郭純嶺 陳慶玉 陳慶釗

摘 要：不同的水文地質條件對工作面防排水技術實施有重要影響，工作面排水系統(tǒng)設計的穩(wěn)定性和可靠性直接決定著采煤安全，本文通過分析7煤層水文地質特性，結合7830工作面實際，選取最大涌水量為排水系統(tǒng)設計依據(jù)，并通過計算獲取排水設備主要參數(shù)，制定詳實的排水路線。通過工作面回采可見，設計的排水系統(tǒng)滿足生產(chǎn)需要，沒有發(fā)生工作面積水及突水情況，保障了工作面人員和設備安全，可為臨近工作面排水系統(tǒng)設計提供借鑒。

關鍵詞：排水設計;含水層;防治措施

邱集煤礦在山東省齊河縣境內(nèi)，是山東省黃河北第一對投產(chǎn)的礦井，礦井為立井單水平開拓，水平標高-395米。中心河位于礦區(qū)西部，自南向北由旦鎮(zhèn)進入礦區(qū)，流經(jīng)長度約3.4km，屬徙駭河水系。已經(jīng)過治理，防洪水位為+29.1m，堤頂標高+30.39m。不同的水文地質條件對工作面防排水技術的采用實施有重要影響。排水系統(tǒng)設計的可靠性直接決定著采煤安全，礦井開采的7煤層，由于河流的存在，對工作面防治水工作也提出更高的要求。因此開采7煤必須對排水進行專門設計[1-5]。

1 工程概況

7830工作面位于邱集煤礦7800采區(qū)軌道下山東翼，北鄰7800軌道上山，南鄰7828工作面，走向長577m傾斜長122m。巷道走向和傾斜向的地質素描圖如圖1所示。

7800工作面煤層走向為南西向北東，平均煤厚1.40m，傾角2～9°。7煤為塊狀粉末狀，以亮煤為主，有小方解石脈順外生裂隙穿切，煤層局部有炭質泥巖夾矸，煤層硬度f=1～3。直接頂為泥巖，厚度2.19m，老頂為粉砂巖，厚度4.7m。直接底為粘土質粉砂巖，遇水膨脹，容許比壓為5MPa。

2 含水層簡介

2.1 風氧化帶含水層

風氧化帶含水層平均厚度約17m，巖性主要為泥巖、粉砂巖和中砂巖，風化極為嚴重，抽水時單位涌水量0.0327L/s.m，巖層富水性弱，為煤層開采間接充水含水層，對7830工作面開采基本無影響。

2.2 一灰含水層

一灰厚度1.50～3.60m，平均2.00m，淺灰～灰色，頂部含泥質，中下部質較純，下距7煤平均17.18m。q=0.0645～0.3069L/s.m，富水性弱到中等，揭露斷層一般不會導水。一灰處于7煤頂板冒落裂隙帶影響范圍內(nèi)，以頂板淋水的形式出現(xiàn)，正常出水量為1.0m3/h。正常時巷道底板砂巖水出水，水量為3m3/h。回采過程中要時刻關注頂板變化，及時觀察頂板淋水，發(fā)現(xiàn)出水增大及時處理。

2.3 二灰含水層

二灰厚度1.2m～3.28m，平均2.06m，灰至深灰色，上部含泥質，巖性致密堅硬，初始水位高出地面3.72m，是裂隙承壓含水層，單位涌水量0.0004L/s.m，富水性弱。上距7煤層14m～37.74m，平均28.25m，下距10煤層7m～18m，含裂隙水。二灰含水層均已揭露，-395m水平及以上基本疏干，對7830工作面開采基本無影響。

2.4 四五灰含水層

四五灰上距7煤平均距離90m，巖性為灰～深灰色石灰?guī)r，含巖溶裂隙水，q=0.027～0.733L/s.m，富水性中等。-395m水平四、五灰水壓正常為1.5MPa，7830工作面四五灰臨界安全突水系數(shù)計算如下：

3 排水系統(tǒng)設計

3.1 設備選型

由于一灰含水層距離7煤層較近，且對7830工作面有影響，根據(jù)《回采地質說明書》提供的水文地質情況，工作面正常涌水量為4m3/h，最大涌水量為10m3/h。7830工作面順槽斜長為577m，垂高為35m，涌水量10m3/h。為保證施工安全，安裝兩套排水系統(tǒng)，一套系統(tǒng)正常工作，一套系統(tǒng)應急備用，并依據(jù)最大涌水量設計排水系統(tǒng)。

