門克慶煤礦3102綜采工作面水害防治技術

和發新 趙輝

摘 要： 基于門克慶煤礦3102綜采工作面涌水量大、礦壓顯現明顯的開采技術條件，分析了頂板砂巖水帶來的后果及其治理難點，介紹了回采期間采取的多項水害治理措施，同時針對礦壓大致使排水路徑單一、排水效率不夠高的現狀，提出了下一步向相鄰采空區疏水、增加排水路徑的治理建議，為深埋近水平煤層強礦壓開采條件下綜采工作面防治水工作積累了寶貴的現場實踐經驗。

關健詞： 綜采工作面;水害治理;強礦壓;安全開采

中天合創門克慶煤礦是一座位于呼吉爾特礦區中部的千萬噸級大型現代化礦井，礦井主要開采侏羅系延安組煤層，其埋深普遍大于600m，上覆地層為侏羅系直羅組、安定組及白堊系地層。礦井地質構造簡單，斷裂構造較少，垂向導水構造不甚發育，含水層間水力聯系較弱，但是由于其特殊的陸相沉積背景、多相變層疊的覆巖結構和錯綜復雜的地下水徑流系統，導致礦井水文地質類型為復雜。礦井水害類型為頂板水源型，即煤層頂板上存在強富水砂巖層。長壁開采工藝下，頂板垮落后形成的導水裂隙帶發育高度波及至砂巖含水層時，裂隙水導入工作面，將給工作面安全生產帶來極大的安全隱患。

1 工作面概況

1.1 開采技術條件

11-3102綜采工作面布置在11采區3-1煤層南翼，東側為3103工作面（未采），西側為3101首采面（已采完），煤柱寬度35m，南側臨近井田邊界，北側為3-1煤開拓大巷。3102工作面面長300m，采高4.75m，工作面埋深平均692m，沿煤層底板回采，采用長壁后退式一次采全高綜合機械化采煤法，全部垮落法管理頂板。直接頂為平均厚度4.7m的粉砂巖，老頂為平均厚度18.5m的細砂巖。工作面投產至今為-2°俯采，架前最大涌水量約300m3/h，正常涌水量約240m3/h，機頭底板標高大于機尾4～12m，架前水自流向機尾。

1.2 水文地質概況

據地勘資料及水文補勘資料，3-1煤頂板直接充水水源為2-2中煤底至3-1煤頂之間中粒、細粒砂巖含水層（頂板上30～50m范圍），屬于弱富水性。3#煤頂板間接充水水源同為2#煤頂板直接充水水源，即侏羅系直羅組底部中、粗粒砂巖含水層，大部分區域為中等富水性，局部區域為弱富水性。

2 水害后果

頂板砂巖水往往以靜儲量的形式賦存于不同級別、不同規模的裂隙內，是影響生產效率與成本的重要因素。回采期間，大量涌水進入刮板輸送機，形成水煤，水煤引起原煤含水量上升、降低煤質，增加原煤運輸系統的負荷，容易造成皮帶打滑跑偏，進入煤倉后甚至引起竄倉，還會造成落煤轉載點文明衛生差，進而影響整個生產系統的正常運行。因此，一旦排水管理不當，極易造成工作面停產，甚至造成淹面事故。

3 工作面水害治理技術及應用

3.1 優化面內排水系統

（1）排水管路及設備。架前鋪設四趟Φ159mm排水軟管，全部向機頭方向排水，排水能力約480m3/h，為最大涌水量的1.6倍。同時，布置BQS100-70-37/N型排沙潛水泵16臺（8用、8備），每臺水泵排水能力約100m3/h，每趟管路配合4臺水泵（2用、2備），通常每趟管路開2臺水泵，不得多開，防止“頂牛”。

（2）供電系統。采用雙回路供電，交叉均勻全覆蓋布置;一路電源來自設備列車500kVA移變、另一路來自主輔聯巷630kVA移變，確保供電系統穩定可靠。

（3）排水點設計。工作面機頭高于機尾，架前水自流向機尾，但機尾受礦壓影響排水不暢，積水蓄存在機尾，容易淹沒機尾電機和減速器，引發機電事故。解決辦法：機尾160～175#段抬底防淹設備，中下部110～160#架破底300～500mm形成人為低洼點，布置6臺水泵，起到機尾截流的作用，減少向機尾流入量，減輕機尾排水壓力。

