复杂地质条件下工作面排水系统优化及实践研究.pdf

表 1地质构造情况表复杂地质条件下工作面排水系统优化及实践研究祁旭（冀中能源股份有限公司章村矿，河北邢台054100）摘要：章村矿 31 采区北部存在丰里向斜构造，采区西部断层较为发育，当开采最西部 2 号煤 3100A 工作面时，受断层及向斜构造影响，工作面排水系统较复杂。根据此区域地质构成赋存情况，在近距离煤层下层煤已有巷道施工泄水孔，疏放上层煤采空区积水，不仅解决了上层煤回采工作面仰采排水系统复杂、受水患影响大的问题，也提前做到了下层煤巷道掘进时对上部采空区积水的提前疏放工作。关键词：向斜构造；泄水孔；空区水；排水系统；设计优化中图分类号：TD744文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0163-020引言井下排水系统是煤矿生产六大系统之一，担负着井下积水排出的重要任务。水灾是造成重大经济损失和群死群伤最为严重的煤矿灾害事故之一，水害事故破坏性大、突发性强，往往导致大量的人员伤亡。因此，井下排水是保证煤矿安全生产的重要环节，对井下排水进行节能优化设计意义重大。随着章村矿四井采掘战场逐步向深部转移，位于褶皱区域内的 4231 采区 2 号煤最后一个工作面（3100A 工作面）已经进行回采，意味着位于 2 号煤下部的 2 下煤层即将进入开采阶段。对采区排水系统进行优化，可节约资金成本，提高矿井经济效益。1章村矿 31 采区概述章村矿 31 采区东以 2 下煤可采边界线及丰里村保护煤柱为界，南部以东、西阳苑村保护煤柱为界，西以 F101 断层为界，北以-350 大巷为界。31 采区位于四井的西翼，设计开采 2 号煤层和 2 下煤层，根据勘探资料、4224 采区、-350 大巷及本采区 2 号煤工作面实际揭露资料分析，在采区西北部，为北东向丰里向斜构造。东南部受岩浆岩影响，形成北东向丰里背斜构造。3100A 工作面北部为一西南向的向斜构造，向斜轴走向 216，向斜轴部及附近裂隙较发育，顶板岩层破碎。根据该工作面附近巷道实际揭露情况及 31采区三维地震资料分析，3100A 工作面主要受以下几个地质构造的影响，其分布及产状如表 1 所示。3100A 工作面主要充水含水层为 2 号煤顶板砂岩水，为直接充水含水层，下部野青灰岩含水层，为间接含水层。2 号煤顶板砂岩含水层厚约 5.6 m 左右，为孔隙含水层，富水性相对较弱。野青灰岩含水层位于2 号煤以下 52 m 左右，为弱含水层，本区相对较封闭，野青灰岩水未疏放，如遇导水通道，野青灰岩可能出水。3100A 工作面水量正常涌水量：顶板砂岩水为28.3m3/h，野青灰岩正常无水，合计为 28.3m3/h。最大涌水量：顶板砂岩水为 72.5 m3/h，野青灰岩水为 10 m3/h，合计为 82.5 m3/h。开采 2 下煤层综合本面的水文地质条件分析，影响 2 下煤工作面掘进期间涌水量的主要因素为上部采空区动水和 3100A 工作面采空区的两处积水，上部采空区动水量为 15.0 m3/h，野青灰岩正常无水，预计最大涌水量为 5.0 m3/h，打钻探放水，钻孔最大涌水量为45.0m3/h。因此，本面预计正常涌水量为 15.0m3/h，预计最大涌水量为 15.0 m3/h+5.0 m3/h+45.0 m3/h=65.0 m3/h。2方案研究3100A 工作面里面向斜轴以里为俯采，工作面及采空区涌水可自流至运煤巷和运料巷向斜轴处泵窝，各由 110 kW 水泵排至-350 大巷，-350 大巷自流至-350 水仓。3100A 工作面里面推过向斜轴后距停采线剩余 70 m，面长平均仅 50 m，此范围为仰采，工作面涌水流至采空区向斜轴部，且最低点处的积水水面将随工作面推进持续上升，久而久之，在丰里向斜轴部容易形成大面积的积水区，对 3100A 工作面外面开采造成严重水害威胁。常规的工作面排水设计需分为 2 个阶段，由于排水扬程较大，每个阶段都为 2 级排水，都需在工作面切眼下口处安设排水泵，随着工作面推采而前移。第一阶段，分别在 3100A 外面运煤巷与 3100A 配巷岩收稿日期：2022-10-21作者简介：祁旭（1989），男，河北邢台人，本科，毕业于河北联合大学，安全工程师，主要从事煤矿安全管理工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.062构造名称走向/（）倾向/（）倾角/（）性质 落差/m 对掘进影响程度丰里向斜216123303对掘进影响较小F10116125168正80对掘进影响较大f3100-1627355正1823 对掘进影响较大f3100-219310353正2.8对掘进影响较小生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷Optimization and Practical Research on Drainage System of Working Face Under ComplexGeological ConditionsQi Xu（Zhangcun Mine of Jizhong Energy Co.,Ltd.,Xingtai Hebei 054100,China）Abstract:There is a Fengli syncline structure in the northern part of the 31 mining area of Zhangcun Mine,and faults are relatively developed inthe western part of the mining area.When mining the 3100A working face of the westernmost No.2 coal seam,the