虹吸原理在疏放矿井老空水的应用研究

杜浩辉

摘  要：按照矿井生产经验，煤矿采空区水害危害极大，如果处理不当会引发严重的事故，是煤矿防治水的重点。为了保证矿井老空水疏放效果，煤矿企业开始将虹吸原理运用到老空水疏放操作中，并已取得一定的成效。通过对老空水形成原因与虹吸原理基本情况的分析，对其在矿井老空水疏放中的具体运用展开深层次探究，旨在提升老空水疏放水平，达到理想化煤矿生产模式。

关键词：工作面;老空水;矿井;虹吸原理;老空水疏放

中图分类号：TD745              文献标志码：A

老空积水有着明显的隐蔽性、分散性以及孤立性特征，空间中动态性特点较为突出，水位、面积以及水量等会随着时间的变化而发生改变，整体空间分布形态判断难度较大，且形状变化没有规律可循，治理较为困难。如果没有及时对老空水进行处理，可能会在放水时出现积水失控涌出等状况，会造成较大安全事故，威胁人员人身财产安全，后果不堪设想，所以对其处理展开研究极为必要。

1 老空水形成原因

煤矿生产主要以煤层回采以及井巷挖掘为主，在生产过程中会形成不同大小的地下空间，加之在进行采掘时，无法避免会揭露、接近某些含水层，所以当在含水层水位以下实施施工，且承受了一定的静水压力时，水体就会出现失衡的情况，涌入到采场或巷道之中，经过一段时间之后，便会形成老空区积水。同时，采掘活动所造成的顶板岩层移动，也是导致采空区积水的主要原因之一。除此之外，生产区域存在没有查明含水断层、工作面进入到导水钻孔区等，也会造成采空大面积积水问题，需要科学分析，采取措施。

2 虹吸原理

虹吸就是一种运用液面高度差作用力的现象。在倒“U”形管状结构中倒满液体后，将高开口端放入装满液体容器之中，容器中的液体会在高度差作用下，持续从低开口端流出。就本质而言，虹吸是在大气压强以及液体压强双重作用下产生的，将其运用到老空水疏放之中，可在保证水体疏放充分性的同时，确保整体操作安全性以及有效性，作用较为显著。

3 虹吸原理在矿井老空水疏放中的运用

为了对虹吸原理的具体应用进行全面分析，在此将以某煤矿老空水疏放实例为例，对原理运用情况进行研究。

3.1 实际案例

该次煤矿位于某煤田浅部区域，开采煤层是二叠系山西组煤层，整体水文地质条件较为复杂，整体施工难度相对较大。在进行11采区回采施工后发现，采空区域出现了大面积积水问题，并存在动态补水状况，导致深部工作面开采施工受到直接限制，如果无法对积水进行合理处理，很有可能会引发重大事故。为做好积水疏放，保证老空水治理质量，企业决定运用虹吸原理展开老空水疏放。

工作面具体情况：本次工作面A位于11采区下山西翼最下端位置，是采区下山最后工作面，整体层面倾斜角度为6°，平均开采深度在450 m左右。通过对煤层直顶板的分析发现，直顶板主要包含砂质泥岩以及炭质泥岩等物质，其中老顶部分属于砂岩含水层，整体厚度在18 m左右。工作面和邻近采空区的隔离煤柱宽在22 m左右，周边工作面之间才动影响属于相互连通状态，整体积水区域面积较大，积水水位在+25 m左右，积水面积大概在28万m2左右，对工作面掘进施工形成了一定程度的威胁。

3.2 探放施工与效果

工作面A从4月份开始实施采掘施工，为保证巷道掘进安全性，防止上部采空区积水对整体施工造成影响，施工团队沿煤层展开了多处探放孔施工，整体进尺在420 m左右，探放孔总流量平均在105 m?/h。

