煤礦井下盤區(qū)臨時排水系統(tǒng)設(shè)計探討

李樹峰

(中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120)

礦井排水系統(tǒng)是整個礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要工程，其布置方式的合理性、布置層位的穩(wěn)定性以及水倉容量的大小嚴(yán)重影響著礦井的安全[1-4]。在實際生產(chǎn)過程中，尤其是對于下山采(盤)區(qū)永久系統(tǒng)未形成時，難免要構(gòu)建臨時系統(tǒng)來滿足生產(chǎn)需要。但常規(guī)排水系統(tǒng)設(shè)計相比來說存在一些弊端[5-7]：建設(shè)工程量大、水泵房硐室布置密集[8]。這些弊端導(dǎo)致建設(shè)工期長、投資高；硐室受二次擾動影響，支護困難。在滿足生產(chǎn)需求以及節(jié)省硐室開挖工程量的條件下，采取一些非常規(guī)的思路來進(jìn)行臨時系統(tǒng)的設(shè)計符合當(dāng)前煤炭形勢下的要求。本文結(jié)合小莊煤礦二盤區(qū)臨時水倉和水泵房的工程實例，提出以大巷聯(lián)絡(luò)巷為基礎(chǔ)建設(shè)臨時水倉與水泵房的思路，在滿足相關(guān)規(guī)程、規(guī)范和使用的前提下，可以有效減少工程量，縮短工期，該方案對今后其他礦井的臨時排水系統(tǒng)建設(shè)有著指導(dǎo)意義。

1 工程概況

小莊礦井正常涌水量為350m3/h，最大涌水量為502m3/h，采用單水平開采接力排水系統(tǒng)，在副立井井底車場附近設(shè)有礦井主、副水倉及主排水泵房，在三盤區(qū)北部邊界設(shè)有盤區(qū)水倉及水泵房，盤區(qū)排水管路沿中央進(jìn)風(fēng)大巷敷設(shè)，將涌水排至+540m標(biāo)高，再通過水溝自流至礦井主、副水倉，主排水泵房排水設(shè)備將礦井所有涌水用排水管路沿副立井排至地面。由于二盤區(qū)為下山盤區(qū)，大巷沿煤層掘進(jìn)，在二盤區(qū)大巷及工作面巷道施工過程中，無法實現(xiàn)自流排水，因此，在盤區(qū)永久水倉及泵房形成前，需設(shè)計臨時排水系統(tǒng)短期服務(wù)二盤區(qū)。

2 臨時水倉與水泵房設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

小莊礦水文地質(zhì)為復(fù)雜類型，臨時水倉的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)參照采區(qū)水倉，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦井下車場及硐室設(shè)計規(guī)范》，水倉的有效容量應(yīng)滿足4h的采區(qū)涌水量[9，10]，小莊礦井正常涌水量為350m3/h，臨時水倉的有效容量應(yīng)不小于1400m3。

2.1.1 方案一：常規(guī)思路設(shè)計

采用常規(guī)思路設(shè)計[11]，在進(jìn)風(fēng)大巷與回風(fēng)大巷間布置水泵房，主副水倉從回風(fēng)大巷下穿過。水泵房通道為57.35m，泵房長度為43.19m；水倉通道為56.28m，主、副水倉總長度約為180m，水泵房與水倉總掘進(jìn)工程量約6895.30m3，水倉有效容量為1614m3。常規(guī)水倉與水泵房布置方式如圖1所示。

圖1 常規(guī)水倉與水泵房布置方式

采用此方案帶來的問題：工程量大，工期時間長；主、副水倉從回風(fēng)大巷下穿過，煤層底板為泥巖，較為破碎，支護困難，需構(gòu)筑復(fù)雜的立交，大巷受二次擾動影響，變形明顯。

