大水工作面综合防治水技术的研究与应用①

杨海军

(河北唐山开滦集团东欢坨矿业公司，河北唐山 063026)

1 工作面水文地质概况分析

东欢坨矿隶属于开滦(集团)有限责任公司，是车轴山煤田开发建设的第一对矿井，于1997年8月正式建矿，目前矿井生产能力为300万t/a。3088工作面位于东欢坨矿－690 m水平中央下段采区，是该采区8煤层第一个高端综机工作面。该工作面在地表以下683 m～701 m之间，煤层厚度2.4 m～4.7 m，平均3.35m，煤层平均倾角19.8°，绝对瓦斯涌出量为2.74 m3/min，是自燃煤层，煤尘具有爆炸性，爆炸指数为39.19%。可采走向长度2029 m，工作面斜长143 m。

3088工作面为水文地质情况复杂的大水工作面。工作面里半部位于矿井北部主向斜轴处，初期开采是由向斜的一翼向另一翼过渡推采，两顺槽高程出现反标现象，即运道高于风道，工作面下山开采，下山度数达到25°～27°。工作面上有本煤层顶板水和5煤层砂岩顶板强含水层水，下有本煤层底板水，工作面正常涌水量3.94 m3/ min，最大涌水量5.0 m3/min。［1］

影响该工作面涌水的主要是其上部的5煤层顶板强含水层。该含水层水量充沛，本区域内水位标高最大为 －100 m，相对该采区最大水压4.5 MPa。本区域8煤层至5煤层平均间距为46.7 m，切眼处间距最大，平均为58.7 m，导水裂隙带高度为68.5 m，导水裂隙带大于此间距，因此，工作面回采垮落后，导水裂隙将导通煤5顶板含水层，使含水层水顺裂隙进入工作面。

根据三维地震勘探资料，该工作面面共存在六条断层:三条正断层和三条逆断层，为DF9、DF10、 DF12、DF13、DF14及Df12断层。其中，DF9、DF10、DF12、DF13四条断层均富水性中等;DF14、Df12两条断层富水性强。因此若断层与上下含水层导通，则巷道掘进揭露时，有可能导通含水层发生突水。

2 工作面水害特征及防治方法研究

2.1 水害特征分析

1)由于水量大，水流急，淤煤量大且不易沉淀等，就是投入大量人力清挖也非常困难，导致大量水煤进入运道水沟至泄水巷泵入大巷到水仓，淤煤严重，致使限制工作面不能正常进刀回采，总是停工作面进行清挖，否则将淤堵泄水巷及大巷和水仓。

2)受向斜轴影响，工作面两头高，中间洼，导致刮板输送机运出的煤体全部为稀粥状，胶带输送机拉运困难，并且人力无法控制水煤，大量水煤到处流。

3)该工作面开采时涌水较大，且涌水携带大量煤泥，极易於堵泄水巷乃至－690水平中央排水泵房，严重威胁排水安全。面对这一问题，首次把选煤用的振动筛应用到井下3088工作面进行煤水分离，用不同粒级的振动筛逐级分离。

4)为了最大限度地做好水煤分离，在泄水巷及－690大巷沿线修筑了各类沉淀池6个。在治理初期，为保证治理期间煤泥不进入大巷及水仓，利用－690车房改装成两个百米多大巷沉淀池，往复倒搬沉淀，使进入大巷水沟煤泥量大大减少。为彻底根治，在泄水巷又安排了较大治理工程。

5)由于回采初期水煤体不能进入原煤系统，大量水煤体经运道水沟流入泄水巷，虽然投入大量人力，但清挖量始终小于淤积量，导致泄水巷三川以里严重淤堵，人员不能进入，甚至如果不及时处理，可能导致断风，形势严峻。

2.2 防治方法研究

针对水害特征，研究防治方法如下:

2.2.1 增设泄水眼

为解决最洼点易形成粥状水煤体，导致水煤量增大无法控制的局面，采取在运道做泄水眼，利用现场俯斜特性，先掘进15 m平段，将平段做成沉淀池，沉淀池中摆虑水40T刮板输送机与运道胶带输送机搭接，目的是水煤体流出将沉淀煤泥一部分拉入运道胶带输送机运出，然后再沿板掘上山眼与工作面洼点掘透，使洼点水量不流经工作面，直接从泄水眼流入泄水眼沉淀池后再经运道水沟流入泄水巷，减少水流冲击工作面带走大量煤泥，减少煤泥量与清挖量。［2］

