煤礦井下盤區臨時排水系統設計探討

李樹峰

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

礦井排水系統是整個礦井生產系統中的重要工程，其布置方式的合理性、布置層位的穩定性以及水倉容量的大小嚴重影響著礦井的安全[1-4]。在實際生產過程中，尤其是對于下山采(盤)區永久系統未形成時，難免要構建臨時系統來滿足生產需要。但常規排水系統設計相比來說存在一些弊端[5-7]：建設工程量大、水泵房硐室布置密集[8]。這些弊端導致建設工期長、投資高；硐室受二次擾動影響，支護困難。在滿足生產需求以及節省硐室開挖工程量的條件下，采取一些非常規的思路來進行臨時系統的設計符合當前煤炭形勢下的要求。本文結合小莊煤礦二盤區臨時水倉和水泵房的工程實例，提出以大巷聯絡巷為基礎建設臨時水倉與水泵房的思路，在滿足相關規程、規范和使用的前提下，可以有效減少工程量，縮短工期，該方案對今后其他礦井的臨時排水系統建設有著指導意義。

1 工程概況

小莊礦井正常涌水量為350m3/h，最大涌水量為502m3/h，采用單水平開采接力排水系統，在副立井井底車場附近設有礦井主、副水倉及主排水泵房，在三盤區北部邊界設有盤區水倉及水泵房，盤區排水管路沿中央進風大巷敷設，將涌水排至+540m標高，再通過水溝自流至礦井主、副水倉，主排水泵房排水設備將礦井所有涌水用排水管路沿副立井排至地面。由于二盤區為下山盤區，大巷沿煤層掘進，在二盤區大巷及工作面巷道施工過程中，無法實現自流排水，因此，在盤區永久水倉及泵房形成前，需設計臨時排水系統短期服務二盤區。

2 臨時水倉與水泵房設計

2.1 設計思路

小莊礦水文地質為復雜類型，臨時水倉的設計標準應參照采區水倉，根據《煤礦安全規程》、《煤礦井下車場及硐室設計規范》，水倉的有效容量應滿足4h的采區涌水量[9，10]，小莊礦井正常涌水量為350m3/h，臨時水倉的有效容量應不小于1400m3。

2.1.1 方案一：常規思路設計

采用常規思路設計[11]，在進風大巷與回風大巷間布置水泵房，主副水倉從回風大巷下穿過。水泵房通道為57.35m，泵房長度為43.19m；水倉通道為56.28m，主、副水倉總長度約為180m，水泵房與水倉總掘進工程量約6895.30m3，水倉有效容量為1614m3。常規水倉與水泵房布置方式如圖1所示。

圖1 常規水倉與水泵房布置方式

采用此方案帶來的問題：工程量大，工期時間長；主、副水倉從回風大巷下穿過，煤層底板為泥巖，較為破碎，支護困難，需構筑復雜的立交，大巷受二次擾動影響，變形明顯。

2.1.2 方案二：新的設計理念

新的設計理念考慮將水泵房布置在進、回風大巷間的聯絡巷，水倉布置在進風大巷與回風大巷間50m的煤柱內。聯絡巷凈長度44.5m，可以滿足水泵房尺寸要求，水泵考慮“一用二備一檢修”共四臺；利用大巷聯絡巷作為水泵房，水泵房內設置0.5m的排水溝，使得水泵房底板高于水倉最高水位不小于0.5m[5]

水倉：在大巷間要布置主副水倉，倘若布置在一側，巷道間的煤柱距離過小[12]，難以支護，所以將主副水倉布置在水泵房的兩側，水倉入口布置在進風大巷。主水倉長度為106.95m，副水倉長度為86.95m，水倉通道為27.11m，總掘進工程量為4371.91m3，水倉有效容積為1754m3。內外水倉布置在水泵房左右兩側，水倉入口布置在進風大巷，利用聯絡巷的水倉與泵房布置方式如圖2所示。

圖2 利用聯絡巷的水倉與泵房布置方式

2.2 設計方案比選

在水倉有效容積相同的條件下，對方案一和方案二進行技術對比[13]。

1)工程量對比。方案一為常規思路設計的水倉與水泵房，掘進長度為336.82m，工程量為6895.30m3；方案二為利用現有聯絡巷建設水泵房，在聯絡巷兩側布置主、副水倉，掘進長度為266.54m，工程量為4371.97m3。方案一與方案二經濟對比見表1。

表1 方案一與方案二經濟對比表

2)工期對比。方案一中的巷道與硐室均需新掘，工期為6.6個月；方案二中水泵房可利用現有聯絡巷，只需新掘水倉，工期為4.4個月。

3)施工難度對比。方案一中主副水倉需從回風大巷下方穿過，凈間距僅為5m左右，需要構筑復雜的立交，且大巷布置在煤層中，圍巖條件較差，大巷變形明顯；方案二系統簡單，不存在巷道間的交叉疊加，但是在50m的大巷保護煤柱內形成“U”型水倉，巷道間巖柱間距小，在施工中會對大巷造成二次擾動，具有一定的施工難度[14，15]。

3 工程應用

小莊礦在建設二盤區水倉與水泵房采用方案二，該方案減少了水倉通道的長度以及主、副水倉處的交岔點，工程量減少。在排水泵房內設置四臺MD450-60x3型水泵，正常排水時1臺工作，2臺備用，1臺檢修，最大排水時2臺工作。水泵布置如圖3所示。該思路的運用，既利用了已有巷道，又為生產礦井緩解了工期以及投資等實際問題。

圖3 小莊礦二盤區水泵布置方式

4 結 論

1)采用方案二的新思路，以大巷聯絡巷為基礎進行臨時水倉與水泵房的設計，減少了水倉通道的長度及主、副水倉處的交岔點工程量，合計共減少了57%的掘進工程量，縮短了50%的工期。

2)充分利用大巷煤柱空間，合理布置硐室，避開了巷道交叉引起的立交、支護等問題，施工相對簡單。

3)通過該設計方案的實施，取得了良好的經濟效果。在當前煤炭形勢下行的情況下，該思路符合生產企業降本增效的要求，因此，以大巷聯絡巷為基礎進行臨時水倉與水泵房的設計思路具有一定的推廣價值。