矿井采区排水系统方案设计

　　根据某矿14采区的实际涌水情况，并结合原有矿井生产系统，对14采区排水系统等进行了多方案设计，分别探讨了各方案的排水设备、管路的选型和设计，最后从经济方面进行了方案比选，确定了较优的排水方案，从而满足了矿井安全生产的需要。

　　关键词:矿井;排水系统;方案设计

　　1工程概述

　　某矿14采区设计生产能力为4．0Mt/a，采用进风斜井、行人斜井、回风斜井开拓方式。井口标高均为+1325．0m，14采区进风斜井、14采区回风斜井井底标高均为+950．0m，14采区行人斜井井底标高为+1225．0m。根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》(GB12719—1991)及《煤、泥炭地质勘探规范》(DZ/T0215)中的规定，补勘区全区评价应以富水性中等为主，局部偏简单，故水文地质勘查类型确定为二类一～二型，即以裂隙充水含水层为主的水文地质条件简单～中等的矿床，浅部地段水文地质条件中等，深部地段水文地质条件简单。根据《煤矿防治水规定》第十一条规定，将补勘区水文地质类型划分为复杂类型。

　　2排水系统方案设计

　　根据矿井改扩建后的开拓布置情况，设计对14采区排水系统直排方式和转排方式进行了技术经济比较［1－4］。

　　2．1转排排水系统方案

　　14采区涌水由+950排水泵房→管子道→联络斜巷，之后经+1050m运输大巷自流至+1050m水仓。再由11采区+1050m水平排水系统排至11采区工业场地地面。经校核，现有主排水系统排水能力为:正常涌水时旧管水泵的工作时间为33．01h，大于20h，排水能力不能满足转排要求，需对现有主排水系统进行增容改造。为了不影响生产，在11采区+1050m水平主排水泵房附近新建排水泵房。为了减少投资，11采区+1050m水平主排水泵房附近新建排水泵房的水仓与11采区+1050m水平主排水泵房水仓连通，新建排水泵房与至11采区+1050m水平主排水泵房排水设备统筹运行。2．1．114采区+950m排水泵房至11采区+1050m水平主排水泵房附近新建排水泵房的排水系统设计依据及设备选型①设计依据:14采区排水正常涌水量为332m3/h，最大涌水量为498m3/h(考虑灌浆析出水量12m3/h后分别为:正常涌水量344m3/h，最大涌水量510m3/h)。考虑富裕水头后排水总垂高118m，斜长900m，倾角0°～8°。②设备选型:14采区+950m排水泵房至11采区+1050m水平主排水泵房附近新建排水泵房的排水设备选用3台MD580－60×2型矿用耐磨离心式排水泵，配10kV、280kW矿用防爆型电动机，正常涌水期1台工作，1台备用，1台检修。最大涌水期2台工作，1台检修。排水管路选用2趟D377×9型内外涂环氧树脂复合钢管(基材为20号无缝钢管)。正常涌水期1趟工作，最大涌水期2趟工作。2．1．211采区+1050m水平主排水泵房附近新建排水泵房至11采区工业场地的排水系统设计依据及设备选型①设计依据。副斜井地面标高为:+1357．5m，高差为307．5m，排水总垂高318m(已考虑地面水处理10m扬程)，斜长945m，倾角19°。14采区涌水量转排至11采区+1050m水平水仓后，考虑灌浆析出水量12m3/h后，总涌水量发生变化，正常涌水量为819m3/h，最大涌水量为1282m3/h。②设备选型。现有主排水设备为3台MD580－60×6型矿用耐磨离心式排水泵，每台水泵配10kV、800kW矿用防爆型电动机，正常涌水期1台工作、1台备用、1台检修。最大涌水期2台工作，1台检修。现有排水管路选用2趟D377×10内外涂环氧树脂复合钢管(基材为20号无缝钢管)，分段选择壁厚。正常涌水期1趟工作，最大涌水期2趟工作。结合现有主排水系统能力，须在11采区主排水设备在现有设备基础上，需新增2台MD580－60×6型矿用耐磨离心式排水泵。每台水泵配10kV、900kW矿用防爆型电动机。统筹运行后，正常涌水期2台工作、2台备用、1台检修。最大涌水期3台工作。另外，根据水泵工况运行曲线，经计算，水泵最大轴功率为762．5kW，考虑1．1的富余系数，即水泵电机容量应大于855．8kW，则原有电机800kW不符合规范要求，故要求将原有水泵的电机均改为10kV、900kW矿用防爆型电动机。新增1趟D377×10内外涂环氧树脂复合钢管(基材为20号无缝钢管)，分段选择壁厚。统筹运行后，正常涌水期2趟工作，最大涌水期3趟工作。排水管路由主排水泵房→管子道→副斜井井筒敷设至地面→水处理站。

