復(fù)雜水文地質(zhì)條件下礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（中煤天津設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司礦山工程院，天津 300120）

0.引言

煤炭作為主要能源，一直被廣泛利用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤炭的需求量也隨之增大。欲要滿足產(chǎn)量，礦井需要布置更多的生產(chǎn)區(qū)域，才能保證礦井正常生產(chǎn)和工作面接續(xù)要求；為了延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，提高資源利用效率，很多煤礦實(shí)施延伸開采，礦井開拓系統(tǒng)變得愈發(fā)復(fù)雜化。煤炭開采過程中大量礦水不斷涌出，安全、可靠、高效的排水系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的必要保障。煤炭開采深度的不斷延伸和復(fù)雜的開拓系統(tǒng)，勢(shì)必給礦井排水系統(tǒng)帶來更大的困難，必須依據(jù)礦井的實(shí)際條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選用排水方案。

1.礦井延伸開采及其排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

某礦井目前共有2個(gè)主采水平，其水平標(biāo)高分別為：一水平標(biāo)高-550m，二水平標(biāo)高-750m。為了延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，提高資源利用效率，規(guī)劃延深開采三水平，水平標(biāo)高-970m。由該礦的地質(zhì)報(bào)告可知：礦井的水文地質(zhì)類型為復(fù)雜，煤層底板灰?guī)r含水層和奧灰水對(duì)開采影響較大，必須配置可靠的排水設(shè)備和防災(zāi)設(shè)施。

礦井現(xiàn)有2個(gè)主排水泵站，即-550m和-750m水平主排水泵站。-550m水平涌水直接排至地面，-750m水平采用直排和接力2種排水方式。-550m泵站內(nèi)共安裝有5臺(tái)水泵，1臺(tái)MDS420-96×7型水泵，2臺(tái)PJ200B×8型水泵和2臺(tái)MDS420-96×8型水泵。其中：2臺(tái)工作、2臺(tái)備用、1臺(tái)檢修；排水管路三趟，管路規(guī)格為D273，經(jīng)副井井筒排至地面污水處理站。-750m主排水泵站內(nèi)共安裝6臺(tái)水泵，4臺(tái)MD420-96×10水泵和2臺(tái)MD420-96×3水泵；排水管路3趟，其中兩趟通過鉆孔直接排至地面污水處理站，管路規(guī)格為D325×16；另一趟排至-550m水平水倉。在-750m水平還設(shè)有抗災(zāi)排水泵，共安裝3臺(tái)BQ550-838/22-1900/W-S礦用隔爆型潛水電泵。

2.三水平排水方案及其設(shè)備的選擇[1]

根據(jù)礦井各水平涌水量以及-550m水平和-750m水平已有主排水設(shè)備情況，對(duì)于三水平主排水系統(tǒng)提出了3個(gè)方案。

方案1：在三水平新建一座主排水泵站，礦井涌水由三水平主排水設(shè)備排至采區(qū)輔運(yùn)上山上部車場(chǎng)后，自流至-750m水平水倉，繼而由-750m水平主排水設(shè)備排出。-550m水平主排水系統(tǒng)和-750m水平主排水系統(tǒng)保持原有工作方式不變。

方案2：在三水平新建一座主排水泵站，三水平礦井涌水進(jìn)入水倉后，由三水平主排水設(shè)備排至-550m水平水倉，再由-550m水平主排水設(shè)備排至地面井下水處理站。因?yàn)樵黾恿巳降呐潘浚?550m水平主排水泵站設(shè)計(jì)新增2臺(tái)MD420-96×8型礦用耐磨多級(jí)離心泵，泵房?jī)?nèi)共7臺(tái)水泵。而對(duì)于-750m水平主排水泵站，由于三水平的涌水直接排至-550m水平，-550m水平主排水設(shè)備沒有能力再排出來自-750m水平的涌水，故需要對(duì)-750m水平現(xiàn)有主排水設(shè)備進(jìn)行改造，使其滿足規(guī)程規(guī)范要求。

方案3：在三水平新建一座主排水泵站，三水平涌水由三水平主排水設(shè)備直接排至地面井下水處理站。礦井現(xiàn)有-550m水平主排水系統(tǒng)和-750m水平主排水系統(tǒng)保持不變。

礦井排水系統(tǒng)各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見表1。

表1 礦井排水系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果一覽表

由表1可以看出：方案1較方案2，可比投資少701萬元，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)少184.3萬元；方案1較方案3，可比投資少2005萬元，年運(yùn)營(yíng)費(fèi)少116.8萬元。另外，經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算，方案2中由于三水平主排水泵瞬時(shí)排水能力大于-550m水平主排水泵瞬時(shí)排水能力，三水平最大涌水時(shí)，需要利用水倉進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，這也給礦井排水系統(tǒng)的管路帶來不便。方案3水泵配套電動(dòng)機(jī)功率大，設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱量大、泵房溫度高。

綜上所述，方案1為優(yōu)選方案，即：三水平采用接力排水。在三水平新建一座主排水泵站，站內(nèi)安裝五臺(tái)MDS420-90×3型礦用耐磨多級(jí)離心水泵，配套YB3型隔爆電動(dòng)機(jī)（560kW，6kV，1480r/min）。排水管路選用D426×9無縫鋼管，兩趟。正常涌水時(shí)，2臺(tái)水泵、一趟管路工作；最大涌水時(shí)，4臺(tái)水泵、2趟管路工作。

3.復(fù)雜水文地質(zhì)條件防災(zāi)水泵的設(shè)置

依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》(2018年版)有關(guān)規(guī)定，對(duì)于有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，可以另行增建抗災(zāi)強(qiáng)排水系統(tǒng)[2]。據(jù)此，在三水平主排水泵站附近設(shè)置應(yīng)急強(qiáng)排泵站，配備BQ275-1107/29-1400/W-S型礦用立式潛水電泵4臺(tái)；強(qiáng)排管路沿井下巷道敷設(shè)至-550m水平后，與已有的兩趟-750m水平主排水管路連接，礦井突水時(shí)，由抗災(zāi)排水設(shè)備將井下涌水直排地面。在強(qiáng)排管路上安裝控制閥門，實(shí)現(xiàn)管路間的快速切換，實(shí)施迅速防救災(zāi)，以保礦井安全。

4.結(jié)語

煤炭長(zhǎng)期開采使得礦井開拓系統(tǒng)變得復(fù)雜化，井下排水系統(tǒng)亦隨之而復(fù)雜，需要針對(duì)煤礦實(shí)際情況，結(jié)合礦井已有排水設(shè)備，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，擇優(yōu)選定排水方式，合理配置排水設(shè)備；對(duì)于復(fù)雜水文地質(zhì)條件的礦井，必須配置應(yīng)急防、救災(zāi)排水設(shè)施，并保證其在規(guī)定時(shí)間內(nèi)迅速啟動(dòng)且安全可靠地正常工作，為煤礦安全提供保障。