瓦斯治理巷水泵窝规范使用设计

2020-03-03董喜明董小强杨晓涛

技术与市场 2020年9期

董喜明，董小强，杨晓涛

(平煤神马集团平宝公司，河南许昌 461714)

0 引言

随着煤炭开采深度的增加和煤矿开采技术和速度的不断提升，多数矿井都成为煤与瓦斯突出矿井，突出矿井区域治理工程大部分采用了瓦斯治理巷进行治理。瓦斯治理巷使用穿层钻孔和水力造穴配合治理，施工密度较大，工程量较大，施工产生的大量钻屑和水需要排除巷道。瓦斯治理巷水泵窝该如何规范设计和施工是众多工程面临的难题。在众多工程施工中不断优化，提出瓦斯治理巷水泵窝规范使用设计方案，在此进行商榷。

1 瓦斯治理巷层位选择

平宝公司瓦斯治理巷巷道所在层位主要在泥质灰岩、灰岩中，岩层厚度为12～17 m，平均厚度16 m，岩石坚固系数f=6～8。由于己15-17煤层底板下方8～12 m处有一层煤线(厚约0.2 m)，故巷道掘进选择此煤线作为标志层，将标志层保持在顶板以下0.4～2.0 m处(净岩柱不小于7 m)，巷道沿标志层掘进。

2 瓦斯治理巷水文地质情况

瓦斯治理巷主要布置在太原组上段灰岩(L1～L3)中，岩溶裂隙含水层是巷道顶板的直接充水含水层，一般由2～3层灰岩组成(L1～L3)，厚度13.97～23.40 m，平均17.48 m。

L1灰岩顶界至煤层底板间距4.70～10.19 m，平均6.37 m，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉细砂岩，自然状态下为隔水层。

己15-17煤层间接充水含水层与隔水层。太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层是煤层的间接充水含水层，由3～5层灰岩组成(L4～L7)，厚度12.34～23.40 m，平均17.25 m。

L4灰岩顶界上距L7底界11.25～26.38 m，平均19.77 m，主要岩性为泥岩、砂质泥岩及中细粒砂岩，夹1～2层的薄层灰岩或泥灰岩，厚度稳定，为太原组上、下两段含水层之间的隔水层。

寒武系崮山组白云质灰岩岩溶裂隙含水层是己组煤层的又一间接充水含水层，主要岩性为白云质灰岩、白云岩夹薄层泥岩、砂质泥岩及粉砂岩。

在上述两间接充水含水层间有一层岩性为铝土质泥岩，厚2～14.03 m，一般4.07～7.65 m，岩石比较破碎，节理、裂隙发育，隔水能力较差，两间接含水层之间存在着不同程度的水力联系。

己15-17瓦斯治理巷施工层位位于石炭系L1灰岩，瓦斯治理巷顶板距己15-17煤层底板间距为平均11 m。目前矿井石炭系灰岩的水位在-765 m，寒武系灰岩水位-557.5 m，-600 m、-760 m水平石炭系灰岩水文孔无压力，根据施工的水文钻孔数据显示石炭系富水异常区分布不均匀，连通性弱。己15-17瓦斯治理巷底板标高-741.2～-791.0 m，掘进期间巷道承受寒武系灰岩水的水压值预计为1.83～2.32 MPa。

