工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统
阅读说明：本技术 工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统 (Water-seal precipitation discharge closed system for working face industrial wastewater mining area ) 是由 刘博� 苗于惠 刘志耀 余国猛 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统,其包括1#密闭结构设置在第二工作面运输顺槽内,且位于停采线一侧以外及与第三工作面回风联巷的衔接处；2#密闭结构设置在第二工作面联巷的一端,且位于临近与第二工作面回风巷的衔接处；3#密闭结构设置在第二工作面联巷的另一端,且位于临近与第二工作面回风顺槽的衔接处；4#密闭结构设置在第二工作面回风顺槽远离3#密闭结构的一端,且位于与第一工作面运输顺槽的衔接处；其中这些密闭结构在第三工作面回顺水仓和采区水仓之间围挡形成一条排放水道,借此,可以通过采空区对污水进行沉淀净化,从而减少采区水仓的清淤次数。(The invention discloses a working face industrial wastewater mining area water seal precipitation discharge closed system, which comprises a No. 1 closed structure, a first working face transport gateway, a second working face transport gateway, a third working face air return gateway and a third working face air return gateway, wherein the No. 1 closed structure is arranged in the second working face transport gateway and is positioned outside one side of a stoping line and at the joint of the third working face air return gateway and the third working face air return gateway; the 2# sealing structure is arranged at one end of the second working face connecting lane and is positioned close to the joint of the second working face air return lane; the No. 3 sealing structure is arranged at the other end of the second working face connecting roadway and is positioned close to the joint of the second working face return air gateway and the second working face return air gateway; the No. 4 sealing structure is arranged at one end, far away from the No. 3 sealing structure, of the second working face air return gateway and is positioned at the joint of the second working face air return gateway and the first working face transport gateway; the closed structures enclose and block between the third working face backwater sump and the mining area sump to form a drainage channel, so that sewage can be precipitated and purified through the mining area, and the desilting times of the mining area sump are reduced.)
