文家坡礦井建設初期排水設備能力綜合分析研究

賈亮茹

陜西彬長礦業集團有限公司煤化工分公司，陜西咸陽 713500

1 工程概況

文家坡礦為陜西彬長礦業集團煤化工項目的配套供煤礦井，井田東西寬10.22km，南北長10.81km，面積87.39km2。井田內資源儲量762.45Mt，可采儲量424.08Mt，設計產能為4.0Mt/a，服務年限90.7年。礦井采用單水平立井開拓，布置有主、副井及風井，設計井深分別為709.907m、679.7m和752.2m，井筒凈徑分別為6.5m、 8.5m和7.0m，三條井筒均采用普通鑿井法施工。其中，主井和副井位于工業場地內，回風井距主副井2km，井口標高分別為+1189.45m、+1189.35m和+1181.45m。

2010年12月1日、10月18日、12月23日主、副、回風立井成功落底，需要正確預測礦井涌水量，確定文家坡礦井建設初期排水設備能力，保證平巷施工階段順利進行。

2 水文地質條件

文家坡礦井主采4#煤，埋深較大，距第四系300m以上，且有厚約71m～113.5m的第三系紅土隔水層段，隔水性強，為井田松散巖類與基巖含水層之間的穩定隔水層。因此第四系水對4#煤開采的影響不予考慮。

第三系砂卵礫孔隙潛水含水層段，與基巖直接接觸，形成聯合式蓄水構造，使水力性質和補、徑、排關系趨于多樣化。在采動條件下，煤層頂板導水裂縫帶有可能達到第三系底部，但由于距離較遠，根據抽水試驗資料顯示，第三系底部多為粘土富水性差，因此第三系的地下水對礦井生產影響不大。

圖1 4#煤層開采頂板導水裂縫帶發育高度與主要含水層關系示意圖

據4#煤層開采頂板導水裂縫帶發育高度與主要含水層關系示意圖（圖1）可知：4#煤層頂板直接揭露延安組含水層，礦井開拓時，延安組含水層隨頂板垮落直接進入井下，成為4#煤層開采的直接充水水源，而直羅組底部含水層和延安組含水層有水力聯系，也會隨著頂板垮落涌入井下。白堊系含水層距4#煤層為157.4m，遠大于導水裂縫帶發育高度，在煤層未開采情況下，與下伏侏羅系地層無水力聯系。但隨著礦井的開拓，導水裂縫帶的形成和擴展，白堊系洛河組承壓含水層中的地下水亦可能在局部地段導水裂縫帶進入井巷系統，則該含水層將會成為礦井的主要充水水源之一。

綜上所述，侏羅系延安組煤系裂隙含水層及直羅組底部含水層，巖性組合多為砂巖、泥巖互層，它是4#煤開采的直接充水水源。但由于其富水性總體微弱，含水量有限且徑流條件差，對礦井威脅不大。白堊系洛河宜君組含水層為潛在的間接充水水源。

3 三條井筒施工過程中涌水量變化情況

三條井筒在施工過程中涌水量隨著井深的增加，涌水量也在不斷的增加，其中主井最大涌水量曾達到80.96m3/h，井筒累計深度為396.7m，副井最大涌水量曾達到92.7m3/h，井筒累計深度為413.7m。風井最大涌水量曾達到115m3/h，井筒累計深度為383.3m。主、副、風井井筒落底后，涌水量分別為45.79m3/h、8.39m3/h、49.41m3/h。平巷內目前未見明顯出水點。

4 礦井涌水量預計

4.1 礦井涌水量

根據礦井初步開拓方案以及礦床水文地質條件，所確定的涌水量計算范圍包括41采區礦井正常涌水量及最大涌水量。

41盤區礦井正常涌水量：186.5m3/h

41盤區最大涌水量：242.45m3/h（正常涌水量的1.3倍）

4.2 排水系統

礦井初期時采用三臺水泵兩趟管路排水系統，在主排水泵房內安裝三臺MD650-80×10型耐磨多級離心式水泵，礦井正常涌水量時，水泵為一臺工作，一臺備用，一臺檢修；每臺水泵選配YB800M2-4型隔爆電動機1臺，功率2240kW，電壓10kV，同步轉速1500r/min，效率96%。礦井最大涌水量時，水泵兩臺同時工作。

5 井下排水設備（水泵）排水能力評價

根據《煤礦安全規程》規定：必須用工作、備用、檢修三套水泵；必須有工作和備用的兩套水管。其中工作水泵和工作水管的能力，應能在20小時內排出礦井24小時的正常涌水量。并且工作和備用水泵及水管的總能力，應能在20小時內排出礦井24小時的最大涌水量。

1）工作水泵、工作水管在礦井正常涌水時的排水時間：

由上述計算知，工作水泵、工作水管數滿足《煤礦安全規程》要求。

2）工作和備用水泵、工作和備用水管在礦井最大涌水時的排水時間：

n2=0.7n1=0.7×0.0.344=0.24（臺），取備用水泵1臺；

n3=0.25n1=0.25×0.344=0.086（臺）取檢修水泵1臺。

4）排水管徑的確定：

Q管—工作泵的額定流量，m3/h；

D排—計算排水管的內徑，m；

V排—管徑內水的流速，一般取1.5m/s～2m/s。

由上述計算知，水泵、水管數量、排水管徑滿足《煤礦安全規程》要求。滿足文家坡煤礦水泵、水管數量能滿足礦井排水需求，符合上述規程規定，并具備一定的防災抗災排水能力。

[1]陜西省煤田地質局一八六隊.文家坡區勘探地質報告[R]，2007.

[2]錢學溥.娘子關泉水流量幾種回歸分析的比較[J].工程勘察，1983(4).