邱集煤矿7830工作面排水设计

    郭纯岭 陈庆玉 陈庆钊

    

    

    

    摘 要：不同的水文地质条件对工作面防排水技术实施有重要影响，工作面排水系统设计的稳定性和可靠性直接决定着采煤安全，本文通过分析7煤层水文地质特性，结合7830工作面实际，选取最大涌水量为排水系统设计依据，并通过计算获取排水设备主要参数，制定详实的排水路线。通过工作面回采可见，设计的排水系统满足生产需要，没有发生工作面积水及突水情况，保障了工作面人员和设备安全，可为临近工作面排水系统设计提供借鉴。

    关键词：排水设计;含水层;防治措施

    邱集煤矿在山东省齐河县境内，是山东省黄河北第一对投产的矿井，矿井为立井单水平开拓，水平标高-395米。中心河位于矿区西部，自南向北由旦镇进入矿区，流经长度约3.4km，属徙骇河水系。已经过治理，防洪水位为+29.1m，堤顶标高+30.39m。不同的水文地质条件对工作面防排水技术的采用实施有重要影响。排水系统设计的可靠性直接决定着采煤安全，矿井开采的7煤层，由于河流的存在，对工作面防治水工作也提出更高的要求。因此开采7煤必须对排水进行专门设计[1-5]。

    1 工程概况

    7830工作面位于邱集煤矿7800采区轨道下山东翼，北邻7800轨道上山，南邻7828工作面，走向长577m倾斜长122m。巷道走向和倾斜向的地质素描图如图1所示。

    7800工作面煤层走向为南西向北东，平均煤厚1.40m，倾角2～9°。7煤为块状粉末状，以亮煤为主，有小方解石脉顺外生裂隙穿切，煤层局部有炭质泥岩夹矸，煤层硬度f=1～3。直接顶为泥岩，厚度2.19m，老顶为粉砂岩，厚度4.7m。直接底为粘土质粉砂岩，遇水膨胀，容许比压为5MPa。

    2 含水层简介

    2.1 风氧化带含水层

    风氧化带含水层平均厚度约17m，岩性主要为泥岩、粉砂岩和中砂岩，风化极为严重，抽水时单位涌水量0.0327L/s.m，岩层富水性弱，为煤层开采间接充水含水层，对7830工作面开采基本无影响。

    2.2 一灰含水层

    一灰厚度1.50～3.60m，平均2.00m，浅灰～灰色，顶部含泥质，中下部质较纯，下距7煤平均17.18m。q=0.0645～0.3069L/s.m，富水性弱到中等，揭露断层一般不会导水。一灰处于7煤顶板冒落裂隙带影响范围内，以顶板淋水的形式出现，正常出水量为1.0m3/h。正常时巷道底板砂岩水出水，水量为3m3/h。回采过程中要时刻关注顶板变化，及时观察顶板淋水，发现出水增大及时处理。

    2.3 二灰含水层

    二灰厚度1.2m～3.28m，平均2.06m，灰至深灰色，上部含泥质，岩性致密坚硬，初始水位高出地面3.72m，是裂隙承压含水层，单位涌水量0.0004L/s.m，富水性弱。上距7煤层14m～37.74m，平均28.25m，下距10煤层7m～18m，含裂隙水。二灰含水层均已揭露，-395m水平及以上基本疏干，对7830工作面开采基本无影响。

    2.4 四五灰含水层

    四五灰上距7煤平均距离90m，岩性为灰～深灰色石灰岩，含岩溶裂隙水，q=0.027～0.733L/s.m，富水性中等。-395m水平四、五灰水压正常为1.5MPa，7830工作面四五灰临界安全突水系數计算如下：

