综采工作面排水系统的优化及实践应用

    徐雷 马宗静 靳顺奇

    摘 要：随着社会经济的发展，煤矿开采逐渐深入地下，在开采过程中综采工作面逐渐出现采空区涌水问题，矿井中排水问题成了限制企业发展的主要问题之一。通过修建导水沟和优化排水系统等方式，可以有效控制工作面出水进入煤矿开采系统的问题。因此为保障工作面安全正常运行，生产矿井需要加强对井下排水系统的优化，本文主要根据疏放水数据和开采用水量的变化情况进行分析，通过疏放水钻孔期间单个涌水量可以设计纳入管路的参数，结合实际涌水量和工作面疏放水量的情况，确定工作面最大用水量的多少，再通过数据参数的参考对比，制定相应的排水方案，确保综采工作面排水系统的安全高效。

    关键词：疏放水;综采工作面;排水优化

    0 引言

    在开采过程中，随着开采深入的增加，复杂地质条件下的综采工作面防治水工作也提出更高的要求。综采工作面在正常回采期间，煤层顶板会出现水层断裂和老塘顶垮落的情况，此时水会沿着缝隙流入采空区。当顶板出现大量的裂隙时容易导致老塘的大量涌水，水一旦涌入工作面，严重影响回采效果，因此可以通过对综采工作面顶板及煤壁淋水引流等方式达到排水的效果，减少水流的滞留。通过对复杂地质条件下综采工作面排水方案的优化分析，将供电系统的设计方案和排水位置及排水管道的设计进行对比选择，综合利用井下排水系统，为井下防治水提供参考。

    1 工作面地质、采煤方法及排水系统简介

    （1）5302工作面位于矿井西北部，五采区的西部。工作面的上方为泗河，沿南北方向贯穿整个工作面;工作面运输顺槽的上方为泗河西河堤，西河堤东侧有南水北调输水管线。工作面走向长1079/1267m，倾向宽76/161m，面积为188127m2。下组主要含水层为含粘土砂（砂砾）和砂（砂砾）层，砂层总厚度11.7～24.85m，平均厚度19.38m，其中，较稳定的含水层2～3层。根据《兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿5302工作面提高开采上限可行性研究报告》中预计的工作面回采过程中正常涌水量为70.51m3/h，最大涌水量为105.77m3/h，涌水方式为采后涌水和顶板淋水。

    （2）5302工作面顶板随采随垮落，直接顶有一定厚度，采空区不悬顶，冒落的松散岩石基本上充满采空区。工作面煤质较为松软具有可放性。本着安全可靠、高产高效、经济合理的原则，选用倾斜长壁综采放顶煤一次采全高的采煤方法。

    （3）矿井设有两个主排水泵房和四个分排水泵房，排水系统主要根据清水排水系统，工作面清水排水系统通过收集工作面顶板疏放水依据设计排水系统;污水排水系统通过收集采空区和工作面涌水情况，按照正常涌水量的2倍设计。但目前的排水系统仍然存在一定的不足，清水排水系统在设计过程中不考虑疏放水算空期间的衰减情况，最大设计涌水量小于实际涌水量;污水排水系统在不同的水文地质条件下，设计方案也不相同，最终容易造成工作面排水能力大于实际涌水量，造成一定的资源浪费。

    2 采区排水系统优化

    排水管理的大小与管路的排水能力有直接关系。大孔管径路使得排水系统更安全，但带来一定的资源浪费和资金投入，因此在排水过程中加强对设计管径的优化，用最小的经济效益实现最大的利益和高效。综采工作面中的准水仓根据含水层的水泵排水能力、巷道底板的起伏变化等不同来决定布置的位置。含水层决定了疏放水量的大小，由于采空区面积逐渐增大，大量风化基岩水通过采空区排泄，减少了采空区的涌水量，在确保排水系统正常运行和满足工作面排水要求的情况下，最大限度的减少成本投入和资金的浪费，确保井下排水作业的经济高效。

    3 综采工作面的主要引流措施

    （1）工作面顶板引流措施。当综采工作面的顶板淋水时，在支架下方悬挂雨布或风筒布，将顶板的水引流到老塘内（淋水采用编织袋装煤堵住观察孔），将风巷水沟引流到机尾部分。当工作面的走向角度较大时，在支架前用编织袋修建漫水堰，并安排专人进行沉淀池清理，及时疏通导水通道。

    （2）工作面机头和机尾端头导水引流。综采工作面采空区积水溢满老塘时，老塘水从机头流出，容易造成转载机或皮带运输的故障问题，这就要求设计过程中在机头转载位置下方修建导水槽，老塘水通过转载机下方导水槽排出，避免进入转载机中造成过多的水质，影响煤质。另外当工作面采空区积水溢满老塘，老塘水从机尾流出，采空区涌水从槽下方流出时可以采用编织袋装煤堵住，将涌水从支架后方引流到水仓，与此同时，在巷道下方铺设水槽，用串联的方式固定水槽，在水槽边浇筑水泥台等措施，与此同时我们要注意避免水泵在排水过程中吸入大量粉尘造成设备堵塞和损坏。

    （3）工作面回采前彻底清理两顺槽低洼点附近淤泥，且两顺槽低洼点向两侧各20m范围巷道底板应全断面固化。回采过程中安排专人负责工作面排水系统的管理，包括：清挖排水坑、沉淀池、排水沟内的淤泥，清理低洼点煤泥（排水坑及沉淀池深度为1.0m以下的，煤泥不得超过0.2m;深度为1.0m以上的，煤泥不得超过0.5m）等。

    （4）在两顺槽距工作面100m内各放置长度4.5m，宽度0.2m，厚度不低于0.07m的木板30块，4.0m悬浮单体各不少于8棵。随工作面推进前移，巷道出现溃砂迹象时将木板横向摞起建挡砂墙。单体垂直顶底板牢固支设于挡砂墙外侧。

    （5）工作面或其他地点发现煤层变湿、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板来压片帮、淋水加大、底板鼓起或产生裂隙，出现渗水、底板涌水、煤壁溃水、水色发浑、有臭味等透水预兆时，要求立即停止作业，撤出所有受水威胁地点的人员。在原因未查清、隐患未排除之前，不得进行任何回采活动。

    4 结束语

    通过对排水系统和参数的选择与分配，将清水和污水系统设计联合起来，对综采工作面的排水系统优化。在原来的管路优化设计后，全年可以节省管路安装费用。同时对综采工作面排水系统优化后，可以大大提高巷道的排水能力，在排水过程中充分发挥各个环节的作用，杜绝因排水不及时或排水不畅造成的事故。有效的控制工作面及采空区的排水问题，综采工作面排水系统优化的应用，是保障工作面正常回采的关键，为企业的可持续发展奠定基础。

    参考文献：

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