門克慶煤礦3102綜采工作面水害防治技術(shù)

和發(fā)新 趙輝

摘 要： 基于門克慶煤礦3102綜采工作面涌水量大、礦壓顯現(xiàn)明顯的開采技術(shù)條件，分析了頂板砂巖水帶來的后果及其治理難點(diǎn)，介紹了回采期間采取的多項(xiàng)水害治理措施，同時(shí)針對礦壓大致使排水路徑單一、排水效率不夠高的現(xiàn)狀，提出了下一步向相鄰采空區(qū)疏水、增加排水路徑的治理建議，為深埋近水平煤層強(qiáng)礦壓開采條件下綜采工作面防治水工作積累了寶貴的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)健詞： 綜采工作面;水害治理;強(qiáng)礦壓;安全開采

中天合創(chuàng)門克慶煤礦是一座位于呼吉爾特礦區(qū)中部的千萬噸級大型現(xiàn)代化礦井，礦井主要開采侏羅系延安組煤層，其埋深普遍大于600m，上覆地層為侏羅系直羅組、安定組及白堊系地層。礦井地質(zhì)構(gòu)造簡單，斷裂構(gòu)造較少，垂向?qū)畼?gòu)造不甚發(fā)育，含水層間水力聯(lián)系較弱，但是由于其特殊的陸相沉積背景、多相變層疊的覆巖結(jié)構(gòu)和錯(cuò)綜復(fù)雜的地下水徑流系統(tǒng)，導(dǎo)致礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜。礦井水害類型為頂板水源型，即煤層頂板上存在強(qiáng)富水砂巖層。長壁開采工藝下，頂板垮落后形成的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度波及至砂巖含水層時(shí)，裂隙水導(dǎo)入工作面，將給工作面安全生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。

1 工作面概況

1.1 開采技術(shù)條件

11-3102綜采工作面布置在11采區(qū)3-1煤層南翼，東側(cè)為3103工作面（未采），西側(cè)為3101首采面（已采完），煤柱寬度35m，南側(cè)臨近井田邊界，北側(cè)為3-1煤開拓大巷。3102工作面面長300m，采高4.75m，工作面埋深平均692m，沿煤層底板回采，采用長壁后退式一次采全高綜合機(jī)械化采煤法，全部垮落法管理頂板。直接頂為平均厚度4.7m的粉砂巖，老頂為平均厚度18.5m的細(xì)砂巖。工作面投產(chǎn)至今為-2°俯采，架前最大涌水量約300m3/h，正常涌水量約240m3/h，機(jī)頭底板標(biāo)高大于機(jī)尾4～12m，架前水自流向機(jī)尾。

1.2 水文地質(zhì)概況

據(jù)地勘資料及水文補(bǔ)勘資料，3-1煤頂板直接充水水源為2-2中煤底至3-1煤頂之間中粒、細(xì)粒砂巖含水層（頂板上30～50m范圍），屬于弱富水性。3#煤頂板間接充水水源同為2#煤頂板直接充水水源，即侏羅系直羅組底部中、粗粒砂巖含水層，大部分區(qū)域?yàn)橹械雀凰?，局部區(qū)域?yàn)槿醺凰浴?/p>

2 水害后果

頂板砂巖水往往以靜儲(chǔ)量的形式賦存于不同級別、不同規(guī)模的裂隙內(nèi)，是影響生產(chǎn)效率與成本的重要因素?；夭善陂g，大量涌水進(jìn)入刮板輸送機(jī)，形成水煤，水煤引起原煤含水量上升、降低煤質(zhì)，增加原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的負(fù)荷，容易造成皮帶打滑跑偏，進(jìn)入煤倉后甚至引起竄倉，還會(huì)造成落煤轉(zhuǎn)載點(diǎn)文明衛(wèi)生差，進(jìn)而影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，一旦排水管理不當(dāng)，極易造成工作面停產(chǎn)，甚至造成淹面事故。

