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        井下共享吸水系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

        2022-12-10 07:49:00姜啟彬范備戰(zhàn)
        山東煤炭科技 2022年11期
        關(guān)鍵詞:施工設(shè)計

        姜啟彬 秦 濤 范備戰(zhàn)

        (臨沂礦業(yè)集團菏澤煤電有限公司郭屯煤礦,山東 菏澤 274700)

        隨著煤礦采掘不斷延伸,工作面逐個進(jìn)行回采,受大面積采空區(qū)影響,原有的采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)可能受到影響,不能繼續(xù)使用。因采區(qū)回采接近尾聲,按照礦井主要水倉施工,又造成資源浪費且工期較長,不利于采區(qū)生產(chǎn)。利用現(xiàn)有采區(qū)巷道布置情況,選取合適區(qū)段進(jìn)行水倉改造或施工符合要求的新水倉[1-3],既能解決水倉排水要求,也不影響采區(qū)生產(chǎn)。

        1 工程背景

        根據(jù)四采區(qū)設(shè)計對工作面順槽布置的要求,向斜西部塊段煤層回采完畢后,在靠近DF61-1 斷層附近施工工作面順槽,與四采區(qū)軌道巷和四采區(qū)膠帶巷匹配形成工作面回收采區(qū)東南塊段煤層。工作面推采至F10 斷層位置時,回撤東部工作面,保留西部工作面繼續(xù)推采至停采線位置。結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)實際現(xiàn)狀,4305 工作面回采完后,采區(qū)向斜西部塊段煤層全部回采完畢,需對向斜東部塊段煤層進(jìn)行回采。原四采區(qū)水倉位置處于采區(qū)向斜東部塊段4306 工作面范圍內(nèi),待4306 工作面回采時將對采區(qū)水倉造成破壞。為確保采區(qū)正常排水,需另行設(shè)計采區(qū)水倉。

        2 適用領(lǐng)域及技術(shù)路線

        井下共享吸水系統(tǒng)借鑒礦井主要水倉的設(shè)計思路,通過單個吸水井配合管道閘閥對2 個以上的獨立水倉進(jìn)行排水,優(yōu)化了吸水井、排水泵站、配水巷關(guān)系,簡化了復(fù)雜的施工過程,在滿足采區(qū)水倉要求的情況下,盡量減少井巷工程施工量,同時減少設(shè)備投入維護。

        共享吸水系統(tǒng)利用現(xiàn)有巷道布置吸水井和泵房,僅需施工獨立水倉,施工一處吸水井即可,不必施工配水巷、吸水井等復(fù)雜工程,特別適合頂板不穩(wěn)定的巷道,可用于涌水量不超過100 m3/h 的采區(qū)布置或老采區(qū)水倉改造。

        3 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及經(jīng)濟分析

        3.1 技術(shù)研究內(nèi)容及創(chuàng)新點

        四采區(qū)向斜軸部為采區(qū)低洼點,但受4306 回采影響,新水倉不能布置在低洼點位置,且四采區(qū)尚有3 個工作面未回采,新水倉服務(wù)期限必須滿足剩余工作面回采要求。四采區(qū)軌順巷和膠帶巷沿煤層頂板掘進(jìn),巷道坡度高低起伏,臨時小水倉不能滿足需求,且受4307、4308 工作面布置影響,沒有合適位置布置傳統(tǒng)形狀的環(huán)形水倉。經(jīng)過現(xiàn)場查看,結(jié)合采區(qū)開拓、工作面布局,利用巷道立交關(guān)系設(shè)計了“F 型水倉”,并利用F 型水倉特點,設(shè)計了井下共享吸水系統(tǒng)。

        3.1.1 確定水倉規(guī)格

        四采區(qū)正常涌水量69 m3/h,最大涌水量83 m3/h。為滿足排水要求,采區(qū)水倉需有不小于276 m3的容量,同時為滿足清淤檢修要求,應(yīng)設(shè)置2個獨立水倉,且互不影響。水倉入口應(yīng)位于巷道低洼點或局部低洼點處。

        3.1.2 選定水倉位置

        受4307、4308 工作面布置影響,水倉不能布置在采區(qū)巷道最低點,排水泵站應(yīng)高于水倉入口,盡量利用現(xiàn)有巷道改造。根據(jù)水倉要求和現(xiàn)有巷道,將水倉布置在輔助進(jìn)風(fēng)巷與膠帶巷立交位置,利用兩巷道的層位關(guān)系在輔助進(jìn)風(fēng)巷布置排水泵站,在膠帶巷掘進(jìn)2 個水倉。如圖1。

        圖1 “F”水倉位置平面圖(mm)

        3.1.3 巷道施工

        在輔助進(jìn)風(fēng)巷與膠帶巷立交點以外10 m,平行于輔助進(jìn)風(fēng)巷向軌道巷方向施工2#水倉40 m,相隔10 m 施工1#水倉。兩水倉貫通后繼續(xù)向輔助進(jìn)風(fēng)巷施工,預(yù)留吸水井位置。水倉斷面8 m2,1#水倉有效容量為356 m3,2#水倉有效容量為222 m3,四采區(qū)水倉有效容量578 m3。

