摘要:文章介绍了余吾矿采区排水系统现状，并就利用废旧巷道改造为采区水仓的大型缓冲沉淀池，进行了方案对比和优化设计分析，认为利用废旧巷道临近采区水仓的位置优势，进行采区排水系统的升级改造，技术上可行，经济效益可观。
关键词:废旧巷道;缓冲沉淀池;排水系统;优化设计
目前余吾矿西翼采区水仓主要采用人工清淤方式，清挖时需先将淤煤人工装车，通过绞车将矿车拉到水仓斜巷上口，之后人工推车或者背运淤煤至主运输胶带溜煤眼处，存在工人劳动强度大、清挖周期长、清挖效率低下等问题［1］。近一年来随着东西翼采区开采强度的增加，使得排水系统接近满负荷运行，过快的淤煤速度，导致内外水仓倒换更加紧张，原有的人力清挖方式已不足以满足要求。为了彻底解决以上问题，须尽快对采区排水系统进行优化设计。
1采区排水系统现状
余吾矿西翼采区水仓布置于采区上山下口，其内水仓长59m，外水仓长119m，水仓总容积1972m3。采区水泵房内配备5个吸水小井，每个吸水小井分别安装1台MD155－3×40型卧式离心吸水泵，扬程120m，排水量155m3/h。采区5条上山均布置有排水管路，其中主排水管路布置于1号、2号回风大巷中，主要用于相邻一侧采煤工作面排水;胶带上山排水管路接受巷道沿线各掘进工作面大部分排水及冲巷水，辅运上山及进风上山用于沿线低洼点及沉淀池排水;采区所有排水最终汇流至西翼2号回风大巷并进入水仓排水巷。随着采区大巷的延伸以及采掘工作面的增加，多条在掘巷道顶板进入富水区，工作面涌水增多，比如西翼采区N1101胶带巷、N1105胶带巷及N1105回风巷等掘进工作面;同时，部分巷道临近采空区，掘进过程中需对老空区进行探放水，比如N1101回风巷及N2203回风巷掘进工作面。以上各种因素均导致水仓淤煤过快，给现有排水系统带来考验。
2采区排水方案优化
2．1沉淀池位置选取及排水布置
针对目前采区水仓清挖存在的突出矛盾，决定在水仓附近加设一个大型缓冲沉淀池，使排水在进入水仓前先进行初步沉淀，以减缓水仓内煤泥的淤积速度。从沉淀池使用性质看，其主要作用相当于给原有水仓“扩容”，对采区排水进行缓冲沉淀，这就要求沉淀池必须有足够容量，且应有较长的使用时间，决定了施工所在的巷道必须具备一定的长度与矿压稳定性［2］。从技术、经济两个方面考虑，缓冲沉淀池位置选取应遵循两个原则:一是尽量避免较大的施工工程量，主要包括拉底、支护施工以及管路改造施工;二是沉淀池投入使用后必须清淤方便，最好能利用煤溜、胶带等运输设备，减少用工投入。余吾矿N1202工作面于2015年9月收尾，西侧N1201工作面于2010年9月回采结束，东临N1203工作面于2012年11月回采完毕，近半年内矿压监测数据显示，N1202胶带巷机头段巷道已处于变形稳定状态。巷道长度105m，其中从西翼进风大巷联络巷口往里，至胶带巷密闭墙处长度60m，落差仅600mm，坡度平缓，沉淀池拉底施工方便。巷道里侧N1202辅运巷内地势较高，适于布置水泵房，安装水泵及其附属供电设备。管路改造方面，将西翼胶带大巷排水管路改接至缓冲沉淀池，同时为了排水安全，不切断原来通往水仓的管路，当排水较多时可调节相关阀门不经沉淀池直接排至采区水仓;撤销胶带与辅运上山4号贯沉淀池，沿N1202胶带巷巷帮浇筑水沟，使西翼胶带大巷机头冷却水及冲巷水自流入沉淀池。污水经沉淀后，可由N1202胶带巷辅运巷与西翼2号回风大巷风桥处排出进入采区主排水管路，排水路线短，管路改造简单。综合以上因素，选取N1202胶带巷机头段作为沉淀池施工点是合理的。
2．2排水验算