3 工作面水害治理技術(shù)及應(yīng)用

3.1 優(yōu)化面內(nèi)排水系統(tǒng)

（1）排水管路及設(shè)備。架前鋪設(shè)四趟Φ159mm排水軟管，全部向機(jī)頭方向排水，排水能力約480m3/h，為最大涌水量的1.6倍。同時(shí)，布置BQS100-70-37/N型排沙潛水泵16臺(tái)（8用、8備），每臺(tái)水泵排水能力約100m3/h，每趟管路配合4臺(tái)水泵（2用、2備），通常每趟管路開2臺(tái)水泵，不得多開，防止“頂?！?。

（2）供電系統(tǒng)。采用雙回路供電，交叉均勻全覆蓋布置;一路電源來自設(shè)備列車500kVA移變、另一路來自主輔聯(lián)巷630kVA移變，確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

（3）排水點(diǎn)設(shè)計(jì)。工作面機(jī)頭高于機(jī)尾，架前水自流向機(jī)尾，但機(jī)尾受礦壓影響排水不暢，積水蓄存在機(jī)尾，容易淹沒機(jī)尾電機(jī)和減速器，引發(fā)機(jī)電事故。解決辦法：機(jī)尾160～175#段抬底防淹設(shè)備，中下部110～160#架破底300～500mm形成人為低洼點(diǎn)，布置6臺(tái)水泵，起到機(jī)尾截流的作用，減少向機(jī)尾流入量，減輕機(jī)尾排水壓力。

（4）排水路徑。3102工作面架前排水軟管→主輔聯(lián)巷臨時(shí)水倉→輔運(yùn)巷排水管→井底主水倉。

3.2 完善順槽排水系統(tǒng)

（1）排水能力估算。輔運(yùn)巷：敷設(shè)一趟Φ325mm排水管路，排水能力約470m3/h;另一趟Φ159mm排水管路，排水能力約120m3/h;合計(jì)排水能力約590m3/h。主運(yùn)巷：敷設(shè)一趟Φ159mm排水管路，排水能力為120m3/h。主運(yùn)巷排水最終匯入輔運(yùn)巷，因此，主輔運(yùn)巷排水能力就是輔運(yùn)巷兩趟排水管路的排水能力，總排水能力約590m3/h。

（2）臨時(shí)水倉中轉(zhuǎn)排水。每個(gè)主輔聯(lián)巷設(shè)置一個(gè)30m×4m×1.5m（長×寬×高）臨時(shí)水倉，預(yù)留1.5m寬的行人道，面內(nèi)四趟排水軟管各兩趟依次排至相鄰的臨時(shí)水倉，每個(gè)水倉內(nèi)安設(shè)4臺(tái)BQS200-70-90/N型排沙潛水泵4臺(tái)（2用、2備），通過水倉沉淀后，排至3102輔運(yùn)巷排水管，最終至井底主水倉。

（3）主運(yùn)巷排水：主運(yùn)巷內(nèi)散水通過泵窩收集，每個(gè)泵窩布置2臺(tái)BQS100-70-37/N型排沙潛水泵（1用、1備），將積水排至最近的主輔聯(lián)巷臨時(shí)水倉，然后進(jìn)入輔運(yùn)巷排水系統(tǒng)。

3.3 強(qiáng)化生產(chǎn)期間排水管理

①割煤前，刮板輸送機(jī)設(shè)置低速空轉(zhuǎn)，將溜槽內(nèi)的部分積水拉出，落至轉(zhuǎn)載機(jī)頭排水點(diǎn)，轉(zhuǎn)載機(jī)頭設(shè)置專人排水、維護(hù)水泵。

②由機(jī)尾向機(jī)頭割煤時(shí)，刮板輸送機(jī)設(shè)置低速，盡量降低水煤通過溜槽觀察孔進(jìn)入架前的沖刷量，減少煤泥淤積至架前對拉架的影響。

