倾斜巷道探放水自动排水装置应用分析_李天亮.pdf

倾斜巷道探放水自动排水装置应用分析李天亮（山西高平科兴牛山煤业有限公司，山西高平048400）摘要：基于牛山煤矿 90105 综采工作面切巷在探放水施工过程中，由于巷道倾斜角度大，探水钻孔探放水流直接流入切巷入口低洼处，导致切巷内水流量大、设备损坏严重，积水无法及时有效排出工作面，不仅影响着巷道快速掘进，而且严重威胁着巷道探放水施工安全的问题，牛山煤矿通过技术研究，在巷道内安装了一套自动排水装置。通过实际应用效果来看，取得了显著应用成效。关键词：煤矿；巷道；探放水；自动排水装置中图分类号：TD744文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0285-030引言按传统的探放水施工方法，在巷道迎头或顶板施工探水钻孔，然后将 2 寸钢管插入探放水孔，管口安装有阀门，用于调节放水量。倾斜巷道在探放水施工时，将钻孔放出的水直接流到巷道，随着倾斜的巷道一路冲刷到低洼处，然后在巷道低洼处安装水泵或在工作面最低处再用水泵向外排出大巷，或者在倾斜巷道砌筑数道拦水墙，分别用水泵将积水排除。但是传统排水方式既妨碍巷道设备、材料运输，也会因操作不当或积水过大形成水患，同时造成工作面沿线巷道被水冲刷得到处积水泥泞、坑坑洼洼，还可能将巷道内带式输送机、掘进机、隔爆开关等设备的下部被淤煤和积水淹没，甚至造成漏电顶闸和设备进水损坏等事故，严重影响设备的运行，以及巷道探放水施工安全1-5。对此，本文以牛山煤矿 90105 切巷为研究对象，对探放水施工期间排水系统主要存在的问题进行分析，并采用了一套倾斜巷道自动排水装置。190105 工作面概况山西高平科兴牛山煤业有限公司 90105 工作面东侧为井田边界，西侧为实体煤，南侧为苏庄采空区，北侧为胶带大巷。90105 工作面走向长度为 891 m、倾向长度为150 m，工作面回采煤层为 9 号层，呈黑色，以亮煤为主，煤层结构简单，稳定可采。煤层厚度为 1.21.8 m，平均煤厚 1.49 m，平均倾角为 12；90105 工作面顶底板主要由砂质泥岩和中粒砂岩组成，岩层层理分明，节理一般，性质稳定。直接顶砂质泥岩厚度为1.16 m，基本顶中粒砂岩厚度为 4 m，直接底砂质泥岩厚度为 1.75 m，老底石灰岩厚度为 2.2 m。9 号煤层顶板距 3 号煤层底板间距为 38.3475.38 m，9 号煤层顶板至 K5 底板间距平均为 26 m。3号煤层现已大面积采空，煤层采动后，由于矿山压力作用，底板必定遭受一定程度的破坏，3 号煤层底板扰动破坏带深度取经验值 16 m。因此，9 号煤层最大导水裂缝带高度和 3 号煤层底板扰动破坏带深度之和为 48.26 m，故 90105 工作面开采 9 号煤层所形成的导水裂缝带可沟通 K5 灰岩含水层，可沟通或部分沟通 3 号煤层采空区，90105 工作面主要水害为 K5灰岩裂隙水，预计积水量为 2 377 m3。目前 90105 工作面运输顺槽已掘进到位且切巷已掘进 166 m，切巷从运输顺槽设计点拐弯并以 12仰角上山掘进，切巷施工期间共计进行两次探放水施工，工作面迎头共计布置 3 个仰斜钻孔，钻孔深度为100 m，仰角为 15。探水钻孔放水后直接经过倾斜巷道底板流入切巷与顺槽交叉点贮水仓，然后经排水设施排出，但是采用该方法排水时，很容易造成巷道内积水量大、水仓内淤泥多，而且造成巷道内机电设备损坏，不利于巷道安全、快速掘进。2倾斜巷道自动排水装置结构原理为了保证 90105 切巷探放水施工安全，减少巷道内积水量，决定对巷道内安装一套自动排水装置。2.1装置结构组成1）倾斜巷道自动排水装置主要由管道阀门、短节管、探放水水管、总放水管、积水箱、潜水电泵、智能压力控制器、单向阀、磁力启动器、应急阀门、备用阀门、外排管路、故障报警器组成，如图 1 所示。收稿日期：2022-08-05作者简介：李天亮（1986），男，山西阳城人，毕业于中北大学安全工程专业，本科，工程师，从事水文地质技术管理工作。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.116图 1倾斜巷道探水钻孔自动排水装置探放水水管外排管路短节管探放水孔管道阀门智能压力总放水管备用阀门控制器故障报警器磁力启动器单向阀积水箱潜水电泵应急阀门技术应用机械管理开发第 38 卷2）总放水管沿巷道倾斜方向平行设置，探放水管底部与总放水管呈 L 型连接，探放水管顶部安装管道阀门，管道阀门主要用于调节放水量，探放水管通过管道阀门分别与探放水孔连接；总放水管底部与积水箱连接，积水箱内安装一台功率为 7.5 kW 的潜水电泵，其出水口通过单向阀与外排管路相连接。3）潜水电泵电源端与磁力启动器连接；智能压力控制器安装在积水箱上，智能压力控制器的输出端与磁力启动器连接，用于根据积水箱内的水压情况控制磁力启动器的启停，如图 2 所示。其中，智能压力控制器可选择为数显智能压力控制器，其上、下限压力参数可根据现场实际情况自由设定。4）应急阀门用于系统故障状态下的临时应急排水，或者日常排放积水箱内沉积的煤渣，保持积水箱清洁干净。5）磁力启动器和智能压力控制器相连接的为故障报警器。当水压超限而磁力启动器故障导致潜水电泵不能正常工作时，智能压力控制器控制故障报警器工作，发出声光报警信号，提醒工作人员注意检查处理。智能压力控制器的上限压力可以设置为水位接近最低的探放水孔的高度时的水压，下限压力可以设置为水位下降接近积水箱底部时的水压。2.2装置工作原理自动排放装置通过将巷道内多个相邻的探放水管与总放水管呈 L 型并联连接，使总放水管最低处与一个内部安装有自动排水装置的积水箱连接成为密闭的外排系统。压力控制器通过电缆与磁力启动器控制回路中的先导回路连接，是监测积水箱内积水多少的核心器件，当积水箱内压力达到设定的压力上限时，启动器控制潜水泵启动排水，当积水箱内压力低于下限时，水泵自动停止。