賈郭礦排水系統改造方案比選

＊曹 亮

（山西汾西礦業集團機電管理部 山西 032000）

1.礦井的基本情況

賈郭煤礦是兼并重組整合煤礦，由原山西新業煤業有限公司（整合后措施井）、原山西新益煤業有限公司、原山西窯巖煤業有限公司及國有資源空白區整合而成，井田面積19.9873km2，保有儲量18645萬噸，可采儲量9009.6萬噸，服務年限35.7年，可采煤層6層，分別是1、3、7下、9+10、10下、11號煤層，其中1、3、7下號煤層為局部可采煤層，9+10、10下、11號煤層全區可采煤層。

礦井水文地質類型為中等，主要水害類型為山西組、太原組的砂巖、灰巖含水層水，雖均為富水性較弱的含水層，但因井田西部有山西組地層及太原組灰巖露頭，而且露頭區穿越王陶河、王鳳河和后溝河河道下方，受河流滲漏補給較為嚴重，導致礦井涌水量在降大暴雨后急速增大，對礦井安全生產造成較大威脅。另外，經地面物探和交換圖紙調查，3號煤回采工作面上覆存在1、2號煤層老空積水面積1125823m2，積水量為236380m3，基建后期及聯合試運轉期間，也是主要水害威脅，詳見表1及圖1、圖2。

圖1 井田北部1、2號煤層采空積水區分布示意圖

表1 井田內采（古）空區積水量估算表

圖2 井田南部1、2號煤層采空積水區分布示意圖

2.礦井涌水量分析

(1)基本建設及聯合試運轉期間涌水量分析

賈郭煤礦近3年主要圍繞基本建設及聯合試運轉開展各項工作，礦井涌水水源主要是：太原組灰巖水和布置上組煤工作面及回采期間的老空積水，局部地點還會涉及山西組砂巖水和雨季期間的地表水。

①礦井開拓大巷涌水量分析。賈郭煤礦從2011年開始基本建設，隨著井下巷道延伸不斷揭露新的出水點，礦井涌水量在逐年增大，截止2021年底已達250m3/h左右，且經歷兩輪強降雨后，礦井總涌水量達到405m3/h，根據礦井含水層分布情況及構造發育情況預測，隨著礦井二期巷道不斷向低處延伸，還會陸續揭露新的出水點，預計涌水量還會進一步增大。

②回采巷道及回采期間涌水量分析。A.上組煤：上組煤回采工作面掘進巷道及回采過程中主要受頂板方向1、2號煤層采空積水影響，其次可能因（含）導水構造、陷落柱等導通上部K8砂巖水及下部太原組灰巖水導致涌水量增大，預計涌水量50～200m3/h。B.下組煤：下組煤掘進巷道過程中主要受頂板K2灰巖含水層水影響，結合我礦已施工區域施工資料及相鄰礦井交換涌水量信息推斷，隨著掘進工作面不斷靠近灰巖露頭區域，還會揭露新涌水點。

另外，2021年雨季強降雨天氣導致礦井涌水量明顯增大，說明我礦太灰水富含水性受大氣降水、地表水影響較大，且補給充沛，導致進入雨季后水量異常增大，綜合分析，考慮災害性天氣因素，預計涌水量最大可達400～500m3/h之間。

綜上分析，未來三年采掘過程中礦井正常涌水量會逐步增加，但是考慮灰巖含水層在基建期間不斷疏放，涌水量的增加量不會有太過明顯的增大，但是受災害性降雨的影響，最大涌水量預計增加比較明顯，建議按照最大涌水量700m3/h左右考慮排水系統的改造。

(2)涌水量數據調整

①已批復水文地質類型劃分報告的涌水量預測數據。依據2020年8月山西省第三地質工程勘察院編制的《山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦礦井水文地質類型報告》及山西焦煤地函〔2020〕470號《關于山焦汾西賈郭煤礦水文地質類型報告的批復》，礦井水文地質條件為中等。賈郭煤礦生產能力達到180萬噸/年時，預計山西組1號、3號煤層礦井正常涌水62.19m3/h，礦井最大涌水量96.00m3/h；預算太原組7下、9+10、10下、11號煤層礦井正常涌水量187.56m3/h，礦井最大涌水量241.83m3/h。

②預測涌水量數據修正。因《山西汾西礦業集團正新煤焦有限責任公司賈郭煤礦礦井水文地質類型報告》預測基礎數據是2020年7月之前的礦井涌水量觀測數據，未考慮到賈郭煤礦不可預見的2021年10月災害性天氣導致的最大涌水量新情況，本方案結合礦井實際情況及礦井近3年的采掘規劃，對近3年的礦井最大涌出量進行預測，綜合分析，建議礦井最大涌水量按照700m3/h左右考慮。