③低洼點(diǎn)安排專人排水，水泵放置在溜槽內(nèi);煤機(jī)距集中低洼排水點(diǎn)50m前，提前將水泵從溜槽內(nèi)挪移至支架大腳前;煤機(jī)通過低洼點(diǎn)時(shí)，盡量快速通過，防止積水過深淹沒煤機(jī)引起機(jī)電故障;通過低洼點(diǎn)后，及時(shí)將水泵吊移至溜槽內(nèi)。

④由于架前水大、煤泥淤積較多，低洼點(diǎn)處支架生拉硬推容易造成推移桿銷軸斷裂，處理故障影響生產(chǎn)時(shí)間長。因此，拉架時(shí)用好抬底油缸和側(cè)護(hù)板先活動(dòng)支架，降低淤泥沉積對支架的吸附力，堅(jiān)持分次慢拉、帶壓擦頂、單架順序拉架的原則，降低機(jī)械故障對生產(chǎn)的影響。

⑤低洼點(diǎn)煤泥淤積量大，推移刮板輸送機(jī)時(shí)采用分段推溜，每推一段，開動(dòng)一下刮板輸送機(jī)，再進(jìn)行下一段推移，解決刮板輸送機(jī)由于水煤粘著力影響，壓死、吸住等推動(dòng)受阻的問題。

⑥引流集中排水、降淤減阻，在起坡段90-100#架設(shè)置擋水煤鋼板，在溜槽上氣割引水孔，配合編織袋內(nèi)裝好的煤泥攔壩，將生產(chǎn)期間架前水煤引流至溜槽內(nèi)，降低支架大腳前淤積量，便于正常的拉架，減緩對正常生產(chǎn)的影響。

3.4 做好日常排水管理

①加強(qiáng)對排水設(shè)施的檢修和維護(hù)，確保每臺(tái)水泵能夠正常使用，雙回路電源供電系統(tǒng)穩(wěn)定，排水管路出現(xiàn)破損時(shí)及時(shí)更換，水泵底座濾網(wǎng)經(jīng)常清理防止堵塞。

②轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭用編織袋裝煤泥打兩道水壩，內(nèi)側(cè)水壩用于沉淀煤泥，內(nèi)外側(cè)水壩中間放置水泵抽排轉(zhuǎn)載點(diǎn)處的積水。

③主運(yùn)皮帶巷低洼點(diǎn)設(shè)置水泵窩，及時(shí)清理水泵窩內(nèi)的煤泥，加強(qiáng)檢修，保證低洼處排水點(diǎn)的排水能力，防止淹沒設(shè)備列車造成機(jī)電事故。

④做好涌水量預(yù)測預(yù)報(bào)，分析周期來壓與涌水量的關(guān)系，重視周期來壓期間排水管理，配齊充足的排水設(shè)備、管路，預(yù)防水害事故的發(fā)生。

3.5 應(yīng)用效果分析

采取治理措施后，架前煤泥淤積量大幅減少，因煤泥淤積導(dǎo)致的機(jī)械故障率得到有效降低，架前積水排出效率得到有效提高。和之前相比，支架推移頭銷子破斷率得到有效降低，由之前每天更換1～2根，降低為3天更換1根;影響時(shí)間由每天2～8h，降低為每3天影響2～4h，為工作面正常出煤創(chuàng)造了良好的條件。

4 結(jié)論

（1）3102綜采工作面涌水量的內(nèi)因是煤層頂板上方存在富水性好的頂板砂巖水;影響排水效率的主要因素是頂板砂巖水的疏放不夠充分和強(qiáng)礦壓導(dǎo)致的排水路徑單一。

（2）防治水工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)、合理布置排水點(diǎn)、確保排水能力滿足要求;要利用好、維護(hù)好現(xiàn)有的排水設(shè)施，加強(qiáng)生產(chǎn)過程排水管理，合理組織生產(chǎn)，重視周期來壓期間排水，多措并舉才是提高排水效率的關(guān)鍵。