利用采空区及废弃巷道实现矿井水直排的探索与实践

汪志东

摘要：避峰填谷是节约电费的有效手段，如何延长井下水仓充水时间，在用电低谷时间段排水，是实现避峰填谷的关键；在此基础上充分利用现有的设施、减少投资、长期受益是实现避峰填谷的最终目的。本课题围绕以上两点进行展开。

关键词：避峰填谷 采空区利用

1 项目实施的重要性及可行性论证

牛儿庄采矿公司八盘区山青盘区采完后，八山青临时泵房成為矿井的主要排水泵房。该区主要补给水源是八盘区山青采空区老空流水及伏青突水，水量约为1.8m3/min。而以往八盘区山青老空水汇聚至临时泵房，一部分通过野青采空区流至三水平大泵房，剩下部分通过潜水泵管路排至三水平大泵房。这样原本由-279.0m排至-200m水平的矿井水要流至-400m水平再排至-200m水平大泵房。此外，随着矿井资源的枯竭，-400m水平大泵房保护煤柱要逐渐回收，如果能减少这1.8m3/min的矿井水量，对回收这部分资源是极为有利的。

综合以上两点，在八盘区山青临时泵房建立水仓，使矿井水直排-200m水平就显得尤为重要。

通过对八盘区山青临时泵房附近条件进行分析，利用周边废弃巷道可作为临时水仓。根据现场测绘和水泵排水要求，巷道有效储水量在820m3，而临时泵房原有一台排水量为90m3/h的潜水泵，如果再安装三台额定排水量在280m3/h的卧泵，就可以达到节能减排的目的，却很难避开用电高峰，因此增加八山青临时水仓的蓄水能力，延长水仓的充水时间是解决这一难题的最有效的方法。（图1）

根据八盘区山青采空区涌水量测算，24小时总涌水量为1.8*60*24=2592m3，要利用用电高峰期蓄水，低谷时排水，必须是早6点至22点蓄水，同时，实际水仓容量要达到1.8*60*16=1728m3即可满足需要，这就需要扩大水仓容量。经分析图上绿色区域巷道可作为水仓，并且利用这段巷道可以和采空区通过出煤石门相连，用采空区扩大水仓容量，但需在4处建立挡水墙。根据现场底板标高，需在1#、4#、5#位置分别建立2m、1m、2m的挡水墙，2#、3#位置建立密闭挡水墙，然后由3#墙接一趟排水管与泵房排水泵直连。据泵房水泵和巷道条件要求，排水水仓蓄水前后标高以-272.0m～-275.0m为宜，绿色巷道蓄水量约为1300m3，而与巷道相连的采空区相对应标高范围内的容量为：

采空区积水量：采用公式Q= K·S·H/cosθ进行估算。

式中：S——采空积水区水平面积，m2（等高线范围内面积28894m2）；θ——煤层倾角（平均倾角8°）；H——采煤高度，m（山青采高1.4m）；K——经验系数，一般取0.2～0.35（最小值取0.2）。

按下限计算Q=K·S·H/cosθ

=0.2*28894*1.4/cos8°=8172m3

显然这是最理想状态。实际情况并非如此（后经泵房蓄水开泵情况验证），根据该矿通过采空区放水实验，由八盘区山青临时泵房涌水通过采空区放水至三片口临时观测站实测数据，通过约620m采空区143小时后观测到来水，得出的4.4m/h渗透速率结论。此结论通过五矿至该矿采空区过水通道得到验证，1800m采空区长度，预计17天流入该矿，实际流入该矿时间为18天。

由此，八盘区临时泵房蓄水排水循环周期为1天，即24小时，采空区渗透范围为4.4*24=105.6m，据此，由出煤石门联系的105m范围内的采空区作为水仓是较为合理的，经测算这部分面积为4201m2，由公式

Q=K·S·H/cosθ

=0.2*4201*1.4/cos8°=1188m3

V内=V1+V2=1300+1188=2588m3

V1绿色巷道水仓容量；

V2绿色巷道相连采空区水仓容量；

V内大于用电高峰期蓄水量1728m3，理论上是可以实现避峰填谷。

2 试验的过程与结果

为了临时泵房安全起见，与1#、2#卧泵排水管道搭茬一趟安装有管道泵的管路，在1#、2#泵出故障时可临时排出内水仓的蓄水，这趟管路利用特殊的地势条件，可以利用虹吸显现将内水仓排至八山青一台防水巷汇入三水平泵房，由于管道较长，接口较多，个别接口处易跑气，故需要借助管道泵在一定时间维持虹吸排水。

内外水仓的建立，该工程是先施工5个挡水墙，由于2#、3#墙属于密闭挡水墙故需做专项设计。巷道支护形式为锚杆支护，顶板岩层普氏系数f=4～6。巷道底板为泥岩，遇水膨胀。巷道为拱形断面。

该供排水工程按设计于9月中旬竣工，进行避峰填谷排水实验。八盘区临时泵房共安设排水泵5台，三台排水量为280m3/h卧泵，一台排水量为50m3/h潜水泵，其中二台卧泵（2#、3#泵）与3#墙排水管路搭茬，另一台（1#泵）与潜水泵安装于外水仓备用。内水仓用于蓄水，外水仓作为备用。经过一个月开泵蓄水试验得到平均数据如下表：

280m3/h卧泵由于合理建立了挡水墙增加了水头高度减少了吸程，2#、3#泵8小时实际排水量达到2880m3/台，略高于八盘区山青涌水量。因此，达到了利用采空区及废弃巷道实现避峰填谷的目的。

3 推广应用情况效益分析

该项目不但实现了矿井节能减排降低成本的目的，而且在采空区综合利用上也实现了创新，具有较好的经济与社会效益。

3.1 经济效益

根据矿井设备组提供数据，实验一个月省电4.5万度电，折合均价0.65元电价，年均节约电费45000*0.65*

12=351000元。

另外，八盘区临时泵房的建设既减少了水仓的开掘又利于三水平煤柱的回收，一举两得，间接带来的经济效益更大。

3.2 社会效益

采空区的综合治理一直是困扰大多数矿井发展的一个潜在危险因素，该矿利用采空区为水仓扩容提供了一种新的思路，变害为宝，有着较大的推广意义。

参考文献：

[1]尹尚先.试论矿井水资源化与矿区水资源优化配置[J].华北科技学院学报，2012（01）.

[2]张瑞祥.矿井水排放系统的优化与经济分析[J].煤矿机电，2011（05）.

[3]李顺明.徐庄矿11采区排水系统优化方案[J].山东煤炭科技，2013（05）.