3.井下排水系統優化方案

(1)原排水系統現狀和升級的必要性

因受2021年9月23日-9月26日和10月2日-10月6日兩次強降雨影響，礦井涌水量由207m3/h突然增大至405m3/h，現設計的中央永久排水系統（3臺MD280-43×6排水泵，2趟D245×6排水管路）能力450m3/h，相對偏小，不足以應對極端天氣下的排水需求，而且隨著礦井基本建設的推進，井下巷道還會不斷揭露新的涌水點，礦井總涌水量還會進一步增大。

(2)主排水系統改造方案

①設計依據。礦井最大涌水量：Qmax=700m3/h；主排水泵房水平標高：+1172.6m；管道井井口底板標高為1388.696m；礦井水處理站出水口標高為1395m；排水管路總長度取：800m，排水管路路徑：經管道斜井排至地面礦井水處理站。

②主排水系統改造方案。現設計的中央永久排水系統建成了2600m3的主副水倉和配置3臺MD280-43×6排水泵的永久水泵房，巷道中安裝2趟D245×6排水管路，系統排水能力450m3/h，計劃拆除臨時水倉。

排水系統設計的原則：A.本著安全可靠、節能高效、技術先進、經濟合理的原則；B.滿足礦井雨季后及時排出井下最大涌水量要求。C.根據煤礦安全規程和煤礦井下排水站與排水管路設計規范進行設計。

根據礦井排水系統現狀及礦井涌水情況，設計兩個主排水改造方案，其中，由于水泵房高度和寬度滿足在安裝一臺水泵的要求，方案一將現有的3臺MD280-43×6排水泵，1臺更換為能力更大的MD450-60×4排水泵，并在預留的泵位增加1臺MD450-60×4排水泵，同時將設計中2趟D245×6排水管路更換為2趟D325×9管路，另外，管道井井底原臨時中央泵房的3臺MD155水泵及2趟6寸管路保留，最大排水能力約300m3/h。水泵房需改造原一臺泵基礎，增加吸水小井，施工新泵基礎，延長吸水巷20m。

方案二：為不改造原水泵房，保留現有的3臺MD280-43×6排水泵，增加2臺應急MD450-60×4排水泵，同時保留2趟D245×6排水管路，增加1趟D325×9管路，另外，管道井井底原臨時中央泵房按方案一保留排水系統。2臺應急MD450-60×4排水泵放入主副水倉斜巷，不需要增加井巷工程。對上述兩個方案進行比較，詳見比較表2、表3。

表2 主排水系統改造方案技術參數比選

表3 主排水系統改造方案經濟估算比選

方案一購置1臺的MD450-60×4排水泵，設備費用估算130萬元，更換2趟D325×9管路，管路購置費用估算為105萬元，水泵房吸水井和水泵基礎等礦建工程估算為50萬元，地面滲水裂隙和孔洞封堵費用20萬元，水泵和管路等設備安裝費用估算95萬元，管道拆除費用60萬元，總結460萬元。

方案二購置2臺應急MD450-60×4排水泵，設備費用估算150萬元，新增1趟D325×9管路購置費用估算為52.5萬元，地面滲水裂隙和孔洞封堵費用20萬元，水泵和管路等設備安裝費用估算80萬元，拆除費用10萬元，總結412.5萬元。

方案一的優點：通過改造水泵房的基礎和吸水井，增加安裝2臺水泵的目的，同時進行管道的改造，在雨季后期井下涌水徒增，實現了排出礦井水，實現永久治理水患的目的。方案一缺點：拆除現有MD280-43×6型1臺水泵更換為能力較大的MD450-60×4型水泵，原設備基礎與更換設備不匹配需改造，且換大泵后設備間距變小，水泵配電開關容量小需更換。存在4臺泵接2趟管路的問題，而且是小流量泵（MD280水泵）配大直徑管路（D325管路），效率及最佳工況需要嚴密計算，合理配置。

方案二的優點：保留原有已建成的系統，利用現有預留的水泵基礎安裝應急MD450-60×4水泵，不需要更改原有配電設備、管路、電動閥門等，費用少，工期短，施工簡單，而且實際排水能力也能增大90m3/h，降低投資147.5萬元。方案二的缺點：臨時排水系統，影響水倉的煤泥沉淀和清淤；供電線路長，線路防水要求高。

4.結論

賈郭礦井下涌水易受露頭區河流、降雨滲漏補給，水文地質構造復雜，同時資源整合前資源開采復雜而無序、小窯充水量大，為有效防止和善礦井水害的隱患，經以上方案經濟技術比選，保留現有的3臺MD280-43×6排水泵，增加2臺應急MD450-60×4排水泵，同時保留2趟D245×6排水管路，增加1趟D325×9管路，另外，管道井井底原臨時中央泵房的3臺MD155水泵及2趟6寸管路保留，最大排水能力約300m3/h，即經濟又增加排水量，能夠滿足礦井該區域內排水要求。