drainage system of theworking face is more complex due to the influence of faults and synclines.Based on the geological composition and occurrence of this area,drainage holes have been constructed in the lower coal seam of the close distance coal seam to drain the water in the upper coal goaf.This notonly solves the problem of the complex drainage system in the upper coal mining face and is greatly affected by water hazards,but also achievesthe early drainage of the water in the upper goaf during the excavation of the lower coal roadway,which has great promotion value.Key words:synclinal structure;drain hole;empty area water;drainage system;design optimization巷段交岔口、3100A 运煤巷与 3100A 边眼交岔口施工泵窝 1 和泵窝 2。由 3100A 外面运煤巷最低点潜水泵，将 3100A 工作面外面涌水排至泵窝 2，由泵窝 1将 3100A 工作面里面采空区涌水排至泵窝 2，由泵窝2 将水排至-350 大巷。第二阶段，在 3100A 外面运煤巷与 3100 边眼交岔口，将工具房做为泵窝 3，由3100A 外面运煤巷最低点潜水泵将水排至泵窝 3，由泵窝 3 将水排至-350 大巷。根据 31 采区内丰里向斜的产状及 2 号煤采空区地形情况，对向斜轴部附近的连通性进行整体分析，决定在 2 下煤采区现掘进巷道向上部 2 号煤采空区向斜轴巷最低点方向施工泄水孔，将 2 号煤空区水通过泄水孔下泄至 2 下煤巷道，然后由 2 下煤巷道现有泵窝排出。即在 2 下的 3103 运煤巷最低点位置向上部 3101 采空区向斜轴部位置施工 8 个泄水孔。对泄水孔初始水量以及采空区动水量流入后的水量进行观测，并在 3100A 外面仰采期间对工作面后路的水位进行观测，确保全部通过泄水孔流出。通过钻孔泄水后，2 号煤 3101 工作面、3100 工作面和 3100A 工作面里面采空区积水得到大面积疏放，3100A 工作面外面回采期间不再受空区水威胁，排水系统得到极致简化。排水系统分为两个阶段，3100A 工作面外面回采推过 3100A 配巷前为第一阶段，3100A 工作面外面回采推过 3100A 配巷后为第二阶段。第一阶段，在3100A 工作面外面切眼下口安设排水泵，随着工作面推采而前移，排水泵将工作面涌水排至 3100A 配巷，水通过配巷实现自流至 3100A 采空区，再沿向斜轴方向流至 3101 采空区，由采空区下泄至 2 下 3103 运煤巷最低点泄水孔，由 2 下 3103 运煤巷泵窝排至-350大巷。第二阶段时，工作面涌水自流至 3100A 外面采空区，通过 3100A 配巷沿向斜轴可自流至 3101 采空区，由采空区下泄至 2 下 3103 运煤巷最低点泄水孔，由 2 下 3103 运煤巷泵窝排至-350 大巷。通过对比得出，通过在 2 下 3101 运煤巷向 2 号煤采空区施工泄水孔，达到了对上部 3101、3100 和3100A 工作面的动水量提前疏放的目的，避免了在向斜轴部重新形成积水区的水害威胁，保证了 2 下3101 运煤巷的持续掘进和 2 下 3103 工作面回采期间的安全，而且还极致简化了 3100A 工作面外面仰采期间排水系统。根据 31 采区内 F101 断层和 f3100-1 断层相互交错切割位置、落差，向斜轴等产状，合理规划此区域内综采工作面，将 f3100-1 断层以东规划为 2 下 3100工作面里部，f3100-1 断层以西规划为 2 下 3100 工作面外部。由上部 2 号煤煤层和 2 下 3101 工作面掘进巷道揭露的煤层地质资料显示，2 下 3100 工作面中部向斜轴为西高东低。从设计源头优化，自 2 下 3101运煤巷泵窝附近沿向斜轴方向设计掘进 2 下 3100 中部联络巷，可利用现有 2 下 3101 运煤巷排水设备将水排至-350 大巷，也可进一步探清 f3100-1 断层落差、产状，为工作面掘进提供合理技术依据。2 下 3100中部联络巷下口为 2 下 3101 运煤巷最低点，上口为2 下 3100 里部规划区域最低点，且边眼走向为西高东低。通过 2 下 3100 中部联络巷的掘进，可使 2 下3100 里部工作面区域涌水自流至 2 下 3100 中部联络巷，再通过 2 下 3100 中部联络巷自流至 2 下 3101运煤巷泵窝，利用 2 下 3101 运煤巷现已有的排水设施将水排至-350 大巷，节省了 2 下 3100 工作面巷道掘进期间和 2 下 3100 工作面里部回采期间的排水设备，大大降低了生产成本。3结论在近距离煤层下层煤已有巷道施工泄水孔，疏放上层煤采空区积水，不仅解决了上层煤回采工作面仰采排水系统复杂、受水患影响大的问题，也提前做到了下层煤巷道掘进时对上部采空区积水的提前疏放工作，可为同等地质条件下的矿井采区工作面排水提供借鉴。另外，通过从设计源头做起，结合沿向斜轴施工联络巷，利用邻近工作面现使用的排水设施，节省了工作面掘进和回采期间的排水设施。（编辑：郭萍茹）164窑窑