技术领域
本发明是关于煤矿综采领域，特别是关于一种工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统。
背景技术
现有的井下煤矿产生的工业废水，一般采用专用的排水管路导引至专门设置的采区水仓蓄存，并在采区水仓内沉淀后上部的清水可进行再利用。但是，由于工业废水中的泥煤等杂志较多，沉积在采区水仓内的泥煤必须定期清淤，不然采区水仓被泥煤填满后并失去蓄水功能。定期清淤以及采区水仓的维护工作费时费力，成本极大，给煤矿的生产和利润带来较大的影响。
再者，工作面采空区由于积煤较多，现有技术是在各个巷道处设立密闭墙已阻止空气的进入，防止积煤氧化产生瓦斯以及自燃给生产安全带来隐患。
公开于该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统，其能够利用采空区的高度差对工业废水进行缓流沉淀，同时对采空区进行水封和密闭，以减少采区水仓的清淤次数及杜绝采空区的氧化自燃隐患问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统，其用于将第三工作面的工业废水利用自然高差通过第二工作面采空区沉淀后再排放至采区水仓，采空区水封沉淀排放密闭系统包括1#密闭结构、2#密闭结构、3#密闭结构以及4#密闭结构；1#密闭结构设置在第二工作面运输顺槽内，且位于停采线一侧以外及与第三工作面回风联巷的衔接处；2#密闭结构设置在第二工作面联巷的一端，且位于临近与第二工作面回风巷的衔接处；3#密闭结构设置在第二工作面联巷的另一端，且位于临近与第二工作面回风顺槽的衔接处；4#密闭结构设置在第二工作面回风顺槽远离3#密闭结构的一端，且位于与第一工作面运输顺槽的衔接处；其中1#密闭结构、2#密闭结构、3#密闭结构以及4#密闭结构在第三工作面回顺水仓和采区水仓之间围挡形成一条排放水道。
在一优选的实施方式中，1#密闭结构、2#密闭结构、3#密闭结构以及4#密闭结构处的底板标高依次降低。
在一优选的实施方式中，1#密闭结构包括第二工作面运顺挡水墙、第二工作面运顺密闭墙、第三工作面污水接入管、第二工作面运顺措施孔管、第二工作面运顺检测孔管、第二工作面运顺应急排水管以及第二工作面运顺木垛；第二工作面运顺挡水墙设置在第二工作面运输顺槽内临近停采线的一端，第二工作面运顺挡水墙的高度不低于第二工作面运输顺槽的巷道高度的一半，第二工作面运顺挡水墙的底边及两侧边缘分别嵌入巷道底板及巷道帮部以内；第二工作面运顺密闭墙设置在第二工作面运输顺槽临近第三工作面回风联巷的一端，第二工作面运顺密闭墙的四周分别嵌入巷道底板、顶板及巷帮之内；第三工作面污水接入管从第二工作面运顺密闭墙靠近巷道顶板处穿过，并从第二工作面运顺挡水墙的上方跨过并延伸至临近停采线处，第三工作面污水接入管用以和第三工作面排水管连接，并通过潜水泵从第三工作面回顺水仓向第二工作面采空区抽取工业废水；第二工作面运顺措施孔管设置在第二工作面运顺密闭墙靠近巷道顶板处，第二工作面运顺措施孔管用于穿设防灭火备用管；第二工作面运顺检测孔管设置在第二工作面运顺密闭墙的中间位置，且第二工作面运顺检测孔管的位置高于第二工作面运顺挡水墙的高度；第二工作面运顺应急排水管从第二工作面运顺密闭墙靠近巷道底板处穿过；第二工作面运顺木垛设置在第二工作面运顺挡水墙与第二工作面运顺密闭墙之间，并抵顶于巷道的底板和顶板之间。
在一优选的实施方式中，2#密闭结构及3#密闭结构均包括第二工作面联巷密闭墙、第二工作面联巷措施孔管以及第二工作面联巷检测孔管；第二工作面联巷密闭墙分别设置在第二工作面联巷临近与第二工作面回风巷衔接处的一端及临近与第二工作面回风顺槽衔接处的一端，第二工作面联巷密闭墙的四周分别嵌入第二工作面联巷的巷道底板、顶板以及巷帮之内；其中第三工作面污水接入管的另一端从第二工作面联巷密闭墙临近巷道顶板处穿过，并用以和第三工作面排水管连接，并通过潜水泵从第三工作面回顺水仓向第二工作面回风顺槽抽取工业废水；第二工作面联巷措施孔管设置在第二工作面联巷密闭墙靠近巷道顶板处，第二工作面联巷措施孔管用于穿设防灭火备用管；第二工作面联巷检测孔管设置在第二工作面联巷密闭墙的中间位置。
在一优选的实施方式中，4#密闭结构包括第二工作面回顺挡水墙、甩车场甩道密闭墙以及多个甩车场木垛；第二工作面回顺挡水墙设置在第二工作面回风顺槽的一端，且位于与第一工作面运输顺槽的衔接处，第二工作面回顺挡水墙的高度不低于第二工作面回风顺槽的巷道高度的一半，第二工作面回顺挡水墙的底边及两侧边缘分别嵌入巷道底板及巷道帮部以内；其中从第二工作面采空区及第二工作面联巷过来的清水漫过第二工作面回顺挡水墙后流经第一工作面运输顺槽进入采区水仓，沉淀下来的泥煤被第二工作面回顺挡水墙挡在第二工作面回风顺槽以内；甩车场甩道密闭墙设置在6#甩车场甩道的一端，且位于与第一工作面运输顺槽和第二工作面回风顺槽的衔接处，甩车场甩道密闭墙的四周分别嵌入6#甩车场甩道的巷道底板、顶板以及巷帮之内；多个甩车场木垛设置在6#甩车场甩道的口内，且位于甩车场甩道密闭墙临近第二工作面回顺挡水墙的一侧，多个甩车场木垛抵顶于甩车场甩道的巷道底板和顶板之间。