为便于工作面过眼，泄水眼采用锚网支护，并清卧至底板，使泄水眼底板高度总低于工作面洼点，并在泄水眼斜巷做好水沟，泄水眼每隔20～30 m做一挡水闸墙，便于缓冲水流及沉淀。为减少流出煤量，在泄水眼上口与工作面交叉处以下3～5 m泄水眼内，增设一道筛网墙，保证较细煤粉走泄水眼，同时将水虑出走泄水眼，较大颗粒状煤体成无水状经面溜拉出至运道胶带输送机外运，减少了一部分煤泥流入泄水巷。

2.2.2 振动筛煤水分离

由于水煤颗粒大小不一，并有一定粘性，静止分离筛网设备堵眼不能连续使用，并且量大，人工再分离远远满足不了生产需要，为达到自动分离及自动运输，将洗煤厂振动筛工作原理利用在水煤治理上，由于振动筛振动特性，解决了细小粘性煤粉堵筛眼问题，并能自动将过滤后煤矸筛至筛下，然后运出，解决了人力操作，并能连续分离。由于井下场所所限，在外形尺寸根据需要进行了改造，在振动筛下加工接水斗，然后接159mm管路将震后及细水煤倒至水沟或沉淀池。由于需快速分离，在振动频率及筛眼进行了调整，适应分离水煤使用的要求。

由于水煤量大，一台振动筛较难一次性将水煤体都过滤彻底，采用在四川上口处按筛眼0.75 mm振动筛第一次粗过滤，然后将过滤水煤倒至四川下口处，筛眼为0.35mm细振动筛处进行细过滤。通过两级过滤，将流出的水煤体中煤体颗粒在0.35mm以上的煤过滤出经刮板输送机拉至运道胶带输送机运出。两级振动筛过滤，是治理水煤最关键一步，它将绝大多数水煤分离，使剩下的水煤沉淀使用人工清挖成为可能。

井下没有井上洗煤厂的优越条件，各种调节平衡设备无法安装，在安装上，使用U钢自制安装托架，在泄水巷四川爬坡处利用锚杆巷道特性，利用锚杆进行托架固定，然后使用螺丝及卡缆将振动筛与托架固定。振动筛固定位置虽确定，但水煤体入振动筛方式更加值得研究，利用现场条件，利用运道与泄水巷高差，运道水煤体接43mm倒水管自流进入振动筛，通过振动筛将水煤体进行粗过滤，并粗过滤煤矸通过振动筛经振动筛下刮板输送机拉至运道胶带输送机外运。

2.2.3 设立沉淀池和排水站

1)在泄水巷开口处，设立25 m集中沉淀池与排水站，在排水站安设8台37 kW排水泵，专人清挖与排水，保证水煤进入大巷变清水，并在水池旁安设一部刮板输送机搭－690大胶带输送机，保证煤泥外运。

2)在增三川前设立15 m集中排水站，并在排水站上按一过桥，保证排水站容量，并在过桥上架设刮板输送机，便于清挖煤泥外运。在排水站安设10台37 kW排水泵，并设双回路，即保证正常泵水，又保证突然出水时排水能力。

3)在增三川后施工两个45 m和80 m沉淀池。两个沉淀池分别架设一部刮板输送机及一部胶带输送机，即增加沉淀池容量，又便于大量煤泥外运至三川刮板输送机上运至运道胶带输送机。每个沉淀池内均匀分三个小沉淀池，即可单独使用，又可联合使用。

4)在四川振动筛后，建立连续三个不小于10 m沉淀池，便于振动筛振后煤泥沉淀与清挖，并利用刮板输送机外运。在三个沉淀池后设立10 m排水站，安装10台37 kW潜水泵，并接6趟排水管路，能及时将污水外泵。