        3.1.4 共享吸水系統(tǒng)

        在1#水倉末端砌筑吸水井,砌筑的同時預(yù)埋2處Φ530 mm 鋼管。鋼管一端與1#、2#水倉連通,另外一端與閘閥連通。在1#水倉與2#水倉設(shè)置擋水墻,用于隔斷水流。吸水井上方用工字鋼和鋼板覆蓋,預(yù)留吸水口和梯子間,將閘閥開關(guān)引至鋼板上方,用于切換水倉水流。如圖2、圖3。

        圖2 “F”水倉位置布置圖(mm)

        圖3 “F”水倉剖面圖(mm)

        3.2 創(chuàng)新點

        《煤礦安全規(guī)程》和《采礦工程設(shè)計手冊》對礦井主要水倉有較為明確要求,對采區(qū)水倉僅僅是容量要求,因此各煤礦一般參照礦井主要水倉進(jìn)行設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)的水倉雖然容量滿足要求,但是工程量大,施工繁瑣,對地質(zhì)條件要求較高,投入比較大,施工周期長,不利于新采區(qū)快速投產(chǎn)。

        與傳統(tǒng)的水倉相比,四采區(qū)共享吸水系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

        (1)利用巷道立交關(guān)系,巧妙選擇水倉位置,能兼顧后續(xù)所有工作面順槽排水進(jìn)入采區(qū)水倉,利于后期工作布置,滿足服務(wù)年限要求。

        (2)在滿足水倉容量要求的情況下,節(jié)省近一半巷道掘進(jìn)量,減少成本投入,增加安全效益。

        (3)通過隔水墻和配水閥的配合,形成獨立的吸水井,可解決臥泵配水問題,同時隔水墻也起到阻擋水倉淤泥的作用。

        (4)兩個獨立水倉共享吸水井的設(shè)計,可減少設(shè)備投入和維護費用,減少機電事故。

        (5)二級沉淀池配合1#、2#水倉,減少水倉淤泥,同時也便于1#、2#水倉清淤。

        (6)利用巷道層位關(guān)系,合理布置泵房、移變硐室,不必新掘進(jìn)專用泵房和移變硐室。

        (7)通過與四采區(qū)輔助膠帶巷關(guān)系,在立交位置施工排水立眼,可將排水管路引入四采區(qū)輔助膠帶巷,避免輔助進(jìn)風(fēng)巷管路集中放置,減少安全隱患。

        (8)系統(tǒng)布置簡單,不必施工大斷面、超高巷道,施工工序簡單,對頂板穩(wěn)定性要求低。

        (9)設(shè)備布置簡易整潔,便于實現(xiàn)無人值守。

        3.3 經(jīng)濟效益分析

        3.3.1 經(jīng)濟效益

        (1)相比三采區(qū)水倉,四采區(qū)水倉容量是其容量60%,但是巷道掘進(jìn)量(按矸石立方計算)僅為三采區(qū)水倉28%,巷道利用率高。且三采區(qū)水倉為單倉布置,不便于后期清淤。該水倉設(shè)計可節(jié)省巷道掘進(jìn)90 m,節(jié)省工期30 d。費用90×6000=54萬元。

        (2)沉淀池、擋水墻、配水閥均可起到污水沉淀作用,使得水倉淤泥達(dá)到1.2 m 以上時才需清淤,加之沉淀池和擋淤墻的設(shè)計,相比原四采區(qū)水倉,清淤次數(shù)大幅度減少。四采區(qū)水倉可服務(wù)四采區(qū)4 年,服務(wù)3 上二采區(qū)10 年以上,清淤費用:14 年×3 次/ 年×4 人×3 m/ 人×30 d×330 元/工=498.96 萬元。

        (3)2 個水倉共用一個吸水井,相比二采區(qū)水倉減少了3 臺臥泵的投入,減少機電事故的發(fā)生概率,降低機電維護、維修費用。臥泵成本:3×15萬元=45 萬元。

        (4)實現(xiàn)采區(qū)水倉、泵房無人值守。每年人均成本費用7 萬元,每日3 人值班,14 年人工費用為7×3×14=294 萬元。

        水倉可節(jié)省費用:54+498.96+45+294=891.96萬元。

        3.3.2 社會安全效益

        (1)社會效益

        可在開掘傳統(tǒng)環(huán)形水倉不便的已有巷道中進(jìn)行布置;可在涌水量不超過100 m3/h 的采區(qū)布置。

        (2)安全效益

        減少巷道掘進(jìn),降低生產(chǎn)事故發(fā)生率;多級沉淀,設(shè)備投入少,降低設(shè)備故障率;無人值守,可降低人員傷害事故。

        4 結(jié)論

        共享吸水系統(tǒng)設(shè)計思路新穎,可利用巷道層位關(guān)系為后期采區(qū)水倉、現(xiàn)有水倉改造提供設(shè)計參考,以節(jié)省巷道掘進(jìn)成本、施工工期和設(shè)備投入,提高經(jīng)濟安全效益。

        下一步計劃在二、三采區(qū)水倉改造中應(yīng)用共享吸水系統(tǒng)設(shè)計思路,擴大水倉有效容量,提高抗災(zāi)能力。

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