中國神華能源股份有限公司布爾臺礦西南采取開采排水設計

李正東++吳東曉

摘 要：隨著我國社會經濟的快速發展，我國的煤炭資源也出現了緊缺的現象。導致當前煤炭的開采過程也更為復雜，并有大量地下水的滲出，為了保證礦井正常、安全的開采，在新盤區開采需提前完善采區給、排水設計，本文則將布爾臺煤礦礦井為例，分析西南區開采時排水設計的規劃方案。

關鍵詞：布臺爾煤礦；西南區排水設計方案；設備選型

中圖分類號：TD325 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0139-02

1 概述

1.1 礦井排水現狀

本礦井采用主斜井、副平硐綜合開拓方式，礦井一、二水平同時開采，整個礦井現設有兩個中央水泵房（即2-2煤副平硐底設置的2-2煤中央水泵房和4-2上煤一盤區輔運大巷處設置的4-2上煤中央水泵房）及兩個盤區水泵房（即二盤區2-2煤水泵房和二盤區4-2上煤水泵房），該礦井的排水系統形式為接力排水，其具體排水路徑為：

一水平2-2煤現裝備兩套綜采，分別布置在一、二盤區，其中一盤區2-2煤工作面涌水的排水路徑為：一盤區2-2煤工作面涌水→局部水倉→2-2煤回風大巷→2-2煤中央水泵房→2-2煤輔運大巷與回風大巷間聯巷→2-2煤回風大巷→回風斜井井筒→地面。本次三盤區1-2上煤位于該礦井一水平，故本次三盤區1-2上煤的排水任務可考慮由該礦井一水平現有排水系統負責。

1.2 現有排水能力校核

礦井三盤區1-2上煤投產時，全礦井裝備三個綜采工作面，分別布置在西南區三盤區1-2上煤及二盤區的2-2煤和4-2上煤層，其工作面接續均為同水平接續。因此，本次三盤區1-2上煤開采考慮利用礦井現有主排水系統進行排水。

該礦井目前設有兩個中央水泵房，其中一水平設有2-2煤中央水泵房，二水平設有4-2上煤中央水泵房，具體設置情況如下：

2-2煤中央水泵房：主斜井井口標高+1170m，泵房標高為+1051m，排水垂高119m，排水管路長度1780m。2-2煤中央水泵房排水設備為MD720-60×3型礦用耐磨離心式排水泵3臺，配有YB2-5002-4型10kV、630kW礦用防爆電動機；泵房出兩趟D377×9主排水管路，沿2-2煤輔運大巷與回風大巷聯巷→2-2煤回風大巷→回風斜井井筒敷設至地面。工作制度為：正常涌水時，泵房內一臺水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h；2-2煤最大涌水時，泵房內兩臺水泵和兩趟主排水管路都開啟，排水能力約為1440m3/h。

4-2上煤中央水泵房：主斜井井口標高+1170m，泵房標高為+1003m，排水垂高167m，排水管路長度2950m。4-2上煤中央水泵房的排水設備為5臺MDA500-57×4型排水設備，配有YB2-4508-4型10kV、500kW防爆電動機。泵房出三趟D377×9主排水管路，沿4-2上煤輔運大巷→輔運大巷與回風大巷聯巷→4-2上煤回風上山→2-2煤回風大巷→回風斜井筒敷設至地面。工作制度為：正常涌水時，泵房內兩臺水泵和兩趟主排水管路同時工作，排水能力約為1000m3/h；最大涌水時，泵房內三臺水泵和三趟管路同時工作，排水能力1500m3/h。

根據礦方提供的《布爾臺煤礦不同時期盤區和礦井涌水量預計》資料可知，該礦井一水平三盤區1-2上煤投產后，全礦井正常涌水量為514m3/h，最大涌水量為696m3/h，其中一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h。

結合該礦井現有主排水設備能力計算可知，現一水平2-2煤中央排水泵也可滿足該礦井三盤區1-2上煤層投產后一水平的排水需求。

2 主排水設備選型

根據《布爾臺煤礦不同時期盤區和礦井涌水量預計》顯示，該礦井三盤區1-2上煤投產后，一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h，經計算現2-2煤中央水泵房可滿足一水平的排水任務，工作制度為：正常涌水時，泵房內一臺水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h；最大涌水時，泵房內一臺水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h。

2.1 排水方案

根據該礦井一水平現有排水系統并結合一水平西南區開采方案及涌水量數據，現擬出以下排水方案。

新建三盤區1-2上煤水泵房負責三盤區1-2上煤排水任務（正常涌水量為194m3/h，最大涌水量為296m3），泵房內安裝三臺MD280-43×5型礦用耐磨離心排水泵，水泵額定流量為280m3/h，揚程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動機；泵房出兩趟D273×7的排水管路，排水垂高16m，排水管路長度7400m，沿三盤區1-2上煤主運大巷→2-2煤南部主運大巷→2-2煤中部回風大巷→二盤區2-2煤水泵房。工作制度為：正常涌水時，泵房內一臺水泵和一趟排水管路同時工作，排水能力約為280m3/h；最大涌水時，泵房內兩臺水泵和兩趟管路同時工作，排水能力560m3/h。根據涌水量數據報告顯示，三盤區1-2上煤投產后，一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h，現二盤區2-2煤水泵房可以滿足一水平二、三盤區的排水任務。

