礦井主排水系統擴容設計

朱 元

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

礦井排水系統改造后，系統復雜，管理不便，針對該種情況，本文提出測量管路流量、控制管路流向，從而有效地串聯各排水系統與水處理系統，為礦井排水系統管理提供便利。

1 礦井現有正常排水系統

一號排水系統能夠滿足正常涌水量800 m3/h，最大涌水量1 200 m3/h的排水需要。一號主排水泵房配備5臺MD720-60×10(p)自平衡型礦用耐磨多級離心泵，每臺水泵配置YB3型隔爆電動機一臺，功率為1 800 kW，電壓為10 kV，同步轉速1 500 r/min。正常涌水量時2臺工作，2臺備用，1臺檢修；最大涌水量時3臺工作。排水管路為φ325 mm×15(8)mm無縫鋼管。

401盤區排水系統能夠滿足正常涌水量500 m3/h，最大涌水量800 m3/h的排水需要。401盤區排水泵房內安裝5臺MD450-60×2型礦用耐磨多級離心式水泵，每臺水泵配置YB2型隔爆電動機一臺，功率250 kW，電壓10 kV，同步轉速1 500 r/min。排水管路為3趟φ273 mm×7 mm無縫鋼管。

403盤區排水系統能夠滿足正常涌水量1 500 m3/h，最大涌水量2 000 m3/h的排水需要。403盤區排水泵房內安裝8臺MD720-60×4(P)型礦用耐磨自平衡多級離心泵。每臺水泵配置YB3型隔爆電動機一臺，功率800 kW，電壓10 kV，同步轉速為1 500 r/min。排石管路為5趟φ377 mm×9 mm無縫鋼管。

2 礦井主排水系統改造

依據礦井最新地質資料、礦井實際涌水量情況和考慮礦井災害類型的復雜多變及長遠發展，礦井正常涌水量為2 000 m3/h，礦井最大涌水量為2 800 m3/h。現有一號主排水系統無法滿足礦井涌水量排水需要，需對現有一號主排水系統進行改造。考慮到礦井為生產礦井，一號主排水泵房和一號主變電所附近沒有多余空間進行擴建，經綜合分析，在井底車場附近新建二號主排水系統。

2.1 二號主排水系統平面布置方案

二號主排水系統主要硐室有二號主排水泵房、二號水泵房配電室、二號水倉和二號排水管路通道。二號水泵房排水管路沿排水鉆孔敷設至地面。根據排水鉆孔位置及主排水系統硐室位置，對二號排水系統硐室位置提出以下2個方案。

2.1.1 方案一

為方便對加載過程中裂縫及應變等數據的采集，本文未對梁底進行砂漿防護等后期處理。在實際橋梁加固中，為加強錨固效果和確保鋼絲繩在工作環境下的耐久性，須對端部及底部澆注砂漿進行保護。端部砂漿采用強度高、硬化快的環氧樹脂砂漿；底部防護砂漿采用聚合物砂漿，具有較好的延性，不易出現橫向裂縫。在砂漿完成以后，涂刷與梁體顏色協調的防水涂料，以達到耐久性要求和美觀效果。

鉆孔位置位于工業場地西側，綜合樓東側，該位置標高約+870.0 m。二號主排水系統包含水泵房、配電室、水倉、管路通道等硐室。

鉆孔位置位于井底車場北部，硐室應靠近鉆孔布置。二號水泵房位于直排鉆孔的北側，二號水泵房配電室位于直排鉆孔的南側；二號水泵房和二號水泵房配電室通過2條聯絡通道與井底車場連通。排水管路沿著管路通道排水鉆孔敷設至地面。二號水倉布置在煤層頂板的穩定巖層中，位于超磁水處理硐室北部附近，由2個水倉環組成，長度1 000 m，位于井底車場的北側。

2.1.2 方案二

鉆孔位置位于工業場地西側，綜合樓東側，該位置標高約+870.0 m。二號主排水系統包含水泵房、配電室、水倉、管路通道等硐室。

鉆孔位置位于井底車場北部，硐室應靠近鉆孔布置。二號水泵房與配電室聯合布置，位于井底車場北部，水泵房和配電室通過2條聯絡通道與井底車場相連接。排水管路沿著管路通道排水鉆孔敷設至地面。二號水倉布置在煤層頂板的穩定巖層中，位于井下主水倉的東側，標高為+330 m。由3個水倉環組成，長度990 m，與井下主水倉共用清挖設備。

