煤矿下山巷道掘进积水治理技术

于贵龙

（山西寿阳段王煤业集团有限公司 段王矿，山西 晋中 045400）

0 引言

在煤矿生产实践中，由于受煤层赋存条件限制，大量巷道需布置下山掘进巷道。下山巷道因断层等地质构造产生的裂隙带产生的涌水不能自行流出，而是流向掘进工作面形成积水。下山巷道掘进时，积水不仅带来繁重的辅助工作[1]，而且会恶化工作面的作业环境，严重影响工程质量和施工安全。随着采掘活动不断向深远处延伸，地质条件逐渐变得越来越复杂[2-3]，断层和陷落柱等地质构造产生的积水对掘进的影响越来越大，巷道下山掘进将变得越来越困难，严重影响了矿井采掘接替和安全高效生产。本文对巷道下山掘进巷道积水治理，不仅可以提高煤矿掘进单进水平、减轻工人劳动强度，还有益提高巷道文明生产，保障施工安全。

1 积水对掘进的危害

1.1 积水对巷道顶板安全的危害

积水对巷道支护的危害主要表现在加剧巷道底鼓和导致冒顶事故，积水对顶板安全的影响十分明显[4]。

断层是煤矿巷道掘进过程中最常见的不良地质现象，受断层影响巷道顶板围岩较为破碎，涌水量较大[5]。断层及其破碎带本身围岩强度就很差，再加上断层处裂隙水不断的涌出，对巷道底板不断的冲刷，极易造成膨胀性软岩吸水膨胀性，最终形成严重的底鼓。在锚网支护巷道，底鼓容易造成两帮煤岩体受挤压，加速巷道支护破坏。拱棚支护的巷道底板长期浸水，易导致底板松软，使棚腿不能扎在稳固的底板岩石上，易导致倒棚造成顶板事故。段王矿090508 轨道巷工作面发生一起顶板事故，主要原因是巷道底板长期大量浸水，顶板长期淋水，导致棚腿不能扎在稳定底板中，顶板悬吊锚索生锈破断，最终锚索断裂，倒棚造成冒顶事故。因此，特别是软岩巷道，要减少顶底板变形，首要的任务就是防治水，防止围岩的风化潮解，尽量减小围岩的吸水膨胀性变形压力。

1.2 涌水对掘进施工的影响

涌水对下山掘进施工的影响，主要体现在落煤和装煤2 个生产环节。

由于受重力的作用，巷道积水始终向掘进工作面。少量的涌水即可对掘进工作造成重大影响。

炮掘巷道施工时，按设计要求打孔装药是良好爆破效果的前提之一。由于下山掘进工作面岩体易受积水浸泡，煤体、岩体易变松软，会带来钻眼施工难钻到位，炮孔易塌孔，钻出的炮孔吹孔吹不干净，炸药不容易安装到位等问题[6]，其中处于工作面最下方底眼受影响最大，易导致爆破施工质量差，巷道成型差，经常需要人工卧底、甚至二次爆破，带来繁重的辅助生产任务。

机掘巷道施工时，巷道底板经过涌水冲刷，履带与巷道底板之间摩擦系数会降低，再加下山掘进，掘进机后退会更困难，需要不断人工在掘进机履带下垫煤或者垫道木增大摩擦阻力，严重影响了掘进效率，还增加了工人劳动强度。积水和截割落下的煤或者岩石混合在一起，易形成稀煤泥，掘进机耙爪、及刮板运输机很难耙装稀煤，严重影响装载效率。稀煤泥转运到皮带输送机后，皮带输送机滚筒易打滑，造成皮带跑偏，洒煤等情况，导致运载量严重下降，增大皮带运输机维护工作量。

因此，煤矿下山掘进必须先治理积水，否则无法开展掘进工作。

1.3 涌水对文明生产的影响

下山掘进积水问题治理不好，巷道的积水会漫流至工作面。积水与巷道底板散落的煤岩混合，极易造成巷道大范围稀煤泥。皮带输送机由于长期带水运行，运输过程易洒稀煤，稀煤从储带仓处积聚并在巷道漫流，严重影响工人作业环境。