在一优选的实施方式中，4#密闭结构还包括第一工作面运顺措施孔管及甩车场措施孔管、第一工作面运顺检测孔管及甩车场检测孔管以及第一工作面运顺排水管及甩车场排水管；第一工作面运顺措施孔管及甩车场措施孔管设置在甩车场甩道密闭墙临近巷道顶板处，用于穿设防灭火备用管；第一工作面运顺检测孔管及甩车场检测孔管设置在甩车场甩道密闭墙的中间位置；第一工作面运顺排水管及甩车场排水管，其设置在甩车场甩道密闭墙临近巷道底板处；其中第一工作面运顺排水管能够通过潜水泵从采区水仓抽取经过沉淀后的清水。
在一优选的实施方式中，工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统还包括反水装置以及阀门装置；反水装置设置在第三工作面污水接入管及第二工作面运顺应急排水管上；阀门装置设置在第三工作面污水接入管、第二工作面运顺应急排水管、第二工作面运顺措施孔管以及第二工作面运顺检测孔管上。
在一优选的实施方式中，第二工作面运顺密闭墙、第二工作面联巷密闭墙以及甩车场甩道密闭墙均包括密封材料，其设置在两道密闭墙之间，密封材料包括黄泥以及高分子材料，黄泥设置在下部，高分子材料设置在上部。
与现有技术相比，本发明的工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统具有以下有益效果：第三工作面出水后，前期先将排水管路延接至第二工作面运顺密闭墙预留的两趟污水接入管，后期水量增大后延接至第二工作面联巷密闭墙两趟污水接入管，因第三工作面污水排入点处于采空区水流的缓流区域，经足够时间、长距离巷道及采空区裂隙沉淀、吸附，水流自6#甩车场口流出时即可为清水，达到了对污水的沉淀净化效果。同时通过这些密闭结构的封闭后，第二工作面采空区涌水从第二工作面回顺通过管路引至6#甩车场口水沟，通过自流进入采区水仓，第二工作面回顺水位上升并淹没回顺挡水墙以里大部分巷道，使得采空区形成水封，采空区遗煤大面积被水覆盖，有效解决采空区防灭火问题。再者，由于污水中大部分的煤泥都沉淀在了采空区，使进入采区水仓的泥煤量大大减少，从而减少了清淤次数，节省了水仓清淤维护成本。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的采空区水封沉淀排放密闭系统的平面示意如；
图2是根据本发明一实施方式的1#密闭结构的平面示意图；
图3是图2的Ⅰ—Ⅰ处的剖视示意图；
图4是根据本发明一实施方式的2、3、4#密闭结构的平面示意图；
图5是图4的Ⅱ—Ⅱ处的剖视示意图；
图6是根据本发明一实施方式的5#密闭结构的平面示意图；
图7是图6的Ⅲ—Ⅲ处的剖视示意图；
图8是根据本发明一实施方式的5#密闭结构的平面示意图；
图9是图8的Ⅳ—Ⅳ处的剖视示意图。
主要附图标记说明：
1-1113运输顺槽，2-1115污水接入管，3-1113运顺挡水墙，4-1113运顺木垛，5-1113运顺密闭墙，6-1113运顺密封材料，61-高分子材料，62-黄泥，7-1115回风联巷，8-1115排水管，9-1113运顺措施孔管，10-1113运顺检测孔管，11-1113运顺应急排水管，12-反水装置，13-7#甩车场，14-1113回风顺槽，15-1113联巷，16-1113联巷密闭墙，17-1113联巷密封材料，18-1113联巷措施孔管，19-1113联巷检测孔管，20-1113回风巷，21-1113回顺挡水墙，22-1111运输顺槽，23-1111运顺措施孔管，24-1111运顺检测孔管，25-1111运顺排水管，26-甩车场木垛，27-甩车场甩道密闭墙，28-甩车场密封材料，29-6#甩车场，30-甩车场排水管，31-甩车场措施孔管，32-甩车场检测孔管，33-1111运顺外段，34-1111运外密闭墙，35-1111运外密封材料，36-1111运外措施孔管，37-1111运外检测孔管，38-1111反风巷，39-1111原有反风密闭墙，40-1111反风密封材料，41-1111反风新增密闭墙。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图9所示，根据本发明优选实施方式的一种工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统，其用于将第三工作面的工业废水利用自然高差通过第二工作面采空区沉淀后再排放至采区水仓，采空区水封沉淀排放密闭系统主要包括1#密闭结构、2#密闭结构、3#密闭结构、4#密闭结构、5#密闭结构以及6#密闭结构等。下面以西川煤矿1111工作面(第一工作面)、1113工作面(第二工作面)以及1115工作面(第三工作面)的工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统的具体实施措施为例对本方案进行详细叙述。