2.1.3 方案比選

以上2個方案中各硐室位置布置優缺點及經濟對比，詳見表1。

表1 各方案優缺點及經濟對比Table 1 Advantages and disadvantages and economic comparison of each scheme

從表1可以看出，方案一雖比方案二巷道工程量大，投資較多，但方案一優化排水系統方案，施工期間不影響原排水系統正常使用，不占用井底車場巷道斷面。經綜合分析后，推薦方案一。

2.2 二號主排水系統排水設備選型方案

系統正常涌水量為1 200 m3/h，最大涌水量為1 600 m3/h，排水垂高為542.3 m，排水距離800 m。2個主排水系統排水垂高和排水距離等條件基本相似，為減少不同類別備品備件，便于管理，二號主排水泵房排水設備選型應與主排水泵房排水設備接近。設計二號主排水泵房水泵選用MD720-60×10型礦用耐磨多級離心泵，對水泵單泵單管運行和2臺水泵并聯運行，2種方案進行比較后確定。

2.2.1 方案一：2臺水泵對應單管運行

水泵選用8臺MD720-60×10型礦用耐磨多級離心水泵，每臺水泵選配YB3型隔爆電動機，功率1 800 kW，電壓10 kV，轉速1 480 r/min；正常涌水量時4臺水泵工作，3臺備用，1臺檢修；最大涌水量時6臺水泵同時工作；排水管路選用3趟φ508 mm×24 mm無縫鋼管，每2臺水泵對應1趟排水管路運行。

2.2.2 方案二：單臺水泵對應單管運行

水泵選用7臺MD720-60×10型礦用耐磨多級離心水泵，每臺水泵選配YB3型隔爆電動機，功率1 800 kW，電壓10 kV，轉速1 480 r/min；正常涌水量時3臺水泵工作，3臺備用，1臺檢修；最大涌水量時4臺水泵同時工作；排水管路選用4趟φ377 mm×18 mm無縫鋼管，每臺水泵對應1趟排水管路運行。

2.2.3 方案比選

根據以上各方案選型配置，對這2種排水設備方案參數進行綜合比較，詳見表2。

表2 排水設備選型方案綜合比較Table 2 Comprehensive comparison of drainage equipment selection schemes

由表2可得出，2個方案均能夠滿足礦井排水需要，方案一比方案二雖然設備及管材費用多128萬元，但礦建投資少360.3萬元，同時方案一設備排水能力富裕量大，可應對未來多種可能；并且方案一排水管路趟數與排水鉆孔個數較少，便于管理。經綜合分析后，推薦方案一。

3 串聯多個排水系統的智能化設計

排水系統改造后，礦井排水系統由位于401盤區巷道中部401盤區排水系統、位于403盤區巷道中部403盤區排水系統、位于井底車場附近一號主排水系統和二號主排系統組成；礦井水處理系統由處理能力為1 400 m3/h的井下超磁水處理系統和處理能力為600 m3/h的地面水處理系統組成。

401盤區排水系統有5臺水泵3趟排水管路；403盤區排水系統有8臺水泵5趟排水管路；主排水系統有5臺水泵3趟排水管路；二號主排水系統有8臺水泵3趟排水管路。每套排水系統均按照自動化排水系統進行設計。

每個水泵房都可以獨立實現自動化排水系統，當水倉水位到達設定值時，就會啟動相應水泵臺數，但每個水泵房無法實現聯動。本次設計給401盤區3趟排水管路和403盤區5趟排水管路末端采用等徑三通分流，并在每個支管上安裝電動閘閥和流量計，如圖1所示。在超磁水處理硐室中4趟排水管路末端采用等徑三通分流，并在每個支管上安裝電動閘閥和流量計。

將管路流量數據輸送至中樞系統，經中樞系統處理后反饋至電動閘閥執行機構來調節各管路流量。礦井正常涌水量時排水系統控制系統如圖2所示，最大涌水量時同理。

圖2 礦井正常涌水量時排水系統控制系統Fig.2 Control system of drainage system under normal water inflow

4 結語

針對水文地質復雜型生產礦井，應有針對性、合理地設計排水系統，排水設備選型，管路敷設方式及各相互系統如何配合等內容合理選擇，從而節約投資。同時從智能化排水系統看，自動化排水系統在煤礦系統中已得到實際應用，通過采用檢測管路流量、控制管路流速及排水方向等有效手段，合理地串聯各排水系統與礦井水處理系統，為實現礦井智能化排水系統提供可能，同時有效地推進礦井智能化排水系統的研發。