具体控制动作如下：1）当积水箱和探放水水管中的水位接近最低的一根探放水孔的高度时，即压力控制器达到上限压力，其电接点动作，向磁力启动器发出开机指令，磁力启动器启动，积水箱内的潜水泵运转开始排水。2）当探放水出水量等于排水量时，系统内压力不变，压力控制器维持现状，水泵连续运转排水；当探放水出水量小于排水量，水位下降接近积水箱底部时，压力控制器的电接点断开，磁力启动器立即停止潜水泵的运转。3）当水位再次升高到上限位时，水泵再次启动排水，如此自动循环工作，保证系统既不会造成压力过大排水不及时，也不会造成负压运转，干烧损坏水泵，实现探放水的自动外排。4）当系统压力控制器或潜水泵等有故障或者水压超限而水泵仍不能正常启动排水时，故障报警器会自动发出声光报警信号，提醒维护人员进行检查修理、更换压力控制器或者在阀门之间并联一台水泵，做临时应急排水。3装置优点及实际应用效果3.1装置优点1）结构简单：探水钻孔自动排水装置结构相对简单，整套装置安装方便，便于操作维护，而且适用于不同条件下探水钻孔中，实用性强、应用区域广。2）自动化水平高：该装置将探水钻孔水流引入水箱内，然后根据水箱内自动感应装置实现水泵自动开启排水，排水效率高、自动化水平高，与传统人工排水相比，降低了人工排水劳动作业强度。3）排水安全系数高：传统探水钻孔排水系统主要利用管路将水流引入低洼处，然后在低洼处安装水泵进行排出，但是由于巷道距离远，排水效率低，而且水流很容易损坏巷道内设备，而自动排水装置可及时将探水钻孔中的积水排出，排水效率高，安全系数高。3.2实际应用效果90105 工作面切巷在探放水施工过程中对原排水系统进行优化，安装了一套自动排水装置。通过实际应用效果来看，该装置投入使用后，能够及时将钻孔内水流从巷道内排出，未出现因探放水导致巷道内设备损坏、巷道内淤泥堆积等现象，同时大大提高了排水效率，未发生一起因排水不及时导致的水淹事故。4结语牛山煤矿 90105 工作面切巷前期探放水过程中由于排水系统不合理，造成巷道积水量大、排水困难以及安全系数低等技术难题，通过对原排水系统进行优化，采用一套自动排水装置。通过实际应用效果来看，该装置自动化水平高、应用效果好，能够及时对探放水排出，避免巷道涌水事故，取得了显著应用成效。参考文献1吴鹏.煤矿井下自动排水装置设计分析J.当代化工研究，2021（1）：163-164.2张晓俊.煤矿井下风泵磁感式自动排水装置J.山西焦煤科技，2020（4）：57-58.3田峰.煤矿井下自动排水装置设计J.机电工程技术，2020（1）：图 2积水箱智能压力控制系统结构示意图连接杆联锁电缆高压水管80 A磁力启动器联锁开关停开压力控制器积水箱7.5 kW潜水泵2862023 年第 6 期Application of Automatic Drainage Device for Water Exploration and Release in InclinedRoadwayLi Tianliang（Shanxi Gaoping Kexing Niushan Coal Industry Co.,Ltd.,Gaoping Shanxi 048400）Abstract:Based on the fact that during the construction of water exploration and discharge in the cutting lane of 90105 comprehensivemining working face of Niushan coal mine,due to the large inclination angle of the lane,the water flow from the water exploration anddischarge borehole flows directly into the low-lying area at the entrance of the cutting lane,resulting in a large water flow in the cuttinglane,serious equipment damage,and the water cannot be discharged from the working face effectively in time,which not only affects therapid digging of the lane,but also seriously threatens the safety of water exploration and discharge construction in the lane,Niushan coalmine through The companys products and services are available in a wide range of sizes and sizes.Through the practical application effect,it has achieved significant application effect.Key words:coal mine;roadway;water detection and discharge;automatic drainage device43-46.4程昆.煤矿排水潜水泵运输装置设计与应用J.机械工程与自动化，2018（6）：213-214.5叶友东.煤矿井下排水管道除垢清理装置的设计J.煤矿机械，2016（4）：72-74.（编辑：李俊慧）Design and Implementation of Side Support for Goaf Retaining RoadwayHuang Zhijie（Taiyuan Coal Gasification(G