3.1.1 水泵排水能力計算

水泵排水能力應在20個小時以內(nèi)排出24小時涌水量：

QB=24×QH/20=24×10/20=12m3/h

式中：QH—工作面涌水量，10m3/h。

選用水泵排水能力應不小于12m3/h。

3.1.2 水泵揚程的計算

根據(jù)工作面賦存實際，計算巷道平均傾角α：

sinα=35/577=0.061

α=arcsin（0.061）=3.4°

根據(jù)上式求得平均傾角為3.4°。

Hg=K（HP+Hx）=1.15×（35+1）=41.4m

式中：HP—排水高度，取35m;Hx—水窩深度為1m;K—管路損失系數(shù)因下山傾角α<20°，所以k為1.15～1.35，取1.15。

選用水泵揚程應不小于41.4m。根據(jù)設計原則和現(xiàn)場實際，巷道內(nèi)敷設兩路Φ108mm的PE管，一路PE管正常工作，一路PE管應急備用。

3.1.3 水泵型號確定

根據(jù)施工要求，選用兩臺潛水泵，安裝在巷道低洼水窩處，型號為BQS15/45-5.5，額定參數(shù)如下：

3.2 排水路線

7830工作面的排水線路根據(jù)工作面的實際，將工作面膠帶順槽、軌道順槽由潛水泵排至7800軌道下山水溝內(nèi)流至東八采區(qū)底部泵房，然后由主排水泵排至地面，排水路線設計如圖2所示。

3.3 防治水措施

3.3.1 抓好防治水重點區(qū)域

回采過程中應作好排水準備，正常生產(chǎn)期間在軌道順槽巷道低洼處準備排水能力不小于10m3/h排水設備。工作面軌巷標高比機巷高10m，工作面膠帶順槽安設一臺排水能力不小于10m3/h的潛水泵，且有一臺備用，采用專用回路供電。認真觀察涌水情況，水量增加要及時采取有效措施，保證有積水隨時排出。

3.3.2 制定防治水應急措施

工作面或其他地點出現(xiàn)有煤層掛汗、水叫、片幫、淋水加大，底板鼓起或產(chǎn)生裂隙、出現(xiàn)滲水、涌水、煤壁潰水、水色發(fā)渾等突水預兆時，應當立即停止作業(yè)，報告礦調(diào)度室，并發(fā)出警報，撤出所有受水威脅地點的人員，現(xiàn)場管理人員積極妥善地組織搶救工作。

回采過程若發(fā)現(xiàn)出水征兆，或遇落差超過5m的斷層，應堅持“超前預測預報，發(fā)現(xiàn)有疑必探，探測掘進結合，先治理后采煤”的原則，落實“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。當涌水量大，現(xiàn)場危險無法急救時，人員應迅速組織撤退至安全地段，帶班領導及時清查人數(shù)并向上級匯報。

根據(jù)工作面實際，工作面排出的水，經(jīng)7800軌道下山通過底部泵房排水泵經(jīng)7800皮帶下山排至大巷水溝至井底水倉，最后排至地面，其平面布置如圖3所示。

4 結語

通過分析7煤層水文地質特性，結合7830工作面實際，選取最大涌水量為排水系統(tǒng)設計依據(jù)，并通過計算獲取排水設備主要參數(shù)，并制定詳實的排水路線。設置備用應急排水系統(tǒng)和應急處理措施，通過工作面回采可見，設計的排水系統(tǒng)滿足生產(chǎn)需要，沒有發(fā)生工作面積水及突水情況，保障了工作面人員和設備安全，可為臨近工作面排水系統(tǒng)設計提供借鑒。

參考文獻：

[1]王革純，劉伯，劉金國.開灤礦區(qū)大水工作面防排水技術和方法研究[J].煤炭技術，2019，38（12）：117-120.

[2]趙海權.工作面排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略的設計[J].機械管理開發(fā)，2019，34（11）：35-36.

[3]秦寧波.綜采工作面排水系統(tǒng)的改造及節(jié)能分析[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（21）：164-165.

[4]徐雷，馬宗靜，靳順奇.綜采工作面排水系統(tǒng)的優(yōu)化及實踐應用[J].山東工業(yè)技術，2019（06）：103.