煤矿井下盘区临时排水系统设计探讨

李树峰

(中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120)

矿井排水系统是整个矿井生产系统中的重要工程，其布置方式的合理性、布置层位的稳定性以及水仓容量的大小严重影响着矿井的安全[1-4]。在实际生产过程中，尤其是对于下山采(盘)区永久系统未形成时，难免要构建临时系统来满足生产需要。但常规排水系统设计相比来说存在一些弊端[5-7]：建设工程量大、水泵房硐室布置密集[8]。这些弊端导致建设工期长、投资高；硐室受二次扰动影响，支护困难。在满足生产需求以及节省硐室开挖工程量的条件下，采取一些非常规的思路来进行临时系统的设计符合当前煤炭形势下的要求。本文结合小庄煤矿二盘区临时水仓和水泵房的工程实例，提出以大巷联络巷为基础建设临时水仓与水泵房的思路，在满足相关规程、规范和使用的前提下，可以有效减少工程量，缩短工期，该方案对今后其他矿井的临时排水系统建设有着指导意义。

1 工程概况

小庄矿井正常涌水量为350m3/h，最大涌水量为502m3/h，采用单水平开采接力排水系统，在副立井井底车场附近设有矿井主、副水仓及主排水泵房，在三盘区北部边界设有盘区水仓及水泵房，盘区排水管路沿中央进风大巷敷设，将涌水排至+540m标高，再通过水沟自流至矿井主、副水仓，主排水泵房排水设备将矿井所有涌水用排水管路沿副立井排至地面。由于二盘区为下山盘区，大巷沿煤层掘进，在二盘区大巷及工作面巷道施工过程中，无法实现自流排水，因此，在盘区永久水仓及泵房形成前，需设计临时排水系统短期服务二盘区。

2 临时水仓与水泵房设计

2.1 设计思路

小庄矿水文地质为复杂类型，临时水仓的设计标准应参照采区水仓，根据《煤矿安全规程》、《煤矿井下车场及硐室设计规范》，水仓的有效容量应满足4h的采区涌水量[9，10]，小庄矿井正常涌水量为350m3/h，临时水仓的有效容量应不小于1400m3。

2.1.1 方案一：常规思路设计

采用常规思路设计[11]，在进风大巷与回风大巷间布置水泵房，主副水仓从回风大巷下穿过。水泵房通道为57.35m，泵房长度为43.19m；水仓通道为56.28m，主、副水仓总长度约为180m，水泵房与水仓总掘进工程量约6895.30m3，水仓有效容量为1614m3。常规水仓与水泵房布置方式如图1所示。

图1 常规水仓与水泵房布置方式

采用此方案带来的问题：工程量大，工期时间长；主、副水仓从回风大巷下穿过，煤层底板为泥岩，较为破碎，支护困难，需构筑复杂的立交，大巷受二次扰动影响，变形明显。

2.1.2 方案二：新的设计理念

新的设计理念考虑将水泵房布置在进、回风大巷间的联络巷，水仓布置在进风大巷与回风大巷间50m的煤柱内。联络巷净长度44.5m，可以满足水泵房尺寸要求，水泵考虑“一用二备一检修”共四台；利用大巷联络巷作为水泵房，水泵房内设置0.5m的排水沟，使得水泵房底板高于水仓最高水位不小于0.5m[5]

水仓：在大巷间要布置主副水仓，倘若布置在一侧，巷道间的煤柱距离过小[12]，难以支护，所以将主副水仓布置在水泵房的两侧，水仓入口布置在进风大巷。主水仓长度为106.95m，副水仓长度为86.95m，水仓通道为27.11m，总掘进工程量为4371.91m3，水仓有效容积为1754m3。内外水仓布置在水泵房左右两侧，水仓入口布置在进风大巷，利用联络巷的水仓与泵房布置方式如图2所示。

图2 利用联络巷的水仓与泵房布置方式

2.2 设计方案比选

在水仓有效容积相同的条件下，对方案一和方案二进行技术对比[13]。

1)工程量对比。方案一为常规思路设计的水仓与水泵房，掘进长度为336.82m，工程量为6895.30m3；方案二为利用现有联络巷建设水泵房，在联络巷两侧布置主、副水仓，掘进长度为266.54m，工程量为4371.97m3。方案一与方案二经济对比见表1。

表1 方案一与方案二经济对比表

2)工期对比。方案一中的巷道与硐室均需新掘，工期为6.6个月；方案二中水泵房可利用现有联络巷，只需新掘水仓，工期为4.4个月。

3)施工难度对比。方案一中主副水仓需从回风大巷下方穿过，净间距仅为5m左右，需要构筑复杂的立交，且大巷布置在煤层中，围岩条件较差，大巷变形明显；方案二系统简单，不存在巷道间的交叉叠加，但是在50m的大巷保护煤柱内形成“U”型水仓，巷道间岩柱间距小，在施工中会对大巷造成二次扰动，具有一定的施工难度[14，15]。

3 工程应用

小庄矿在建设二盘区水仓与水泵房采用方案二，该方案减少了水仓通道的长度以及主、副水仓处的交岔点，工程量减少。在排水泵房内设置四台MD450-60x3型水泵，正常排水时1台工作，2台备用，1台检修，最大排水时2台工作。水泵布置如图3所示。该思路的运用，既利用了已有巷道，又为生产矿井缓解了工期以及投资等实际问题。

图3 小庄矿二盘区水泵布置方式

4 结 论

1)采用方案二的新思路，以大巷联络巷为基础进行临时水仓与水泵房的设计，减少了水仓通道的长度及主、副水仓处的交岔点工程量，合计共减少了57%的掘进工程量，缩短了50%的工期。

2)充分利用大巷煤柱空间，合理布置硐室，避开了巷道交叉引起的立交、支护等问题，施工相对简单。

3)通过该设计方案的实施，取得了良好的经济效果。在当前煤炭形势下行的情况下，该思路符合生产企业降本增效的要求，因此，以大巷联络巷为基础进行临时水仓与水泵房的设计思路具有一定的推广价值。