煤礦下山巷道掘進積水治理技術

于貴龍

（山西壽陽段王煤業集團有限公司 段王礦，山西 晉中 045400）

0 引言

在煤礦生產實踐中，由于受煤層賦存條件限制，大量巷道需布置下山掘進巷道。下山巷道因斷層等地質構造產生的裂隙帶產生的涌水不能自行流出，而是流向掘進工作面形成積水。下山巷道掘進時，積水不僅帶來繁重的輔助工作[1]，而且會惡化工作面的作業環境，嚴重影響工程質量和施工安全。隨著采掘活動不斷向深遠處延伸，地質條件逐漸變得越來越復雜[2-3]，斷層和陷落柱等地質構造產生的積水對掘進的影響越來越大，巷道下山掘進將變得越來越困難，嚴重影響了礦井采掘接替和安全高效生產。本文對巷道下山掘進巷道積水治理，不僅可以提高煤礦掘進單進水平、減輕工人勞動強度，還有益提高巷道文明生產，保障施工安全。

1 積水對掘進的危害

1.1 積水對巷道頂板安全的危害

積水對巷道支護的危害主要表現在加劇巷道底鼓和導致冒頂事故，積水對頂板安全的影響十分明顯[4]。

斷層是煤礦巷道掘進過程中最常見的不良地質現象，受斷層影響巷道頂板圍巖較為破碎，涌水量較大[5]。斷層及其破碎帶本身圍巖強度就很差，再加上斷層處裂隙水不斷的涌出，對巷道底板不斷的沖刷，極易造成膨脹性軟巖吸水膨脹性，最終形成嚴重的底鼓。在錨網支護巷道，底鼓容易造成兩幫煤巖體受擠壓，加速巷道支護破壞。拱棚支護的巷道底板長期浸水，易導致底板松軟，使棚腿不能扎在穩固的底板巖石上，易導致倒棚造成頂板事故。段王礦090508 軌道巷工作面發生一起頂板事故，主要原因是巷道底板長期大量浸水，頂板長期淋水，導致棚腿不能扎在穩定底板中，頂板懸吊錨索生銹破斷，最終錨索斷裂，倒棚造成冒頂事故。因此，特別是軟巖巷道，要減少頂底板變形，首要的任務就是防治水，防止圍巖的風化潮解，盡量減小圍巖的吸水膨脹性變形壓力。

1.2 涌水對掘進施工的影響

涌水對下山掘進施工的影響，主要體現在落煤和裝煤2 個生產環節。

由于受重力的作用，巷道積水始終向掘進工作面。少量的涌水即可對掘進工作造成重大影響。

炮掘巷道施工時，按設計要求打孔裝藥是良好爆破效果的前提之一。由于下山掘進工作面巖體易受積水浸泡，煤體、巖體易變松軟，會帶來鉆眼施工難鉆到位，炮孔易塌孔，鉆出的炮孔吹孔吹不干凈，炸藥不容易安裝到位等問題[6]，其中處于工作面最下方底眼受影響最大，易導致爆破施工質量差，巷道成型差，經常需要人工臥底、甚至二次爆破，帶來繁重的輔助生產任務。

機掘巷道施工時，巷道底板經過涌水沖刷，履帶與巷道底板之間摩擦系數會降低，再加下山掘進，掘進機后退會更困難，需要不斷人工在掘進機履帶下墊煤或者墊道木增大摩擦阻力，嚴重影響了掘進效率，還增加了工人勞動強度。積水和截割落下的煤或者巖石混合在一起，易形成稀煤泥，掘進機耙爪、及刮板運輸機很難耙裝稀煤，嚴重影響裝載效率。稀煤泥轉運到皮帶輸送機后，皮帶輸送機滾筒易打滑，造成皮帶跑偏，灑煤等情況，導致運載量嚴重下降，增大皮帶運輸機維護工作量。

因此，煤礦下山掘進必須先治理積水，否則無法開展掘進工作。

1.3 涌水對文明生產的影響

下山掘進積水問題治理不好，巷道的積水會漫流至工作面。積水與巷道底板散落的煤巖混合，極易造成巷道大范圍稀煤泥。皮帶輸送機由于長期帶水運行，運輸過程易灑稀煤，稀煤從儲帶倉處積聚并在巷道漫流，嚴重影響工人作業環境。