3 原水泵施工规格

在瓦斯治理巷施工特别是综掘工作面水泵窝留设位置一直是一个难题，我单位原设计水泵窝规格为在巷道低洼处巷道里侧巷帮施工1个规格为3.0 m×3.0 m×2.0 m(长×宽×深)水泵窝硐室，然后再向下施工1个规格为3.0 m×2.0 m×1.5 m(长×宽×深)的水泵窝，此泵窝施工面临着如下难题：①在综掘工作面掘进机以前最低点不能控制，有时根据岩层层理和后面使用过的巷初步判断此外为最低点，在掘进机前施工水泵窝需要爆破施工，人工清渣装运施工1个水泵窝需要4炮5个生产小班，但是过去后多数水泵窝并不是最低点。②为了保证水泵窝施工在巷道低洼处必须在掘进机后面施工，在掘进机后面施工需要掐电缆、掐风筒、拆除皮带或硬架子、掐风水管路，工程量较大，同时还需人工清理装运渣块，施工完水泵窝后还需要恢复，施工一个水泵窝需要6个生产小班。③施工好的水泵窝在巷道帮向里开挖，投入使用后清理时煤泥积淤较少时清理积水较深，在煤泥积淤较多时清理巷道空间受限清理十分困难，而且由于水泵窝距离皮带较远和空间受限不能一次装运皮带拉走，还需要二次进行装运。

4 优化后水泵窝施工规格

在众多工程中不断总结和优化瓦斯治理巷水泵窝。①在瓦斯治理巷掘进机后巷道低洼处皮带下构筑沉淀池，规格为：2.5 m×1.1 m×0.5 m(长×宽×深)，周围设置防护网并安设风泵进行抽排，风泵排水管直接到水泵窝内。②在巷道低洼处巷道一侧垒筑水泵窝，规格为：6 m×1 m×1 m(长×宽×深)，水泵窝在中间构筑一道墙进行分割(清理泵窝内煤泥积淤时可以每次清理一边，另一侧正常抽水使用)，水泵窝构筑时距离底板0.2 m处安装2个4寸管子外段带法兰盘用于节水泵，同时在水泵窝距离巷道底板0.1 m再安装1个管子外段带1个φ 19 mm的直通阀门，用于积淤煤泥清理至最后反水抽排剩余煤泥；安装2套水泵一备一用并配备水泵窝管理牌版，2套水泵接到主排水管路上。

如果不想在巷道低洼处构筑水泵窝，水泵窝也可以在地面使用3 mm钢板进行焊接，焊接泵窝规格、尺寸和结构不变，需要在水泵下焊一对卡槽，用于放置马车底盘杆，道巷道口使用马车底盘进行运输。如不想焊接水泵窝也可以和厂家进行联系，使用现代高分子、高强度树脂材料加工水泵窝，此两种水泵窝便于运输、同时水泵窝可移动可回收，施工过穿层钻孔的不再需要水泵窝时，此水泵窝可以继续前移，减少水泵窝的构筑数量。

5 瓦斯治理巷排水系统设置要求

瓦斯治理巷施工层位为石炭系L1灰岩，富水性弱～极弱，易疏干，对生产影响不大，施工中在巷道顶板附近可能会有滴水、淋水现象，地质报告提供出水方式为顶板淋水，底板少量涌水，瓦斯治理巷涌水主要来自工作面施工用水，但遇到断层或裂隙时可能会有涌水出现，预计不会太大，工作面正常涌水量预计10 m3/h，最大涌水量25 m3/h，施工中应做好防治水工作。

掘进期间在掘进机后跟水箱配合2台水泵，1台使用，1台备用，另根据巷道施工期间坡度情况在巷道低洼处施工水泵窝安设水泵，并安设φ108 mm的排水管路。

6 水泵窝优化后优点

通过现场使用，此水泵窝主要优点：①此水泵窝可以在掘进机后面施工与掘进平行作业，不影响工作面正常进尺。②此水泵窝可以根据现场实际情况，设置在需要安设水泵窝的巷道低洼处。③此泵窝空间不受限便于清理，在清理过程可以分开进行清理，一侧清理另一侧不影响正常抽水使用，同时在下部设置的反水阀门可以保证煤泥积淤清理地较干净。④此水泵窝清理的煤泥积淤可以一次清理至皮带上装运走，杜绝了二次清理装运麻烦。在施工使用中建议施工钢板焊接或者高分子高强度树脂材质加工的水泵窝，可以反复使用，便于运输，可回收，同时投入的人工工时较少，经济效益较高。