礦井排水系統優化運行的控制系統設計分析

孔凡鵬 楊恭利 李亮

摘 要：礦井水害作為影響礦井安全運行的五大災害之一，對礦井運行的安全性有重要影響。隨著礦井生產能力、開采范圍等變化，礦井排水系統需進行針對性的優化，從而更好滿足礦井安全排水的需要。本文將某礦井排水系統作為研究對象，分析了礦井排水系統優化的必要性，并從幾個方面對礦井排水系統進行了針對性優化，從工程應用實際表明，優化方案取得了較好的實踐效果。

關鍵詞：礦井排水系統；優化運行；控制系統；設計；分析

某礦設計生產能力為1.2Mt/a，立井開拓，主要開采3#、5#煤層。根據地質報告，礦井總體的水文地質條件相對簡單，煤層的頂板、底板均為弱富含水層，礦井正常涌水量為480m3/h，最大涌水量為610m3/h。

1、礦井排水系統優化的必要性

1.1礦井泵房和水倉連接通道優化的必要性

在本礦井設計的過程中，根據《煤礦安全規程》中的相關規定，設計采用礦井泵房配水吸水立井，但是從該礦井實際運行的情況來看，若礦井出現了突水事故，隨著水頭高度的不斷提升，當其超過了泵房地面高度后，要想實現通過閘門來控制整個水泵的排水量和閘閥配水量之間的達到相互匹配的效果是非常困難的，在這種情況下，若不對其進行優化，會出現兩種情況，（1）泵房出現了配水過多的問題，導致礦井泵房出現進水；（2）泵房出現配水不足的問題，導致水泵連續排水功能受到限制，整體的操作性能較差。因此，針對這種情況，應當對該礦井的泵房和水倉連接通道進行針對性的優化設計。

1.2礦井排水系統排水能力不能滿足礦井排水工作的實際需求

在本礦井試生產的過程中，在回采工作面開采到68m時，礦井涌水量出現了明顯的增加，從50m3/h迅速增加到了300m3/h，同時，隨著工作面的不斷向前推進，礦井總體的涌水量出現了更為明顯的增加，最大涌水量達到了700m3/h，已經明顯超過礦井系統設計生產能力，導致礦井出現了停產，嚴重影響到礦井生產的連續性與安全性。

2、礦井排水系統優化方案設計

2.1針對礦井泵房和水倉連接通道優化設計方案

為了確保礦井泵房和水倉在實際使用的過程中，能夠滿足礦井水害的有效排出，需對礦井泵房和水倉的連接通道進行針對性的優化。考慮到礦井當前泵房和水倉的實際情況，對水倉與泵房之間的通道的具體聯通方式進行了優化，將配水井的聯通方式設計為斜巷聯通，同時，在巷道中設計密閉門，若礦井出現了突水情況，可以將水倉和泵房之間的連接完全隔離。

通過上述方式對泵房和水倉之間的連接方式進行重新設計，在較多方面表現出明顯的優勢，整個礦井排水系統相對于先前在合理性、科學性方面有了較大的提升。

（1）巷道總體的布置方面更為簡單，在具體施工時也更加容易進行。

（2）在礦井正常運行條件下，礦井的水倉和泵房之間的連接通道處于常閉的狀態，若一旦礦井出現了水災，在相互配件的共同作用下，整個泵房能夠保持安全運行，從而確保了礦井排水系統的正常工作，整體的可操作性非常強。

（3）礦井水倉和泵房之間連接的密閉門處于常閉的情況，整個礦井的中央變電所、泵房的地面和井底車場的底板基本上處于同一標高，對于部分稍高的位置，可以設計增加門檻的方式來實現對水的有效阻隔，也就是說，一旦礦井出現了水害，在不需要技術人員進行操作的前提下，若水體在門檻的高度之下，本礦井的泵房就不會出現進水的情況，也就是構筑了堅實的第一道防線，同時，在本次設計中，將門檻的高度設計為0.5m，這對于整個礦井抗災能力的提升是較為明顯的。同時，隨著原有設計中0.5m高度的降低，泵房在進行施工時，整個施工過程更為簡單，水倉的標高也實現了下降，水倉的有效容積也實現了增加。在該種設計條件下，水倉和其他巷道之間的交叉施工問題也得到了較好的解決。

