而言，虹吸是在大氣壓強以及液體壓強雙重作用下產生的，將其運用到老空水疏放之中，可在保證水體疏放充分性的同時，確保整體操作安全性以及有效性，作用較為顯著。

3 虹吸原理在礦井老空水疏放中的運用

為了對虹吸原理的具體應用進行全面分析，在此將以某煤礦老空水疏放實例為例，對原理運用情況進行研究。

3.1 實際案例

該次煤礦位于某煤田淺部區域，開采煤層是二疊系山西組煤層，整體水文地質條件較為復雜，整體施工難度相對較大。在進行11采區回采施工后發現，采空區域出現了大面積積水問題，并存在動態補水狀況，導致深部工作面開采施工受到直接限制，如果無法對積水進行合理處理，很有可能會引發重大事故。為做好積水疏放，保證老空水治理質量，企業決定運用虹吸原理展開老空水疏放。

工作面具體情況：本次工作面A位于11采區下山西翼最下端位置，是采區下山最后工作面，整體層面傾斜角度為6°，平均開采深度在450 m左右。通過對煤層直頂板的分析發現，直頂板主要包含砂質泥巖以及炭質泥巖等物質，其中老頂部分屬于砂巖含水層，整體厚度在18 m左右。工作面和鄰近采空區的隔離煤柱寬在22 m左右，周邊工作面之間才動影響屬于相互連通狀態，整體積水區域面積較大，積水水位在+25 m左右，積水面積大概在28萬m2左右，對工作面掘進施工形成了一定程度的威脅。

3.2 探放施工與效果

工作面A從4月份開始實施采掘施工，為保證巷道掘進安全性，防止上部采空區積水對整體施工造成影響，施工團隊沿煤層展開了多處探放孔施工，整體進尺在420 m左右，探放孔總流量平均在105 m?/h。

通過探放施工發現。1）除采空區有大量靜置的積水之外，還存在著105 m?/h左右的動態化補水，采空區存在著明顯的上下聯通狀況。2）工作面上部老空區最低點為-39.9 m，存在泄水孔淤塞或者塌孔問題，致使積水水位出現上升趨勢。3）因為受到頂板裂隙水以及老空水動態補給的影響，巷道掘進安全受到了直接威脅。4）工作面整體構造較為復雜，探放水施工難度較大，因此存在著探放水施工不理想的狀況，并不利于工作面回采工作開展。5）運用水泵展開二級排放處理，整體排放成本相對較高，并不符合經濟方面要求。

3.3 疏放方案

3.3.1 整體方案規劃

由于上巷道探放低洼處采空區積水情況并不理想，所以該次決定運用集中排水巷以及下巷底板抽放巷貫通的方式，在集中排水巷道展開疏水鉆孔施工，和下巷道、下巷道底板抽放鋪設疏放管道展開連接，進而通過對虹吸原理的運用，將積水自然排放到制定區域內。

3.3.2 方案執行

3.3.2.1 集中排水巷

在進行集中排水巷處理過程中，首先需要在上巷水一點位置處展開變向施工，使其進入到煤層底板位置，并按照煤層走向展開集中巷小下山施工，且要在進入到煤層底板下10 m位置時，實施下巷底板抽放巷與集中排水巷連通處理，將其作為瓦斯底板抽放巷展開運用。

3.3.2.2 疏水鉆孔

疏水鉆孔施工主要集中在集中排水巷上方位置，該次施工共設置3個疏水鉆孔。同時需要做好控水閘閥門安裝，以便對放水情況展開全面管控。

3.3.2.3 疏放管道安裝

為了保證虹吸管理發揮效果，在進行疏放管道布置前，需要做好整體施工區域情況調查，并要按照調查結果，對管道高低口位置進行確定，在此基礎上，設計人員需要做好逐段管道鋪設安排，保證積水排放流暢程度，以防因管道安裝不當而使虹吸原理發揮受到限制。該次工程嚴格按照虹吸原理展開了管道安裝規劃，整體管道排水較為順暢，虹吸作用得到了發揮。

3.3.3 放水過程監測

在進行放水時，需要做好3個方面的監測。1）水位監測。在進行放水過程中，需要對水壓以及水位變化進行實時監測，把握老空水具體余水量變化，確定是否存在動態補給，并以各項數據為參考，展開后續處理方案編制。2）水質監測。水質監測也是放水監測不可忽視的內容，需要按照老空水來源以及水質特征，對水質水樣展開檢測，確定水質主要成分，進而判斷出積水動態補水主要來源，以便進行針對性的治理。3）放水后期監測。在疏放處理完成之后，仍然需要對水鉆孔以及防水后期各項情況展開監控，以便及時對潛在隱患展開處理，保證回采安全程度。

3.3.4 疏放情況

根據定向施工、梯次控制整體思路，工作面A展開了3個泄水孔施工，并在最終孔洞施工時，進入到了上部采空區域。因為采空區下巷水倉最低點標高低于水倉內部標高以及外標高，且低于采空區下巷最高點標高，在完成疏放管道鋪設后，整體環境處于全封閉狀態，符合虹吸原理各項條件，所以在內部壓力作用下，高位管口位置的老空水被順利吸入到了下巷最高點位置，并經過最低點位置排到了指定地點。

3.4 處理結果

完成疏放操作之后，管理團隊對疏放結果展開了實地調查。經過實際調查發現，運用虹吸原理展開老空水疏放，實現了對動態補給水的有效處理，整體操作較為安全，沒有發生任何安全事故，且沒有再出現涌水問題。同時，因為此種方式并不需要使用大量機械設備，所以整體處理成本也相對較低，整體經濟效益較為可觀。

4 結語

鑒于老空水所存在的各項危害，各礦井企業需要進一步加強對老空水治理工作的重視程度。企業要在對老空水形成基本原因展開掌握的基礎上，以形成原因為導向，按照虹吸原理制定出較為合理的積水疏放方案，保證虹吸作用可以在積水排放中得到充分運用，進而達到預期老空水處理效果，實現對采空區水害的有效防治，以為整體礦區開采創造出更加安全、理想的工作環境。該文闡述的虹吸原理運用方式并不全面，只希望能夠起到拋磚引玉的作用。

參考文獻

[1]楊斌.煤礦老空水水害防治關鍵技術研究[J].能源與環保，2019，41（4）：28-32.

[2]秦道霞，丁強.煤礦深井軟煤層復雜條件下老空水疏放實踐[J].山東工業技術，2019，284（6）：89-90.

[3]劉創，聶濟剛.臨近廢棄礦井老空水害綜合治理技術[J].能源與環保，2019，41（3）：53-55.