2 掘進工作面積水治理措施優化

根據煤礦防治水要求，山西礦區復雜地質水文條件礦井要求采用φ100 mm 排水管，配合潛水泵排水，潛水泵距離迎頭不得超過20 m。在生產過程中，應用排水潛水泵直接抽迎頭積水存在諸多的問題：①潛水泵及其開關笨重，移動較為困難，工人移泵勞動強度大，耗時多，影響掘進生產；②迎頭積水含煤泥多，容易造成潛水泵堵塞，導致電機燒毀；③迎頭淋水較多，作業環境惡劣，長時間淋水浸泡有可能導致水泵及開關漏電，造成安全事故；④水泵頻繁啟動，迎頭積水量小的情況下水泵容易吸空，造成水泵設備加速損壞；⑤隨著掘進工作面的延伸，每個班都需要續接排水管，耗費大量人工，嚴重影響掘進效率。

2.1 掘進工作面積水治理優化

為了減少迎頭抽水對掘進工作的影響，對排水系統進行優化。

掘進工作面在φ100 mm 排水管的末端接1 根20 m 的φ100 m 軟膠管，軟膠管另一端和潛水泵連接。由于膠管可以在一定程度彎曲，因此可以掘進頭每延伸20 m，只需接一次排水管。做一個1.2 m×1.5 m×1.2 m 的移動水箱，把潛水泵安放在水箱內。在掘進工作面積水區，用氣泵把積水抽到水箱內，積水經過沉淀，待水箱裝滿水后，再啟動潛水泵把水箱的水通過排水管排出。雖然氣泵排水能力較小，揚程較低，但由于氣泵體積和重量較小，移動輕便，故障率較潛水泵低，因此能較好的適應掘進工作面惡劣的工作環境。積水從迎頭排到水箱，再經過水箱沉淀，安放在水箱潛水泵可以一次排放大量較為潔凈的水，避免了吸煤泥導致堵泵、燒泵，改善了潛水泵的工作環境。同時減少了潛水泵啟動次數，降低了了設備損壞。在段王礦區實踐應用表明，該改進型排水系統排水效果較好，掘進迎頭能迅速排出積水，且占用較少的人工，大幅減少了積水對下山掘進的不利影響。排水系統如圖1所示。

圖1 掘進工作面排水系統示意Fig.1 Excavation face drainage system

2.2 后路圍巖出水治理優化

后路巷道出水多發生在頂底板上，如果不治理，積水會沿著巷道漫流，沖刷巷道，最終流向掘進工作面。目前，煤礦下山多采用鋪設PVC 水槽方式，把水排到迎頭。該方法在實際應用中水槽排水存在水沖刷底板后，會帶來煤泥造成淤堵，水槽對煤泥的排放效果不好。在出水點多、且分散的情況下，水槽排水收集效果非常不理想，易導致巷道漫流。

充分利用水的重力作用，用φ50 mm 膠管配合沉淀池代替水槽排水，具體如圖2 所示。

圖2 膠管排水設施布置示意Fig.2 Hose drainage facilities layout

在巷道出水點附近做一沉淀池，沉淀池的位置要低于出水點，使用一段φ50 mm 膠管把出水點的涌水引流到沉淀池，沉淀池可以用廢舊油桶制成。為了防止堵管，積水經過沉淀凈化后，再用φ50 mm 膠管排放至巷道臨時水窩，臨時水窩收集積水并沉淀，用潛水泵經過φ100 mm 排水管泵出。經在該礦軌道下山等巷道的實踐應用證明，利用膠管排水可以克服水槽排水效果差的缺點、占用維護人工較多的缺點，實現了巷道清潔，維護工作量較少。

3 結 論

（1） 在下山掘進巷道中，巷道積水加劇巷道變形，易造成巷道支護失效，降低掘進效率帶來嚴重安全隱患，在掘進生產實踐中必須積極治理。

（2） 巷道掘進工作面積水，采用風泵配合移動水箱，再用潛水泵和膠管接力排水的方式，可以降低移泵工作量，減少設備損壞，降低工人勞動強度、實現較好的排水效果。

（3） 后路巷道圍巖多處涌水的情況下，采用膠管排水代替水槽排水，可以取得更好的排水效果、大幅改善巷道文明生產面貌。