礦井排水系統(tǒng)能力分析

【摘要】文章簡介了正陽煤礦生產(chǎn)技術(shù)情況、水文地質(zhì)概況、礦井排水系統(tǒng)情況，進(jìn)行了排水能力分析計(jì)算，得出了排水系統(tǒng)能力結(jié)論。

【關(guān)鍵詞】排水系統(tǒng)；能力分析；結(jié)論

1、礦井生產(chǎn)技術(shù)情況

正陽煤礦采用單水平上、下山分區(qū)式開拓方式，以斷層為界共劃分為5個(gè)生產(chǎn)井區(qū)，采用集中大巷分區(qū)石門聯(lián)系。現(xiàn)今二、三采區(qū)已報(bào)廢，生產(chǎn)采區(qū)為一、四、五采區(qū)。裝備有三個(gè)采煤工作面，（綜采面二個(gè)，高檔面一個(gè)），十三個(gè)掘進(jìn)工作面，（綜掘面三個(gè)，普掘面十個(gè)），目前正開采37#層、43#層和2#層。采煤方法為單一煤層傾斜長壁后退式開采，通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式通風(fēng)。主提升采用皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸，副提升采用雙鉤串車提升，井下運(yùn)輸方式采用架線式電機(jī)車運(yùn)輸。

2、水文地質(zhì)概況

2.1地面水體。在井田范圍內(nèi)有三條小河，一條向陽河，在井田的西部邊界處徑流，向南注入穆棱河，是長年性河流，寬度4.0-7.0m，河體坡度為千分之十，最大流量3-4m3/s，一般為0.10-0.15m3/s，洪水位標(biāo)高在井田內(nèi)為220-200m；一條正陽河，從二采和三采之間流過，經(jīng)正陽一隊(duì)門前往西匯合于向陽河是一條季節(jié)性河流，冬季干，夏季一般流量約4.0-5.0lm3/s，洪水位標(biāo)高在井田內(nèi)為250-200m，第三條是普山河，北向南從井田東半部流過，向南注入穆棱河，河床寬15-30m，深2-3m，河床坡度為千分之七，一般流量為0.1-0.3m3/s，洪水位標(biāo)高在井田內(nèi)為227-207m，哈達(dá)公社在該河的上游，2#煤層露頭以北200m處建成一座面積大約為0.10km3的小水庫，儲(chǔ)水量大約為15-20萬m3。這三條小河的河道為井田內(nèi)良好的排泄渠道，地面徑流，地下徑流及礦井排水都從這里匯集排泄。

2.2含水層。沖積孔隙含水層：在井田內(nèi)的河流內(nèi)地勢平坦地區(qū)有寬窄不等的第四紀(jì)沖積層，上部為2-3m的表土層，下部為2-4m的含水砂層，滾圓度和分透性很差，透性不良，此層與地面水和風(fēng)化裂隙帶水有水力聯(lián)系，隨著季節(jié)不同與小河水互有補(bǔ)給，一般水位埋藏在1.5-6.0m。春夏兩季水位變化幅度為1.0m左右，地下水坡度為1/25。水質(zhì)屬重碳酸、鈣、鈉或鎂水，礦化度193mL/L。煤系地層裂隙水按裂隙成因不同可分為風(fēng)化裂隙含水帶和構(gòu)造裂隙含水帶。風(fēng)化裂隙帶巖石疏松，裂隙發(fā)育，一般深度在50-70m。地下水呈潛水狀態(tài)，最大埋藏深度20m左右。構(gòu)造裂隙含水帶埋藏于風(fēng)化裂隙含水帶以下，兩者沒有明顯界線為漸變過渡關(guān)系。含水性的強(qiáng)弱隨著深度增加含水量顯著減少。

2.3礦井充水因素。⑴受大氣降水的影響。⑵受地面水體影響。⑶受風(fēng)化裂隙含水帶的影響。⑷受構(gòu)造裂隙含水帶的影響。

3、礦井涌水量的確定

根據(jù)1988年1月到2005年7月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，經(jīng)計(jì)算確定礦井正常涌水量為190.92m3/h，最大涌水量為250.2m3/h。

4、礦井排水系統(tǒng)的布置情況

⑴排水系統(tǒng)。采用集中排水系統(tǒng)，即回采和掘進(jìn)工作面的涌水，靠自重沿水溝流進(jìn)井底車場主水倉，而后由排水設(shè)備將集中于水倉的水直接排至地面。

⑵水泵房。礦井水泵房設(shè)在井底車場副井附近。泵房內(nèi)設(shè)置三臺(tái)水泵，其中：一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修。水泵型號(hào)：200D43×7。泵房內(nèi)可同時(shí)開2臺(tái)水泵，總排水能力596m3/h。設(shè)置二趟排水管，排水管直徑250mm。

⑶水倉。我礦現(xiàn)有集中水倉兩個(gè)，即主、副水倉，總?cè)莘e2200m3。

⑷排水設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

①水泵。型號(hào)：200D43×7；流量：288m3/h；揚(yáng)程：266m；電機(jī)型號(hào)：JSQ147-4；電機(jī)工率：360kW。②排水管，公稱直徑：D=250mm