5)污水反打，二次沉淀污水变清水。为有效利用四川以里锚杆泄水巷作用，在四川以里每隔30 m砌一道闸墙，有效利用空间作为沉淀煤泥使用，将振动筛振后水煤重新反打往里泵如泄水巷，将细小颗粒煤泥进行二次沉淀，二次沉淀后已成清水，直接泵入大巷，减少外围压力。

6)红旗渠式排水系统，减少管路安装及淤堵。为减少管路投入和减少管路易堵塞现象，在运道及四川以外泄水巷，利用水自流，铺设宽1.0m水沟960m，既达到沉淀又达缓冲作用，同时又易于治理。［3］

2.2.4 减少运道和泄水巷水煤流量

为减轻运道及泄水巷清挖水煤压力，减少运道及泄水巷水煤流量，就要减少冲击煤壁水量，首先，采取工作面增设一台BQS－100－60－37型潜水泵及三台WQB30－28－7.5型排水泵接6寸可弯曲铠装管至风道排水管，在工作面出水点以下未形成水煤前，将工作面水量分流一部分泵到风道，由风道泵清水至大巷;其次，将 MG650/ 1515－WD采煤机上下滚筒打调，反转，将割下的煤体尽量装入SGZ960/1050刮板运输机，使煤壁处遗留煤体减少，使冲出水煤煤量减少;再次，在工作面下出口老塘下帮下花管，利用水位高差将老塘清水静压分流出老塘一部分清水至大巷，减缓运道及泄水巷水煤流量，利于沉淀清挖及排水。

2.2.5 大巷水害治理

1)为尽快治理泄水巷淤堵煤泥，保证泄水巷能正常通风行人，在石门泄水巷开口与－690胶带输送机交叉点处建立集中排水站，包括两套沉淀池与排水池，从入水处向两侧各设一套，可分别泵入水煤，一个沉淀池沉淀满后，倒换至另一个，然后泵干积水进行清挖，在每个排水池安设4台BQS－100－60－37型潜水泵进行排水，目的是集中沉淀后排出进入大巷。

2)但是，由于煤泥量较大，泵出的水中含煤仍然较多，大巷水沟沉淀较多，水沟长期淤满跑水，严重影响运输及水仓排水。为防止水仓淤煤，暂时使用－690闲置的两个168 m车头房作为大巷沉淀池，将集中排水站的水煤泵入车头房进行沉淀，沉淀满后两个车头房倒挖装车外运。

3)大巷及水仓积淤解决后，由于清淤困难并缓慢，不能保证高效生产，限制回采进度。采取在四川以里运道胶带输送机下设30 m沉淀池和8 m排水池，安设4台BQS－100－60－37型潜水泵，接159mm排水管至石门集中排水站，将水煤从运道沉淀后，再泵出至泄水巷集中排水站，使工作面水煤不再流入泄水巷，减少泄水巷流入水量，使泄水巷水煤逐渐渗水，不再从水中捞煤，然后将泄水巷疏通，保证通风行人，解决安全隐患。［4］

3 应用效果

目前，该工作面已回采完毕，自2010年1月至2011年9月原煤产量保持在12万t/月以上，最月产达17.47万t，月进度达162.8 m，共开采煤炭213.07万t，未因水大出现水害事故。只是在回采初期由于工作面处于向斜轴处，造成风、运道高、中间低洼无法自然排水，只能由水泵向外排水，致使工作面推进缓慢，给回采带来一定困难。工作面的向前推进，脱离了向斜轴部的影响后，工作面正常回采，并且随着5煤层顶含水层的疏放，水压逐渐降低，工作面涌水有进一步减小的趋势。正是由于进行上述的综合防治水工作，才保证了该工作面安全高产高效回采，为同类型工作面的回采积累了一定经验，为该类工作面回采奠定了基础。

［1］ 开滦集团.开滦(集团)东欢坨矿业分公司矿井地质报告［D］，2007－2010

［2］ 国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定［S］，2009

［3］ 董书宁.煤矿防治水实用技术及装备［J］.煤炭科学技术，2008，(3):8－11

［4］ 陈佩佩.我国华北煤矿底板突水危险性评价［J］.煤矿开采，2004，(6):1－3，9