大倾角富水层工作面多级连续排水系统设计与优化

摘 要：本文分析付煤公司3上1001工作面涌水量影响因素，进行排水系统设计，提出大倾角富水层工作面多级连续排水系统。并通过对该排水系统进行验算，保证该设计的可行性及实用性。经过多级沉淀过滤系统，增加设备使用周期，无需在工作面机尾处设置大型水仓，减少人工投入，为其它矿井类似条件下高效安全推采工作面提供了良好的指导、借鉴和技术保障。

关键词：大倾角；富水层；多级连续；排水系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.068

1 研究背景与意义

煤矿井下排水系统是最重要的生产系统之一，担负着排除煤炭生产过程中产生的各种积水的重任。随着煤矿采掘工程的不断延伸，井下排水系统的改造工程会经常出现，如何选择经济合理，稳定安全的排水系统方案是煤矿安全生产的一项重要工作。由此可见，研究煤矿井下排水系统对于煤炭企业的安全生产有着重要的意义。

2 付煤公司3上1001工作面概况及涌水量影响因素

付煤公司3上1001工作面位于东十采区中东部，东为欢城断层，南与3上1007工作面相邻（未掘），西为北翼轨道巷，北为3上下1002工作面采空区，煤层厚度5.35～5.52m，工作面直接顶为3.51m的粉砂岩，基本顶为16.52m中砂岩，直接底为0.3m泥岩，基本底为6.74m砂质泥岩。采用走向长壁后退式一次采全高综合机械化采煤法，液压支架支护顶板，全部垮落法管理顶板，机采平均高度5.2±0.1m。工作面运输巷沿煤层顶板掘进，巷道采用锚网梯索支护方式，巷道为矩形断面，高度4.4m，宽度4.2m，断面积为18.48m2。影响本工作面回采的主要水文因素为：采空区积水、顶板砂岩水、断层裂隙水、底板水。

①采空区积水。东十采区北高南低，上部3上1002、3上1003、3上1004采空区积水对3上1001工作面生产存在影响。工作面掘进期间已对3上1002采空区积水进行打钻疏放，共疏放静积水量18万立方，现积水水位已低于工作面运巷底板标高，基本消除了采空区积水对工作面生产造成的水患威胁，经实测老空区积水动涌水量30m3/h，出水水量稳定，预计最大涌水量40m3/h。②顶板砂岩水。顶板砂岩水为3上煤层开采时的直接充水水源，属裂隙承压水，补给条件较差，顶板砂岩水通过构造裂隙等导水通道对工作面回采产生影响。本工作面材巷侧靠近付村向斜轴部，裂隙发育，易形成富水带，工作面掘进过程中揭露断层裂隙带附近均有不同程度的滴淋水现象，正常涌水量为20m3/h，预计最大涌水量为40m3/h。③断层裂隙水。工作面揭露落差12m断层，该断层材巷揭露点处有滴淋水现象，打钻探查断层摆动情况时，钻孔有出水现象。3上1001工作面东邻欢城支断层， 掘进过程中对该断层富水情况进行了探查，钻探无出水现象，但不排除工作面采动后断层活化导水可能性。预计断层裂隙水正常涌水量5m3/h，最大涌水量40m3/h。④底板水。工作面回采后，受采动影响底板裂隙带波及含水层，将导致底板出水，预计工作面最大涌水量将增加10m3/h。

综合以上分析，预计工作面开采期间的正常涌水量55m3/h，最大涌水量130m3/h。工作面切眼两端头运巷侧标高高于材巷侧51m，工作面涌水大部分要通过材巷侧的排水系统排出工作面，材巷侧排水标高差57.4米，运巷侧排水标高差43.9米。

3 工作面材巷、运巷排水设计

工作面最大涌水量130m3/h，按照1.5的安全系数工作面需形成排水能力不小于195 m3/h的排水系统。

3.1 工作面材巷

一级排水：材巷非工作面侧巷道3#架后方安设一台QBK-100-20-11.0KW电泵，通过一路四寸管路排到5#水仓（沉淀池）；工作面171#架侧面安设两台风泵，通过一路四寸管路排到5#水仓（沉淀池）；1#巷道支架前方备用一台QBK-100-20-11.0KW的排水泵（流量100m3/h，扬程20米）用备用6寸管路排水。二级排水：6#水仓安设两台BQS-100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，扬程100米），均与原6寸管路相连。此两台泵使用原两路电源。5#水仓（沉淀池）内安设一台BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，扬程100米），通过截止阀与4寸供风管路相连，已连接电源备用。5#水仓附近，备用一台BQS -100-100-75KW的排水泵（流量100m3/h，扬程100米）和开关；材巷超前外备用一台QBK-100-20-11.0KW水泵和开关。并准备好相应的变头、卡栏。

3.2 工作面运巷

工作面运巷转载机道水量较小，将4#水仓内的水泵撤除，安设风泵连接到4寸管路向外排水到3#水仓。在3#水仓内安设一台75KW水泵，与一路4寸排水管路相连。现场备用一台75KW水泵和开关，可直接接通电源通过4寸注浆管路进行排水。形成工作面排水路线：（1）材巷排水路线：工作面机尾水池→3上1001材巷5#、6#水仓→东十单轨吊车场→北翼轨道巷→-480轨道大巷→中央水仓→地面。（2）运巷排水路线：工作面转载机→3上1001运巷11#水仓→3上1002运巷→1002运联→北翼轨道巷→-480轨道大巷→中央水仓→地面。

3.3 沉淀池及水仓施工参数

沉淀池净尺寸为：长×宽=2.3×1.7m，水仓净尺寸为：长×宽=2.3×2.1m，以底板为基准向下卧深净尺寸不小于0.8m。水仓及沉淀池底板浆底厚度为100mm，周边不再打锚杆支护，周边及中间隔墙均采用砖砌墙体、沙灰抹面。周边砌墙厚度为100mm，中间隔墙宽度为200mm。在水仓与沉淀池中间隔墙留两个出水口，出水口尺寸为：长×高=0.3×0.3m。

4 工作面排水能力验算

工作面材巷6#水仓至门口排水管出水口1016m，高差47.7m（-524.4m—-476.7m）。一级排水：工作面机尾QBK-100-20-11.0KW水泵的额定排水能力为100m?/h，考虑到水泵老化，排水能力降低，11.0KW水泵的现排水能力为70m?/h，每台风泵的排水能力为30m?/h，两台计60m?/h；备用泵QBK-100-20-11.0KW排水能力为70m?/h，运巷风泵排水能力为30m?/h。合计排水能力230m?/h。二级排水：运巷BQS -100-100-75KW水泵额定排水能力100m?/h。考虑多为修复水泵，排水能力降低，75KW水泵现排水能力为70m?/h；材巷6#水仓内的两台BQS -100-100-75KW水泵同时接到6寸排水管路中，其最大排水量为90m?/h；材巷5#水仓内的一台BQS -100-100-75KW水泵的排水能力为70m?/h。合计排水能力230m?/h。工作面总排水能力满足195m?/h设计要求。

5 经济与社会效益分析

该排水系统可以满足工作面安全高效生产需求，减少设备投入。经过多级沉淀过滤系统，增加设备使用周期，无需在工作面机尾处设置大型水仓，减少人工投入，为其它矿井类似条件下高效安全推采工作面提供了良好的指导、借鉴和技术保障。

作者简介：冯飞，男，山东济宁人，研究生，助理工程师。