2.2 排水設備選型

2.2.1 設計依據

根據礦方提供的《布爾臺煤礦不同時期盤區和礦井涌水量預計》資料可知，該礦井三盤區1-2上煤投產后， 三盤區1-2上煤正常涌水量194m3/h，最大涌水量296m3/h；

新建三盤區1-2上煤水泵房底板標高：+1000m；

二盤區2-2煤水泵房底板標高：+1021m；

排水路線：三盤區1-2上煤主運大巷→2-2煤南部主運大巷→2-2煤中部回風大巷→二盤區2-2煤水泵房，單趟排水管路長度約為7400m。endprint

2.2.2 水泵選型

根據本礦井正常和最大涌水量數據，并結合目前國內水泵的生產情況，做了以下兩種設備選型方案。

方案一：選用MD280-43×5型礦用臥式離心泵3臺，水泵額定流量為280m3/h，揚程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動機，電機轉速1488r/min。泵房出兩趟D273×7涂塑無縫鋼管。泵房水泵及配套管路工作制度為：正常涌水量時：水泵一臺工作，一臺備用，一臺檢修，一趟管路工作，剩余一趟備用/檢修；最大涌水量時：水泵兩臺工作，一臺備用/檢修，兩趟管路全部工作。

方案二：選用BQ275-230/6-280/W-S型礦用潛水電泵3臺，水泵額定流量為275m3/h，揚程230m，配防爆電動機280kW、電壓等級10kV，電機轉速1488r/min。泵房出兩趟D273×7涂塑無縫鋼管。泵房水泵及配套管路工作制度為：正常涌水量時：水泵一臺工作，一臺備用，一臺檢修，一趟管路工作，剩余一趟備用/檢修；最大涌水量時：水泵兩臺工作，一臺備用/檢修，兩趟管路全部工作。排水設備選型方案比較見表7-3-2。

兩個方案經綜合技術經濟比較，方案一和方案二的水泵均具有汽蝕性能好，運行平穩可靠的優點，均可滿足礦井排水需要，但方案二硐室施工難度大、投資費用高且存在設備檢修難度大等問題，故設計推薦采用方案一。

2.3 推薦方案的選型計算

（1）排水設備能力。

排水量：QB=1.2×194=232.8m3/h

根據《給排水工程快速設計手冊》修正計算可知：

當流量為280.8m3/h、管路公稱管徑為250mm（壁厚為7mm時）時，流速為1.56m/s，水力坡度為i=0.016。

則水泵必須的楊程為

HB=L×i+HC=7400×0.016×1.1+21+5=156.24m

式中：

HB--------水泵的必須揚程m；

L----------單趟管路的長度m；

i----------水力坡度i=0.016；

HC----------測地高度m。

（2）水泵運行工況點。

水泵運行工況點參數表，見表1。

（3）電動機容量的計算。

新管N=

舊管N=

故，水泵電機選取YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動機。

（4）校驗水泵的穩定性。

滿足0.9H0>HB條件

式中：H0---DIU零流量時的揚程

代入得：0.9×215=193.5>HB=156.24m

可見滿足要求

（5）排水管路壁厚的計算。

排水管路選擇為無縫鋼管，D273排水管路按2.5MPa計算，管路計算壁厚為5.8mm，設計選擇管路壁厚為7.0mm。

因此，此泵房安裝兩趟D273×7涂塑無縫鋼管。

（6）排水能力的核校驗。

舊管：正常涌水時 開1臺泵T=24×194/278.0=16.75（h）

最大涌水時 開2臺泵T=24×296/278.0/2=12.78（h）

（7）電耗的計算。

年電耗

E=

噸水百米電耗

2.4 排水管路的選擇

《煤礦安全規程》規定：主要排水設備必須有工作和備用的管路，其中工作管路的能力應能配合工作水泵在20小時排出礦井24小時的正常涌水量。工作和備用管路的總能力，應能配合工作和備用水泵在20小時內排出24小時的最大涌水量。

故三盤區1-2上煤水泵房內選用兩趟D273×7涂塑無縫鋼管，工作制度為一用一備，設計管道連接均采用法蘭連接。

參考文獻

[1]《布爾臺礦煤田勘探報告》.

[2]《煤礦安全規程》專家解讀井工部分——中國礦業大學出版社發行.

[3]《布爾臺煤礦西南區開采初步設計》.

[4]《煤炭工業給水排水設計規范》.endprint