虹吸原理在疏放矿井老空水的应用.pdf

1 5 0 童 娃蕉 科技 2 0 16 年 第 3 期 虹吸原理在疏放矿井老空水的应用 闫 明 河南大有能源股份有限公司新安煤矿 ，河南 新安 4 7 1 8 0 0 摘要通过 对 1 1 2 4 0上巷前期探放 水效果分析 ，确定 了 l 1采区下山动 态补给 水量。通过施工 集中排水巷 、疏放水钻孔和 敷设疏排管道，利用虹吸现象自然疏放动态老空水，有效地解决了动态老空水水害威胁，达到了 l 1 2 4 0工作面安全生产的 目的 。 关键词虹吸疏放老空水动态 中图分 类号T D7 4 5 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 6 6 Appl i c a t i o n o f s i ph on pr i n c i pl e i n t he dr a i na g e o f mi ne go b wa t e r Ya n M i n g H e n a n Da Y o u e n e r g y L i mi t e d b y S h a r e L t d ， Xi n ’ a n c o a l mi n e ，H e n a n Xi n ’ a n 4 7 1 8 0 0 Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e wa t e r d r a i n a g e e ffe c t o f 1 1 2 4 0 e n t r y , d e t e r m i n e t h e wa t e r d y n a mi c s u p p l y o f d o wn h i l l i n 1 1 mi n i n g a r e a ． t h r o u g h t h e c o n s t r u c t i o n o f c o n c e n t r a t e d d r a i n a g e r o a d wa y ， d r a i n a g e d r i l l i n g a n d i n s t a l l a t i o n o f s p a r s e r o w o f p i p e s ， u s i n g t h e s i p h o n p h e n o me n o n t o d r a i n the d y n a mi c g o b wa t e r , e ff e c t i v e l y s o l v e s t h e d y n a m i c g o b wa t e r flo o d t h r e a t ， s a f e t y p r o d u c t i o n i n l 1 2 4 0 wo r k i n g f a c e i s a c h i e v e d Ke y wo r d s s i p h o n d r a i n a g e g o b wa t e r d y n a mi c 新安煤矿位于新安煤田浅部，所采煤层为二叠 系山西组二 1 煤层 ，煤与瓦斯突出矿井 ，水文地质 类型极复杂。由于 1 1 采 区下山浅部采面回采后 ， 老空 区 内积聚 了大量积水 ，并 有动态 补给 ，深部 工 作面开采受老空水水害威胁严重。为解除老空水水 害威胁 ，通过施工集 中排水巷、疏放水钻孔和敷设 疏排管道，利用虹吸现象 自然疏放动态老空水 ，是 较为有效的方法之一。 l l 1 2 4 0工作面概况 1 ． 1 工作面简介 1 1 2 4 0_丁作面位于 1 1 采区下山西翼最下部 ，为 1 1 采区下t t 1 最后一个 作面。工作面煤层倾角 6 。 ， 平均采深 4 5 0 m。煤层直接顶板为炭质泥岩及砂质 泥岩，老顶为大占砂岩含水层 ，厚 2 0 m左右 ；直接 底为泥岩及砂质泥岩。 1 ． 2 工作面充水因素分析 l 1 2 4 0工作 面 上邻 1 1 2 2 0采空 区，隔离 煤 柱 宽 2 3 m，其北部有 1 1 1 4 0 、1 1 1 6 0 、l 1 1 8 0 、1 1 2 0 0 、 1 1 2 2 0 共 5个工作面已于 1 9 9 3 ～ 2 0 0 9年 回采结束， 收稿 日期2 0 1 5 1 2 1 4 作者简 介闫明 1 9 7 0 ． 0 9 一，男 ，河南沈丘人 ，高级 工程师 现从事矿井防治水工作。 受采动影响各采面相互构通 ，形成大面积的积水区 域，积水面积约 3 0 ． 0万 m ，积水水位 2 7 m， 最大 水压 0 ． 6 7 MP a ，预计静积水量 2 7万余 m 。对 l 1 2 4 0 上巷掘进威胁严重 。 2 l 1 2 4 0上巷前期探放水施工及效果 2 ． 1 探 放 水施 工 1 1 2 4 0 工作面上巷于2 0 1 2 年 4 月开始掘进施工， 为掩护巷道掘进 ，解除上部采空区积水威胁 ，先后 沿煤层施工探放水孑 L 1 6 个 ，总进尺 4 3 4 ． 