    3 排水系统设计

    3.1 设备选型

    由于一灰含水层距离7煤层较近，且对7830工作面有影响，根据《回采地质说明书》提供的水文地质情况，工作面正常涌水量为4m3/h，最大涌水量为10m3/h。7830工作面顺槽斜长为577m，垂高为35m，涌水量10m3/h。为保证施工安全，安装两套排水系统，一套系统正常工作，一套系统应急备用，并依据最大涌水量设计排水系统。

    3.1.1 水泵排水能力计算

    水泵排水能力应在20个小时以内排出24小时涌水量：

    QB=24×QH/20=24×10/20=12m3/h

    式中：QH—工作面涌水量，10m3/h。

    选用水泵排水能力应不小于12m3/h。

    3.1.2 水泵扬程的计算

    根据工作面赋存实际，计算巷道平均倾角α：

    sinα=35/577=0.061

    α=arcsin（0.061）=3.4°

    根据上式求得平均倾角为3.4°。

    Hg=K（HP+Hx）=1.15×（35+1）=41.4m

    式中：HP—排水高度，取35m;Hx—水窝深度为1m;K—管路损失系数因下山倾角α<20°，所以k为1.15～1.35，取1.15。

    选用水泵扬程应不小于41.4m。根据设计原则和现场实际，巷道内敷设两路Φ108mm的PE管，一路PE管正常工作，一路PE管应急备用。

    3.1.3 水泵型号确定

    根据施工要求，选用两台潜水泵，安装在巷道低洼水窝处，型号为BQS15/45-5.5，额定参数如下：

    3.2 排水路线

    7830工作面的排水线路根据工作面的实际，将工作面胶带顺槽、轨道顺槽由潜水泵排至7800轨道下山水沟内流至东八采区底部泵房，然后由主排水泵排至地面，排水路线设计如图2所示。

    3.3 防治水措施

    3.3.1 抓好防治水重点区域

    回采过程中应作好排水准备，正常生产期间在轨道顺槽巷道低洼处准备排水能力不小于10m3/h排水设备。工作面轨巷标高比机巷高10m，工作面胶带顺槽安设一台排水能力不小于10m3/h的潜水泵，且有一台备用，采用专用回路供电。认真观察涌水情况，水量增加要及时采取有效措施，保证有积水随时排出。

    3.3.2 制定防治水应急措施

    工作面或其他地点出现有煤层挂汗、水叫、片帮、淋水加大，底板鼓起或产生裂隙、出现渗水、涌水、煤壁溃水、水色发浑等突水预兆时，应当立即停止作业，报告矿调度室，并发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员，现场管理人员积极妥善地组织抢救工作。

    回采过程若发现出水征兆，或遇落差超过5m的断层，应坚持“超前预测预报，发现有疑必探，探测掘进结合，先治理后采煤”的原则，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。当涌水量大，现场危险无法急救时，人员应迅速组织撤退至安全地段，带班领导及时清查人数并向上级汇报。

    根据工作面实际，工作面排出的水，经7800轨道下山通过底部泵房排水泵经7800皮带下山排至大巷水沟至井底水仓，最后排至地面，其平面布置如图3所示。

    4 结语

    通过分析7煤层水文地质特性，结合7830工作面实际，选取最大涌水量为排水系统设计依据，并通过计算获取排水设备主要参数，并制定详实的排水路线。设置备用应急排水系统和应急处理措施，通过工作面回采可见，设计的排水系统满足生产需要，没有发生工作面积水及突水情况，保障了工作面人员和设备安全，可为临近工作面排水系统设计提供借鉴。

    参考文献：

    [1]王革纯，刘伯，刘金国.开滦矿区大水工作面防排水技术和方法研究[J].煤炭技术，2019，38（12）：117-120.

    [2]赵海权.工作面排水系统节能控制策略的设计[J].机械管理开发，2019，34（11）：35-36.

    [3]秦宁波.综采工作面排水系统的改造及节能分析[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（21）：164-165.

    [4]徐雷，马宗静，靳顺奇.综采工作面排水系统的优化及实践应用[J].山东工业技术，2019（06）：103.