（4）排水路徑。3102工作面架前排水軟管→主輔聯巷臨時水倉→輔運巷排水管→井底主水倉。

3.2 完善順槽排水系統

（1）排水能力估算。輔運巷：敷設一趟Φ325mm排水管路，排水能力約470m3/h;另一趟Φ159mm排水管路，排水能力約120m3/h;合計排水能力約590m3/h。主運巷：敷設一趟Φ159mm排水管路，排水能力為120m3/h。主運巷排水最終匯入輔運巷，因此，主輔運巷排水能力就是輔運巷兩趟排水管路的排水能力，總排水能力約590m3/h。

（2）臨時水倉中轉排水。每個主輔聯巷設置一個30m×4m×1.5m（長×寬×高）臨時水倉，預留1.5m寬的行人道，面內四趟排水軟管各兩趟依次排至相鄰的臨時水倉，每個水倉內安設4臺BQS200-70-90/N型排沙潛水泵4臺（2用、2備），通過水倉沉淀后，排至3102輔運巷排水管，最終至井底主水倉。

（3）主運巷排水：主運巷內散水通過泵窩收集，每個泵窩布置2臺BQS100-70-37/N型排沙潛水泵（1用、1備），將積水排至最近的主輔聯巷臨時水倉，然后進入輔運巷排水系統。

3.3 強化生產期間排水管理

①割煤前，刮板輸送機設置低速空轉，將溜槽內的部分積水拉出，落至轉載機頭排水點，轉載機頭設置專人排水、維護水泵。

②由機尾向機頭割煤時，刮板輸送機設置低速，盡量降低水煤通過溜槽觀察孔進入架前的沖刷量，減少煤泥淤積至架前對拉架的影響。

③低洼點安排專人排水，水泵放置在溜槽內;煤機距集中低洼排水點50m前，提前將水泵從溜槽內挪移至支架大腳前;煤機通過低洼點時，盡量快速通過，防止積水過深淹沒煤機引起機電故障;通過低洼點后，及時將水泵吊移至溜槽內。

④由于架前水大、煤泥淤積較多，低洼點處支架生拉硬推容易造成推移桿銷軸斷裂，處理故障影響生產時間長。因此，拉架時用好抬底油缸和側護板先活動支架，降低淤泥沉積對支架的吸附力，堅持分次慢拉、帶壓擦頂、單架順序拉架的原則，降低機械故障對生產的影響。

⑤低洼點煤泥淤積量大，推移刮板輸送機時采用分段推溜，每推一段，開動一下刮板輸送機，再進行下一段推移，解決刮板輸送機由于水煤粘著力影響，壓死、吸住等推動受阻的問題。

⑥引流集中排水、降淤減阻，在起坡段90-100#架設置擋水煤鋼板，在溜槽上氣割引水孔，配合編織袋內裝好的煤泥攔壩，將生產期間架前水煤引流至溜槽內，降低支架大腳前淤積量，便于正常的拉架，減緩對正常生產的影響。

3.4 做好日常排水管理

①加強對排水設施的檢修和維護，確保每臺水泵能夠正常使用，雙回路電源供電系統穩定，排水管路出現破損時及時更換，水泵底座濾網經常清理防止堵塞。

②轉載機機頭用編織袋裝煤泥打兩道水壩，內側水壩用于沉淀煤泥，內外側水壩中間放置水泵抽排轉載點處的積水。

③主運皮帶巷低洼點設置水泵窩，及時清理水泵窩內的煤泥，加強檢修，保證低洼處排水點的排水能力，防止淹沒設備列車造成機電事故。

④做好涌水量預測預報，分析周期來壓與涌水量的關系，重視周期來壓期間排水管理，配齊充足的排水設備、管路，預防水害事故的發生。

3.5 應用效果分析

采取治理措施后，架前煤泥淤積量大幅減少，因煤泥淤積導致的機械故障率得到有效降低，架前積水排出效率得到有效提高。和之前相比，支架推移頭銷子破斷率得到有效降低，由之前每天更換1～2根，降低為3天更換1根;影響時間由每天2～8h，降低為每3天影響2～4h，為工作面正常出煤創造了良好的條件。

4 結論

（1）3102綜采工作面涌水量的內因是煤層頂板上方存在富水性好的頂板砂巖水;影響排水效率的主要因素是頂板砂巖水的疏放不夠充分和強礦壓導致的排水路徑單一。

（2）防治水工作是一項系統工程，應科學設計排水系統、合理布置排水點、確保排水能力滿足要求;要利用好、維護好現有的排水設施，加強生產過程排水管理，合理組織生產，重視周期來壓期間排水，多措并舉才是提高排水效率的關鍵。