例如，西川煤矿1113工作面位于一采区西翼中部、采区向斜轴部，南邻1111工作面采空区，北邻在采1115综放工作面，工作面设计停采线位置回顺端底板标高为+942.4、顶板标高为945.8、回顺外口底板标高为+944.3、顶板标高为+947.1；停采线位置运顺段底板标高为+946.7、运顺外口位置底板标高为+947.2。
根据以上标高关系，将1115工作面污水导入1113工作面采空区，并且1113采空区涌水全部从回顺自流排出。综合长期效益考虑，采取相应措施使封闭后的采空水从回顺密闭墙出水口自流引入6#甩车场口水沟排入938污水仓(采区水仓)，并利用封闭后的采空区巷道作为1115工作面回采期间的污水净化通道。
二、施工方案与工作量
(一)设置1113运输顺槽1处的1#密闭结构，参阅图2、图3：
1、距离停采线(请参阅图1)4m位置处施工一排连体木垛(1113运顺木垛4)，对1113运输顺槽1的巷道进行加强支护。
2、距离停采线向外5-6m处施工挡水墙(1113运顺挡水墙3)一道，墙体厚度1m，高1.5m,墙体嵌入巷道帮部、底板0.5m。
3、距里道密闭墙(1113运顺密闭墙5)0.5m位置施工两排连体木垛，对巷道加强支护。
4、距巷道顶板0.3m设置两趟污水排入管路(1115污水接入管2，采用DN150管路)，其用于与两趟(1115排水管8，采用DN150管路)连接，通过潜水泵从1115回风顺槽水仓向1113采空区抽取工业废水。两趟管路均延接过挡水墙2m。距底板为0.3m设置一趟应急排水孔管(1113运顺应急排水管11，采用DN150管路)，延接至密闭墙向里1m位置。设置一趟检测孔管(1113运顺检测孔管10，采用DN50管路)和一趟措施孔管(1113运顺措施孔管9，采用DN100管路-防灭火备用管)，检测孔管延接至密闭墙向里1m位置，措施孔管延接至挡水墙向里1m位置，检测孔管距墙高为2/3处，措施孔管距顶板0.3m。
5、所有管路均延接至外道密闭外，并且污水排入管路和应急排水管路均设置阀门装置和反水装置12，检测孔管和措施孔管均设置阀门装置。
6、1113运顺密闭墙5位置选择在距1113联巷15全风压口2～5m范围，砌筑两道密闭墙(1113联巷密闭墙16)，墙体厚度均为1m，两道墙体之间间距为0.8m，墙体四周掏槽深度符合规定，必须见硬帮、硬顶及硬底，两道墙体间底部填充密封材料(1113运顺密封材料6)，下部为黄泥62，剩余空间使用高分子材料61进行充填，确保密闭墙及围岩严密、不漏风。
(二)设置1113联巷15处的2#密闭结构和3#密闭结构，参阅图4、图5：
1、距巷道顶板0.3m处设置两趟污水排入管路(1115污水接入管2的另一端，采用DN150管路)延接至密闭墙向里1m位置，设置一趟检测孔管(1113联巷检测孔管19，采用DN50管路)和一趟措施孔管(1113联巷措施孔管18，采用DN100管路-防灭火备用管)，均延接至密闭墙向里1m位置，检测孔管距墙高为2/3处，措施孔管距顶板0.3m。
2、所有管路延接至密闭墙外面，污水接入管路均设置反水装置12和阀门，措施孔管和检测孔管均设置阀门。
3、1113联巷密闭墙16选择在距1113回风巷全风压口向里2～5m范围，筑两道密闭墙(1113联巷密闭墙16)，墙体厚度均为0.5m，两道墙体之间间距为0.8m，墙体四周掏槽深度符合规定，必须见硬帮、硬顶及硬底，两道墙体间底部填充密封材料，底部填充黄泥62，剩余空间使用高分子材料61进行充填，确保密闭墙及围岩严密、不漏风。
(三)设置6#甩车场29甩道处的4#密闭结构，参阅图4、图5：
1、在6#甩车场29甩道绕道施工挡水墙(1113回顺挡水墙21)一道，墙体厚度0.5m，高1.5m,墙体嵌入巷道两帮、底板0.5m，并见硬帮、硬底。
2、待挡水墙施工完毕后，距6#甩车场29甩道口里道密闭墙(甩车场甩道密闭墙27)0.5m位置施工一排连体木垛(甩车场木垛26)，对巷道进行支护。
3、距巷道底板0.3m处设置两趟排水管路(甩车场排水管30，均采用DN150管路)延接至密闭墙向里1m位置。设置一趟检测孔管(甩车场检测孔管32，采用DN50管路)和一趟措施孔管(甩车场措施孔管31，采用DN100管路-防灭火备用管)，均延接至密闭墙向里1m位置，检测孔管距墙高为2/3处，措施孔管距顶板0.3m。
