復雜水文地質條件下礦井排水系統優化設計

（中煤天津設計工程有限責任公司礦山工程院，天津 300120）

0.引言

煤炭作為主要能源，一直被廣泛利用。隨著國民經濟的不斷發展，煤炭的需求量也隨之增大。欲要滿足產量，礦井需要布置更多的生產區域，才能保證礦井正常生產和工作面接續要求；為了延長礦井服務年限，提高資源利用效率，很多煤礦實施延伸開采，礦井開拓系統變得愈發復雜化。煤炭開采過程中大量礦水不斷涌出，安全、可靠、高效的排水系統是礦井安全生產的必要保障。煤炭開采深度的不斷延伸和復雜的開拓系統，勢必給礦井排水系統帶來更大的困難，必須依據礦井的實際條件，通過技術經濟比較，擇優選用排水方案。

1.礦井延伸開采及其排水系統現狀

某礦井目前共有2個主采水平，其水平標高分別為：一水平標高-550m，二水平標高-750m。為了延長礦井服務年限，提高資源利用效率，規劃延深開采三水平，水平標高-970m。由該礦的地質報告可知：礦井的水文地質類型為復雜，煤層底板灰巖含水層和奧灰水對開采影響較大，必須配置可靠的排水設備和防災設施。

礦井現有2個主排水泵站，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泵站內共安裝有5臺水泵，1臺MDS420-96×7型水泵，2臺PJ200B×8型水泵和2臺MDS420-96×8型水泵。其中：2臺工作、2臺備用、1臺檢修；排水管路三趟，管路規格為D273，經副井井筒排至地面污水處理站。-750m主排水泵站內共安裝6臺水泵，4臺MD420-96×10水泵和2臺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，管路規格為D325×16；另一趟排至-550m水平水倉。在-750m水平還設有抗災排水泵，共安裝3臺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備的選擇[1]

根據礦井各水平涌水量以及-550m水平和-750m水平已有主排水設備情況，對于三水平主排水系統提出了3個方案。

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備排至采區輔運上山上部車場后，自流至-750m水平水倉，繼而由-750m水平主排水設備排出。-550m水平主排水系統和-750m水平主排水系統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，三水平礦井涌水進入水倉后，由三水平主排水設備排至-550m水平水倉，再由-550m水平主排水設備排至地面井下水處理站。因為增加了三水平的排水量，-550m水平主排水泵站設計新增2臺MD420-96×8型礦用耐磨多級離心泵，泵房內共7臺水泵。而對于-750m水平主排水泵站，由于三水平的涌水直接排至-550m水平，-550m水平主排水設備沒有能力再排出來自-750m水平的涌水，故需要對-750m水平現有主排水設備進行改造，使其滿足規程規范要求。

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備直接排至地面井下水處理站。礦井現有-550m水平主排水系統和-750m水平主排水系統保持不變。

礦井排水系統各方案技術經濟比較結果見表1。

表1 礦井排水系統技術經濟比較結果一覽表

由表1可以看出：方案1較方案2，可比投資少701萬元，年運營費少184.3萬元；方案1較方案3，可比投資少2005萬元，年運營費少116.8萬元。另外，經過詳細計算，方案2中由于三水平主排水泵瞬時排水能力大于-550m水平主排水泵瞬時排水能力，三水平最大涌水時，需要利用水倉進行水量調節，這也給礦井排水系統的管路帶來不便。方案3水泵配套電動機功率大，設備運行發熱量大、泵房溫度高。

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

3.復雜水文地質條件防災水泵的設置

依據《煤礦防治水細則》(2018年版)有關規定，對于有突水淹井危險的礦井，可以另行增建抗災強排水系統[2]。據此，在三水平主排水泵站附近設置應急強排泵站，配備BQ275-1107/29-1400/W-S型礦用立式潛水電泵4臺；強排管路沿井下巷道敷設至-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，由抗災排水設備將井下涌水直排地面。在強排管路上安裝控制閥門，實現管路間的快速切換，實施迅速防救災，以保礦井安全。

4.結語

煤炭長期開采使得礦井開拓系統變得復雜化，井下排水系統亦隨之而復雜，需要針對煤礦實際情況，結合礦井已有排水設備，經過技術經濟比較后，擇優選定排水方式，合理配置排水設備；對于復雜水文地質條件的礦井，必須配置應急防、救災排水設施，并保證其在規定時間內迅速啟動且安全可靠地正常工作，為煤礦安全提供保障。