2 掘进工作面积水治理措施优化

根据煤矿防治水要求，山西矿区复杂地质水文条件矿井要求采用φ100 mm 排水管，配合潜水泵排水，潜水泵距离迎头不得超过20 m。在生产过程中，应用排水潜水泵直接抽迎头积水存在诸多的问题：①潜水泵及其开关笨重，移动较为困难，工人移泵劳动强度大，耗时多，影响掘进生产；②迎头积水含煤泥多，容易造成潜水泵堵塞，导致电机烧毁；③迎头淋水较多，作业环境恶劣，长时间淋水浸泡有可能导致水泵及开关漏电，造成安全事故；④水泵频繁启动，迎头积水量小的情况下水泵容易吸空，造成水泵设备加速损坏；⑤随着掘进工作面的延伸，每个班都需要续接排水管，耗费大量人工，严重影响掘进效率。

2.1 掘进工作面积水治理优化

为了减少迎头抽水对掘进工作的影响，对排水系统进行优化。

掘进工作面在φ100 mm 排水管的末端接1 根20 m 的φ100 m 软胶管，软胶管另一端和潜水泵连接。由于胶管可以在一定程度弯曲，因此可以掘进头每延伸20 m，只需接一次排水管。做一个1.2 m×1.5 m×1.2 m 的移动水箱，把潜水泵安放在水箱内。在掘进工作面积水区，用气泵把积水抽到水箱内，积水经过沉淀，待水箱装满水后，再启动潜水泵把水箱的水通过排水管排出。虽然气泵排水能力较小，扬程较低，但由于气泵体积和重量较小，移动轻便，故障率较潜水泵低，因此能较好的适应掘进工作面恶劣的工作环境。积水从迎头排到水箱，再经过水箱沉淀，安放在水箱潜水泵可以一次排放大量较为洁净的水，避免了吸煤泥导致堵泵、烧泵，改善了潜水泵的工作环境。同时减少了潜水泵启动次数，降低了了设备损坏。在段王矿区实践应用表明，该改进型排水系统排水效果较好，掘进迎头能迅速排出积水，且占用较少的人工，大幅减少了积水对下山掘进的不利影响。排水系统如图1所示。

图1 掘进工作面排水系统示意Fig.1 Excavation face drainage system

2.2 后路围岩出水治理优化

后路巷道出水多发生在顶底板上，如果不治理，积水会沿着巷道漫流，冲刷巷道，最终流向掘进工作面。目前，煤矿下山多采用铺设PVC 水槽方式，把水排到迎头。该方法在实际应用中水槽排水存在水冲刷底板后，会带来煤泥造成淤堵，水槽对煤泥的排放效果不好。在出水点多、且分散的情况下，水槽排水收集效果非常不理想，易导致巷道漫流。

充分利用水的重力作用，用φ50 mm 胶管配合沉淀池代替水槽排水，具体如图2 所示。

图2 胶管排水设施布置示意Fig.2 Hose drainage facilities layout

在巷道出水点附近做一沉淀池，沉淀池的位置要低于出水点，使用一段φ50 mm 胶管把出水点的涌水引流到沉淀池，沉淀池可以用废旧油桶制成。为了防止堵管，积水经过沉淀净化后，再用φ50 mm 胶管排放至巷道临时水窝，临时水窝收集积水并沉淀，用潜水泵经过φ100 mm 排水管泵出。经在该矿轨道下山等巷道的实践应用证明，利用胶管排水可以克服水槽排水效果差的缺点、占用维护人工较多的缺点，实现了巷道清洁，维护工作量较少。

3 结 论

（1） 在下山掘进巷道中，巷道积水加剧巷道变形，易造成巷道支护失效，降低掘进效率带来严重安全隐患，在掘进生产实践中必须积极治理。

（2） 巷道掘进工作面积水，采用风泵配合移动水箱，再用潜水泵和胶管接力排水的方式，可以降低移泵工作量，减少设备损坏，降低工人劳动强度、实现较好的排水效果。

（3） 后路巷道围岩多处涌水的情况下，采用胶管排水代替水槽排水，可以取得更好的排水效果、大幅改善巷道文明生产面貌。