4、延接1111运输顺槽22的外段密闭墙(1111运外密闭墙34)外两趟排水管路(1111运顺排水管，采用DN150管路)，一趟检测孔管(1111运顺检测孔管，采用DN50管路)和一趟措施孔管(1111运顺措施孔管，采用DN100管路-防灭火备用管)至6#甩车场29甩道密闭墙27外。
5、所有管路延接至密闭墙外面，排水管路均设置反水装置12和阀门，措施孔管和检测孔管均设置阀门。
6、6#甩车场29甩道密闭墙27选择在6#甩车场29甩道口距轨道下山2～5m范围，筑两道密闭墙(甩车场甩道密闭墙27)，墙体厚度均为0.5m，两道墙体之间间距为0.8m，墙体四周掏槽深度符合规定(岩巷、锚喷巷道除外)，必须见硬帮、硬顶及硬底，两道墙体间充填密封材料，包括底部填充黄泥62，剩余空间使用高分子材料61进行充填，确保密闭墙及围岩严密、不漏风。
(四)设置1111运顺外段33处的5#密闭结构，参阅图6、图7：
1、在1111运顺外段33调节墙的基础上砌筑两道密闭墙(1111运外密闭墙34)，设置一趟检测孔管(1111运外检测孔管37，采用DN50管路)和一趟措施孔管(1111运外措施孔管36，采用DN100管路-防灭火备用管)，均延接至密闭墙向里1m位置，检测孔管距墙高为2/3处，措施孔管距顶板0.3m。
3、所有管路延接至密闭墙外面，措施孔管和检测孔管均设置阀门装置。
3、1111运外密闭墙34的墙体厚度均为0.5m，两道墙体之间间距为0.8m，墙体四周掏槽深度符合规定(岩巷、锚喷巷道除外)，必须见硬帮、硬顶及硬底，两道墙体间填充密封材料，包括底部填充黄泥62，剩余空间使用高分子材料61进行充填，确保密闭墙及围岩严密、不漏风。
(五)设置1111反风巷38处的6#密闭结构，参阅图8、图9：
在1111反风巷38距原密闭墙(1111原有反风密闭墙39)0.8m位置砌筑一道密闭墙(1111反风新增密闭墙41)，密闭墙之间填充密封材料，包括底部充填黄泥62，其余使用高分子材料61充填，确保密闭墙及围岩严密、不漏风。
注：以上方案设计中所有墙体均采用砖混进行砌筑，密闭墙中填充的密封材料均为黄泥和高分子材料。此外，本发明并不仅限于在1111工作面、1113工作面以及1115工作面使用，类似这三个工作面结构的采区均可以应用，各种管路尺寸均是示意性的，可以根据实际需要做一定的调整。
三、封闭效果及1115污水净化方案：
(一)封闭效果
封闭后，1113工作面采空区涌水从1113回顺通过管路引至6#甩车场口水沟，通过自流进入938污水仓，1113回顺水位上升并淹没回顺挡水墙以里大部分巷道，使得采空区形成水封，采空区遗煤大面积被水覆盖，有效解决采空区防灭火问题。
(二)1115污水净化
1115工作面污水净化。1115工作面出水后，前期先将排水管路延接至1113运顺密闭墙预留的两趟污水接入管，后期水量增大后延接至1113联巷密闭墙两趟污水接入管。因1115污水排入点处于采空区水流的缓流区域，经足够时间、长距离巷道及采空区裂隙沉淀、吸附，水流自6#甩车场口流出时即可为清水。
四、综合效益分析：
1、采取该方案后，1113工作面采空区进入水封状态，杜绝了自燃发火的可能性，安全效益可观。
2、1115工作面污水净化后938污水仓清淤周期由一年两次清淤修护可调整为一年一次修护，平均每年节约清淤费用约60万元。
3、污水净化后，938污水泵单泵配件更换周期由排污水的3个月可延长至1年，按照每个周期水泵配件8万元计算，每年至少节约配件费用24万元。
4、污水净化后，地面污水处理厂运营成本将大幅降低，药剂使用量将下降约90％，每年节约成本50万元。
综上所述，本发明的工作面工业废水的采空区水封沉淀排放密闭系统具有以下优点：第三工作面出水后，前期先将排水管路延接至第二工作面运顺密闭墙预留的两趟污水接入管，后期水量增大后延接至第二工作面联巷密闭墙两趟污水接入管，因第三工作面污水排入点处于采空区水流的缓流区域，经足够时间、长距离巷道及采空区裂隙沉淀、吸附，水流自6#甩车场口流出时即可为清水，达到了对污水的沉淀净化效果。同时通过这些密闭结构的封闭后，第二工作面采空区涌水从第二工作面回顺通过管路引至6#甩车场口水沟，通过自流进入采区水仓，第二工作面回顺水位上升并淹没回顺挡水墙以里大部分巷道，使得采空区形成水封，采空区遗煤大面积被水覆盖，有效解决采空区防灭火问题。再者，由于污水中大部分的煤泥都沉淀在了采空区，使进入采区水仓的泥煤量大大减少，从而减少了清淤次数，节省了水仓清淤维护成本。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
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