　　2．2直排排水系统方案一

　　设计在14采区进风斜井井底设置+950m排水系统，涌水经14采区进风斜井排出地面。①设计依据。排水长度:1283m;倾角:17°;高差:375m，考虑地面水处理10m扬程后，排水垂高为385m。14采区排水正常涌水量为332m3/h，最大涌水量为498m3/h(考虑灌浆析出水量12m3/h后分别为:正常涌水量344m3/h，最大涌水量510m3/h)。②设备选型。经计算，14采区+950m水平主排水设备选用3台MD580－60×7型矿用耐磨离心式排水泵，每台水泵配YB3型、10kV、1000kW矿用防爆型电动机，正常涌水期1台工作、1台备用、1台检修。最大涌水期2台工作、1台检修。排水管路选用2趟D377×10型内外涂环氧树脂复合钢管(基材为20号无缝钢管)，分段选择壁厚;正常涌水期1趟工作，最大涌水期2趟工作。

　　2．3直排排水系统方案二

　　设计在14采区进风斜井井底设置+950m排水系统，涌水经14采区进风斜井排出地面。此方案考虑管路出地面后至11采区工业场地水处理站的管路排水垂高及扬程损失。①设计依据。排水长度:7100m(含地面排水长度5700m);倾角:17°;高差:445m，考虑地面水处理10m扬程后，排水垂高为455m。14采区排水正常涌水量为332m3/h，最大涌水量为498m3/h(考虑灌浆析出水量12m3/h后分别为:正常涌水量344m3/h，最大涌水量510m3/h)。②设备选型。经计算，14采区+950m水平主排水设备选用3台MDS580－60×9型矿用耐磨离心式排水泵，每台水泵配YB3型、10kV、1250kW矿用防爆型电动机，正常涌水期1台工作、1台备用、1台检修。最大涌水期2台工作、1台检修。排水管路选用2趟D377×12型内外涂环氧树脂复合钢管(基材为20号无缝钢管)，分段选择壁厚;正常涌水期1趟工作，最大涌水期2趟工作。

　　3转排与直排方案比较

　　关于转排方案，该方案具有矿井水排放集中，便于处理和综合利用等优点，但是其涌水须转排，排水环节多，管路敷设距离长，沿程损失大;设备与矿建投资较高，电耗高，综合运行费用高，且地面水处理系统须扩建。关于直排方案1，该方案涌水无须转排，排水环节少，管路敷设距离短，沿程损失小，电耗低，综合运行费用低，但该方案需在14采区地面新建矿井水处理系统或地面输水系统，管理分散。关于直排方案2，该方案相对于直排方案1，可减少在14采区地面新建矿井水处理系统的相关投资，但其年电耗高，年电费及运营费增加，管路投资也相对增加，且长距离排水对水泵及管路磨损严重。方案投资对比如表1所示:4结论通过上述设计和方案比选，确定采用直排方案1，方案1具有总投资少、日常维护费用低的优点，通过加强现场管理的方式，保证了某矿14采区的矿井水及时排出，满足了矿井安全生产的要求。

　　参考文献:

　　［1］于励民，仵自连．矿山固定设备选型使用手册(下册)［M］．北京:煤炭工业出版社，2007．

　　［2］GBT50451－2017，煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范［S］．

　　［3］GB50215－2015，煤矿工业矿井设计规范［S］．

　　［4］国家煤矿安全监察局．煤矿防治水细则［S］．北京:煤炭工业出版社，2018．

　　作者：韩玲莉