2.1.2 方案二：新的設(shè)計理念

新的設(shè)計理念考慮將水泵房布置在進(jìn)、回風(fēng)大巷間的聯(lián)絡(luò)巷，水倉布置在進(jìn)風(fēng)大巷與回風(fēng)大巷間50m的煤柱內(nèi)。聯(lián)絡(luò)巷凈長度44.5m，可以滿足水泵房尺寸要求，水泵考慮“一用二備一檢修”共四臺；利用大巷聯(lián)絡(luò)巷作為水泵房，水泵房內(nèi)設(shè)置0.5m的排水溝，使得水泵房底板高于水倉最高水位不小于0.5m[5]

水倉：在大巷間要布置主副水倉，倘若布置在一側(cè)，巷道間的煤柱距離過小[12]，難以支護，所以將主副水倉布置在水泵房的兩側(cè)，水倉入口布置在進(jìn)風(fēng)大巷。主水倉長度為106.95m，副水倉長度為86.95m，水倉通道為27.11m，總掘進(jìn)工程量為4371.91m3，水倉有效容積為1754m3。內(nèi)外水倉布置在水泵房左右兩側(cè)，水倉入口布置在進(jìn)風(fēng)大巷，利用聯(lián)絡(luò)巷的水倉與泵房布置方式如圖2所示。

圖2 利用聯(lián)絡(luò)巷的水倉與泵房布置方式

2.2 設(shè)計方案比選

在水倉有效容積相同的條件下，對方案一和方案二進(jìn)行技術(shù)對比[13]。

1)工程量對比。方案一為常規(guī)思路設(shè)計的水倉與水泵房，掘進(jìn)長度為336.82m，工程量為6895.30m3；方案二為利用現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)巷建設(shè)水泵房，在聯(lián)絡(luò)巷兩側(cè)布置主、副水倉，掘進(jìn)長度為266.54m，工程量為4371.97m3。方案一與方案二經(jīng)濟對比見表1。

表1 方案一與方案二經(jīng)濟對比表

2)工期對比。方案一中的巷道與硐室均需新掘，工期為6.6個月；方案二中水泵房可利用現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)巷，只需新掘水倉，工期為4.4個月。

3)施工難度對比。方案一中主副水倉需從回風(fēng)大巷下方穿過，凈間距僅為5m左右，需要構(gòu)筑復(fù)雜的立交，且大巷布置在煤層中，圍巖條件較差，大巷變形明顯；方案二系統(tǒng)簡單，不存在巷道間的交叉疊加，但是在50m的大巷保護煤柱內(nèi)形成“U”型水倉，巷道間巖柱間距小，在施工中會對大巷造成二次擾動，具有一定的施工難度[14，15]。

3 工程應(yīng)用

小莊礦在建設(shè)二盤區(qū)水倉與水泵房采用方案二，該方案減少了水倉通道的長度以及主、副水倉處的交岔點，工程量減少。在排水泵房內(nèi)設(shè)置四臺MD450-60x3型水泵，正常排水時1臺工作，2臺備用，1臺檢修，最大排水時2臺工作。水泵布置如圖3所示。該思路的運用，既利用了已有巷道，又為生產(chǎn)礦井緩解了工期以及投資等實際問題。

圖3 小莊礦二盤區(qū)水泵布置方式

4 結(jié) 論

1)采用方案二的新思路，以大巷聯(lián)絡(luò)巷為基礎(chǔ)進(jìn)行臨時水倉與水泵房的設(shè)計，減少了水倉通道的長度及主、副水倉處的交岔點工程量，合計共減少了57%的掘進(jìn)工程量，縮短了50%的工期。

2)充分利用大巷煤柱空間，合理布置硐室，避開了巷道交叉引起的立交、支護等問題，施工相對簡單。

3)通過該設(shè)計方案的實施，取得了良好的經(jīng)濟效果。在當(dāng)前煤炭形勢下行的情況下，該思路符合生產(chǎn)企業(yè)降本增效的要求，因此，以大巷聯(lián)絡(luò)巷為基礎(chǔ)進(jìn)行臨時水倉與水泵房的設(shè)計思路具有一定的推廣價值。