5 m， 单孑 L 最大涌水量 1 1 0 m ／ h ，各孑 L 总流量稳定在 1 1 0 m ／ h 。 1 1 2 4 0上巷探 放水情况 如表 l 。 2 ． 2 效果分析 从上述各钻孑 L 探放水水量及总放水量分析，可 以看 出 1 1 1 下山采区西翼，除低洼区域有大量静 贮量积水外，还有约 1 1 0 m ／ h 动态补给量，且采空 区上 下联通 。 2 1 1 2 2 0 下巷环形水仓老空区最低点一 4 0 ． 8 m， 为一 向斜低洼段的轴部。由于以往泄水孑 L 发生了塌 孔或淤塞，导致老空积水再次逐渐上升 ，水位上涨 军 一 2 0 m 2 0 1 6 年第 3 期 童 媳晨 斜 技 l 5 l 3 1 1 2 2 0采空区内积存的老空水和顶板裂隙 水的动态补给，对上巷安全掘进具有一定影响。 4 上邻 1 1 2 2 0 工作面下巷存在 “ 里、外高， 中间低”向斜构造，增加了探放水施工难度 ，探放 水效果不佳，直接影响 1 1 2 4 0工作面后期安全回采。 5 上巷里段低洼外放出的老空区水仍需通 过水泵二级排 出，排水费用较高 。 6 低洼段积水静贮量预计 现 1 1 2 2 0老空 积水水位 一 3 l m。在不考虑动态补给的静水状态下， 采空 区充水 系数 K取 0 ． 3 ，积水 面积 S约 3 2 2 0 m ，平均采厚 4 m，按照缓斜工作面近似计算 公式Q 3 2 2 o x 4 x 0 ． 3 3 8 6 4 m ，即估算 1 1 2 2 0采 空区积水量约 4 o o o m 。 表 1 1 1 2 4 o上巷探放水情况 孔 方位 。 仰角 。 斜 m 最大涌水量 稳定涌水量 号 r m ／ l 1 m ／ h l 2 7 5 5 2 7 0 O 2 2 7 5 5 3 0 0 O 3 3l 5 9 2 5 9 6 4 4 31 5 3 2 7 l 1 0 0 5 31 5 9 2 5 1 O 0 0 6 3l 5 9 2 7 l 1 0 0 7 3l 5 9 2 6 1 0 O 0 8 3l 5 3 2 5 6 0 O 9 31 5 3 2 5 6 0 O 新 8 3 1 5 3 2 5 9 6 l l O 31 5 3 2 3 6 0 2 l l 3l 5 9 2 8 6 0 2 0 1 2 3l 5 9 2 6 6 0 2 0 l 3 3l 5 4 2 7 9 6 5 1 4 3l 5 4 3 l l 1 0 3 l 6 2 7 4 1 O 3 7 ． 5 8 0 5 5 △ 口 4 3 4 ．5 l 1 O 计‘ 3 疏放水方案 因 1 1 2 4 0 上巷探放低洼处采空区积水效果不好 ， 决定采取 “ 施工集中排水巷与下巷底板抽放巷贯通 ， 在集中排水巷施工疏水钻孔 ，并与下巷及下巷底板 抽放巷铺设 的疏放水管连接 ，利用虹吸现象 自流到 1 1 区下山水仓”疏放水方案，以解除 1 1 2 2 0工作面 低洼处采空区积水威胁，并为后期安全回采做准备。 3 ． 1 方案实施 3 ． 1 ． 1 集中排水巷 在上巷水 l 点处变向，下扎进入煤层底板沿煤 层走 向施工集 中排水巷小下山，进入煤层底板下 1 0 m，沿倾向施工集 中排水巷与下巷底板抽放巷贯 通 ，并兼做瓦斯底板抽放巷使用。详见图 1 。 图 1 巷道布置 图 3 ． 1 ． 2 疏水钻孔 在集中排水巷上方正头施工疏水钻孑 L 3 个 ，并 安设控水闸阀，控制放水。 钻孑 L 设计详见图 2及表 2 。 图 2 钻孔设计 图 表 2 钻子 L 设计参数表 孔号 方位 。 仰角 o 斜长 m 1 31 5 2 9 o 4 O 1 5 -1 7 2 3l 5 2 3 o 4 O 2 5 ～3 O 3 3l 5 3 4 。 2 0 l 4 -1 6 3 ． 1 - 3 敷设疏放水管 沿集 中排水巷 、1 1 2 4 0下巷底板抽放巷 、1 1 2 4 0 下巷敷设一趟 D N3 0 0 mm疏放水管至 1 1区底车场 水沟 ， 将水排至 1 1 区下山水仓。 疏放水管敷设如图1 。 3 ． 2 疏 放 效 果 1 1 2 4 0 上巷按照梯次控制 、定向施工的有计划 放水总体思路 ，先后施工了 3 个泄水孔 ，终孔均进 入了 1 1 2 2 0 采空区内，单孔涌水量 3 O ～ 1 5 0 m3 ／ h 。由 于 1 1 2 2 0 下巷水仓最低点 M1 2标高为 一 4 0 ． 8 m，水 仓里标高 M1 3为 一 3 3 ． 9 m，外标高 M1 1 为 一 3 1 ． 7 m， 而 1 1 2 4 0下 巷 最 高 点 B 3为 一 3 6 ． 6 m，沿 线 敷 设 D N3 0 0 m m疏放水管并处于全封闭状态后，管 内最 高点 B 3老空水在重力作用下往低位管口处移动 ， 在 u型管 疏放水管 内部产生负压，导致高位管 口 M1 1 、M1 3的老空水被吸进下巷最高点 B 3 ，并 流向下巷外 口低位点 B1 ，形成虹吸 自流现象 ，如图 3 所 示。 下转 第 1 5 4页