沉淀池主要用于接受采区胶带上山和各采掘工作面大部分排水、冲巷水以及主胶带机头冷却水，根据采掘面日常排水经验并结合实测数据，预计排水量统计见表1。沉淀池设计容量416m3，由表1知采区平均排水量总计为226m3/h。按西翼采区水仓日常排水经验看，平常来水较小时开启1台水泵，来水较多时开启2～3台水泵。沉淀池处选用与水仓同型号的水泵，两台水泵同时开启时排水能力为310m3/h，能满足排水需要。沉淀池与西翼采区水仓的最大高差仅9m，管路排水距离85m，水泵扬程能满足需要。管路排水能力为:Q=900πVPdp2式中:Q为排水量，m3/h;VP为排水管经济流速，取1．8m/s;dp为排水管径，m。按余吾矿常用排水管路尺寸计算，得:4寸管排水能力Q1=900×3．14×1．8×0．12=50．8，取50m3/h;6寸管排水能力Q2=900×3．14×1．8×0．152=114．4，取114m3/h。根据理论计算结果，污水经沉淀后安装3趟6寸管(排水能力342m3/h)排至西翼2号回风大巷，水泵与管路排水能力相适应。
2．3施工设计方案优化
方案一:将N1202胶带巷机头段改造为大型缓冲沉淀池，沉淀池沿巷道布置，中间浇筑隔水墙1道，形成一用一备沉淀池;沉淀池尺寸为长45．2m、宽2．35m、深2m，为加强沉淀效果，每个沉淀池设置4个开放隔间，其中第一个隔间两侧各浇筑9级台阶，台阶长1m、宽0．5m、高0．2m;隔间之间浇筑挡水墙，同时在辅运巷口设置拦淤坝，安装两个滤网窗，拦淤坝往辅运巷方向三角区为净水池，用于水泵取水。沉淀池向里沿巷道方向拉底施工，拉底深度由最深1m递减至0．4m，拉底完成后对拉底区域进行支护，然后沿沉淀池边缘浇筑隔水墙。方案一施工平面图见图1，剖面图见图2．方案二:将N1202胶带巷机头段设计为缓冲水仓，其与方案一不同的有两点。①不再设置沉淀池隔间，且污水经沉淀后不经采区水仓直接排出到中央水仓;②沉淀池拉底施工由最深2m往里递减至1．4m。方案二施工平面图见图3，剖面图见图4．与方案一相比，方案二具有以下缺点:1)拉底施工及巷帮支护工程量大(约为方案一的2．5倍)，且拉底后巷道高度增加，断面随之加大，会对巷道稳定性造成一定影响;2)由于污水沉淀后直接排入中央水仓，相应的排水管路安装长度增加;3)缺少隔间，导致污水在沉淀池内流经路径及停留时间过短，沉淀效果欠佳［3］。综上所述，从拉底、支护及管路安装工程量等综合因素对比分析，结合沉淀池对巷道稳定性的要求，最终确定选择方案一。
3结语
通过对余吾矿东西翼采区排水系统进行升级改造，充分利用废旧巷道临近采区水仓的位置优势及便于搭接主运输胶带进行清淤的特点，确定了缓冲沉淀池最佳施工地点。同时对两种施工设计方案进行对比分析，确定了最优方案。排水系统优化后采区内外水仓每年可减少清挖各1次，合计节约用工及动力费用26．56万元/a，经济效益可观。在沉淀池处安装胶带进行清淤，提升了清挖效率、降低了工人劳动强度并减轻了队组用工压力，间接地增加了采区水仓抗险能力，保证了排水系统的正常运行。此方案设计可为类似条件的采区排水系统优化提供思路。
参考文献:
［1］许永杰，祝启斌．矿井水仓设计优化与分析［J］．中州煤炭，2014(11):33－34．
［2］邱俊刚，张忠辉．利用旧巷道封堵形成水仓控制排水时间［J］．中国矿山工程，2010，39(5):41－4急诊医学论文3．
［3］刘钦德．采区下部平巷流水沉淀池设计［J］．东北煤炭技术，1997(4):7－10．
作者：司广宏 常庆灵 黄勇 单位：潞安集团 余吾煤业公司