通过探放施工发现。1）除采空区有大量静置的积水之外，还存在着105 m?/h左右的动态化补水，采空区存在着明显的上下联通状况。2）工作面上部老空区最低点为-39.9 m，存在泄水孔淤塞或者塌孔问题，致使积水水位出现上升趋势。3）因为受到顶板裂隙水以及老空水动态补给的影响，巷道掘进安全受到了直接威胁。4）工作面整体构造较为复杂，探放水施工难度较大，因此存在着探放水施工不理想的状况，并不利于工作面回采工作开展。5）运用水泵展开二级排放处理，整体排放成本相对较高，并不符合经济方面要求。

3.3 疏放方案

3.3.1 整体方案规划

由于上巷道探放低洼处采空区积水情况并不理想，所以该次决定运用集中排水巷以及下巷底板抽放巷贯通的方式，在集中排水巷道展开疏水钻孔施工，和下巷道、下巷道底板抽放铺设疏放管道展开连接，进而通过对虹吸原理的运用，将积水自然排放到制定区域内。

3.3.2 方案执行

3.3.2.1 集中排水巷

在进行集中排水巷处理过程中，首先需要在上巷水一点位置处展开变向施工，使其进入到煤层底板位置，并按照煤层走向展开集中巷小下山施工，且要在进入到煤层底板下10 m位置时，实施下巷底板抽放巷与集中排水巷连通处理，将其作为瓦斯底板抽放巷展开运用。

3.3.2.2 疏水钻孔

疏水钻孔施工主要集中在集中排水巷上方位置，该次施工共设置3个疏水钻孔。同时需要做好控水闸阀门安装，以便对放水情况展开全面管控。

3.3.2.3 疏放管道安裝

为了保证虹吸管理发挥效果，在进行疏放管道布置前，需要做好整体施工区域情况调查，并要按照调查结果，对管道高低口位置进行确定，在此基础上，设计人员需要做好逐段管道铺设安排，保证积水排放流畅程度，以防因管道安装不当而使虹吸原理发挥受到限制。该次工程严格按照虹吸原理展开了管道安装规划，整体管道排水较为顺畅，虹吸作用得到了发挥。

3.3.3 放水过程监测

在进行放水时，需要做好3个方面的监测。1）水位监测。在进行放水过程中，需要对水压以及水位变化进行实时监测，把握老空水具体余水量变化，确定是否存在动态补给，并以各项数据为参考，展开后续处理方案编制。2）水质监测。水质监测也是放水监测不可忽视的内容，需要按照老空水来源以及水质特征，对水质水样展开检测，确定水质主要成分，进而判断出积水动态补水主要来源，以便进行针对性的治理。3）放水后期监测。在疏放处理完成之后，仍然需要对水钻孔以及防水后期各项情况展开监控，以便及时对潜在隐患展开处理，保证回采安全程度。

3.3.4 疏放情况

根据定向施工、梯次控制整体思路，工作面A展开了3个泄水孔施工，并在最终孔洞施工时，进入到了上部采空区域。因为采空区下巷水仓最低点标高低于水仓内部标高以及外标高，且低于采空区下巷最高点标高，在完成疏放管道铺设后，整体环境处于全封闭状态，符合虹吸原理各项条件，所以在内部压力作用下，高位管口位置的老空水被顺利吸入到了下巷最高点位置，并经过最低点位置排到了指定地点。

3.4 处理结果

完成疏放操作之后，管理团队对疏放结果展开了实地调查。经过实际调查发现，运用虹吸原理展开老空水疏放，实现了对动态补给水的有效处理，整体操作较为安全，没有发生任何安全事故，且没有再出现涌水问题。同时，因为此种方式并不需要使用大量机械设备，所以整体处理成本也相对较低，整体经济效益较为可观。

4 结语

鉴于老空水所存在的各项危害，各矿井企业需要进一步加强对老空水治理工作的重视程度。企业要在对老空水形成基本原因展开掌握的基础上，以形成原因为导向，按照虹吸原理制定出较为合理的积水疏放方案，保证虹吸作用可以在积水排放中得到充分运用，进而达到预期老空水处理效果，实现对采空区水害的有效防治，以为整体矿区开采创造出更加安全、理想的工作环境。该文阐述的虹吸原理运用方式并不全面，只希望能够起到抛砖引玉的作用。

参考文献

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