2.2礦井排水系統優化設計方案

在本礦井出現了涌水量明顯增加而導致礦井停產之后，對工作面的頂板與底板進行了物探，根據得到的勘探結果可發現，煤層底板的寒武系灰巖水帶在礦壓和水壓的共同作用下，導致底板出現了灰巖水突水，從而導致礦井涌水量明顯增加，針對這種情況，雖然進行了注漿堵水，且進行了底板加固，但是從處理效果來看，并沒有取得明顯的效果，因此，需要對整個礦井的礦井排水系統進行針對性的優化設計。

（1）對布置情況進行了優化

首先是排水管路接入到礦井主井方案設計。排水管道只能布置在主井中，但是對管子如何進入到主井中，需進行設計，本次設計了兩個方案：

方案1，管子道從清理撒煤硐室與箕斗裝載硐室之間開口接入；

方案2：排水管子從-600m的水平進風石門中進入；

對比兩個方案，可以得到方案2的主要優點主要表現在：其在主井井壁上不需要進行重新開口，較好的保證了整個井壁的完整性，但由于-600m水平進風石門在主井井筒的聯接點較高，與主井底高差約62m，而泵房、變電所又不宜離主井太遠，致使管子道的角度達45～60°，不能鋪設軌道，這對于施工來講是非常不利的，整體的工程量也非常大，所以，在進行具體優化時，本次應當選擇方案1。

（2）礦井排水系統總體布置方案優化設計

根據礦井排水系統中管子道、變電所、泵房等具體的位置關系，設計了2個優化方案：

方案1：水倉入口選在現有水倉清倉絞車硐室處，內外水倉平行布置，與現有水倉成對稱形式；泵房布置在主井南側，與石門平行布置，與主井中心相距42.5m，泵房通道接入主井施工臨時繞道；變電所位于泵房北端，與泵房成135°，通道接入乘人車場；管子道從主井北側接入。

方案2：將礦井排水系統中水倉的入口位置設置在原清理撒煤硐室通道的交岔點的位置，將礦井排水系統的內水倉全部布置在砂巖當中，外水倉則需要穿過一段泥巖，水倉的多數需要布置在兩層不同的砂巖當中，礦井的泵房設計在礦井主井的北側，同時，在泵房的南側布設礦井變電所，整個通道直接進入到礦井的臨時入車繞道中，管子道在進行布設時，仍舊從主井北側進行接入。

對比方案1、2，且根據礦井水倉當前的使用情況，若將礦井水倉設計到砂質泥巖、泥巖當中，將會給水倉的安全使用帶來較大的隱患，整體的維護難度也會明顯增加，相對的費用也較高。綜合考慮上述兩個方案，決定選擇方案2作為本次優化設計的方案，這里主要考慮到需要確保礦井水倉的頂板和底板均留設有厚度超過1m的砂巖，同時將水倉的入口通道設計在垂直于石門的方向，與礦井主井中心的相距的距離為55m。內水倉在進行布置時，全部布置在砂巖層中，外水倉在進行布置時，首先穿過砂質泥巖層，約68m布置在28m寬的砂巖層中，再從33m寬的砂質泥巖穿回，同內水倉平行布置，接入吸水井。

除了對上述地點進行優化之外，在本次優化時還對礦井的排水系統的水分入口通道及泵房通道接入等位置進行了針對性的優化，取得了較好的優化效果。

3、結束語

通過在本礦井的排水系統中，采取上述針對性的優化設計方案，從礦井排水系統后期的實際運行情況來看，總體取得了非常好的排水效果，較好滿足了礦井排水工作的實際需求，保證了礦井生產的安全性。

參考文獻：

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