5、排水系統(tǒng)能力核定

5.1能力核定依據(jù)。⑴水泵型號(hào)：200D43×7；電機(jī)功率：360kW⑵排水高度：227m⑶主、副水倉總?cè)萘浚篞水=2200m3⑷排水管長：486m，管直徑D=250mm。⑸礦井正常涌水量：QV=190.92m3/h，最大涌水量：QVm=250.2m3/h。

5.2能力核定。⑴水倉容量校核

式中：T：礦井正常涌水量時(shí)，流進(jìn)水倉滿倉時(shí)的時(shí)間（h）；Q水：主、副水倉總?cè)萘浚╩3）；QV：礦井正常涌水量（m3/h）。

通過上述計(jì)算可知，礦井水倉的總?cè)萘窟h(yuǎn)遠(yuǎn)超過《規(guī)程》規(guī)定：容納8小時(shí)的正常涌水量。

⑵排水系統(tǒng)能力校核

①管道特性曲線的確定

管道特性方程：H=Hg+R×Q2

式中：H：工作揚(yáng)程（m）；Hg：測量高度（m）；R：管道阻力系數(shù)（h2/m5）；Q：管流量（m3/h）

測量高度確定：Hg=HX+HP=4.5+227=231.5（m）

式中：HX：水泵吸水高度（m） HX=4.5m； HP：排水高度（m） Hp=227m

管道阻力系數(shù)R確定

=1405.17（h2/m5）

=1.08×10-4（h2/m5）

式中：λp：排水管沿程阻力系數(shù)DP=250mm時(shí) λp=0.0284

Lp：排水管長度（m） Lp=486m

Dp：排水管直徑（m） Dp=0.25m

λX：吸水管沿程阻力系統(tǒng) DX=300mm時(shí) λX=0.027

LX：吸水管長度（m） LX=8m； DX：吸水管直徑（m） DX=0.3m

：排水管各局部阻力系數(shù)之和；：吸水管各局部阻力系數(shù)之和

、值詳見下表

名 稱系 數(shù)值

底閥過濾器Dx=300mm1=3.7

彎頭 2=0.44

異徑接頭 3=1.0

閘閥 4=0.81

逆水閥a=6005=3.2

直流三通 6=2

直流三通 7=0.1

轉(zhuǎn)彎彎頭，a=5508=0.27

彎頭=0.69=0.44

彎頭=0.610=0.44

由上表可知：

通過上述計(jì)算以及根據(jù)煤礦規(guī)程規(guī)定，則管道特性方程為

H=Hg+1.7×R×Q2

=231.5+1.7×1.08×10-4×Q2

=231.5+1.84×10-4×Q2

管道特性曲線見附圖（1）

②工況點(diǎn)確定

根據(jù)200D43×7水泵的特性曲線，用同一比例尺畫出管道特性曲線，二者交點(diǎn)m即為所求工況點(diǎn)，詳見附圖（1），其工作揚(yáng)程，HM=259m流量：

QM=337m3/h，軸功率NM=309.2kW，效率：m=78%

能力核定；校核排水時(shí)間及排水管中實(shí)際流速；正常涌水時(shí)一晝夜排水時(shí)間

式中：

QV：礦井正常涌水量（m3/h）；n1：正常涌水時(shí)，工作水泵的臺(tái)數(shù)（臺(tái)），n1=1臺(tái)；QM：工況點(diǎn)流量（m3/h）

最大涌水時(shí)一晝夜排水時(shí)間

式中：QVm：礦井最大涌水量（m3/h）；n4：最大涌水時(shí)，工作水泵的臺(tái)數(shù)（臺(tái)）n4=2臺(tái)；QM：工況點(diǎn)流量（m3/h）。通過上述計(jì)算可知：排水系統(tǒng)，滿足規(guī)程要求。

排水管實(shí)際流速

由此可知：排水管實(shí)際流速在最有利的經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)即：1.5-2.2（m/s）

⑶水泵的經(jīng)濟(jì)性，穩(wěn)定性校核

經(jīng)濟(jì)校核

η=0.78>0.9×ηn η=0.9×0.8=0.72

式中：ηn：水泵額定效率ηn=80%，則：水泵滿足經(jīng)濟(jì)性條件。

穩(wěn)定性校核：Hg=231.5<0.9xi×Ho=0.9×7×49.5=311.85（m）

則：水泵滿足穩(wěn)定性條件。式中：i：水泵數(shù) i=7；HO：水泵流量為零時(shí)的揚(yáng)程（m）、HO=49.5m

⑷電功機(jī)功率校核

式中：ηn傳動(dòng)效率，其余符號(hào)同上述

由此可知：上述計(jì)算的功率值小于現(xiàn)在水泵電機(jī)（JSQ147-4）的功率360kW

6、結(jié)束語

通過這次對(duì)礦井排水系統(tǒng)的能力分析，我們得出如下結(jié)論：

⑴根據(jù)1988年1月到2005年7月礦井涌水量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出：礦井正常涌水量為190.92m3/h，最大涌水量為250.2m3/h。此值少于礦井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的正常涌水量200m3/h，最大涌水量為400m3/h。

⑵水倉總?cè)萘亢硕榈V井正常涌水量時(shí)，流進(jìn)水倉滿倉時(shí)的時(shí)間為11.52h，此值超過《規(guī)程》規(guī)定：容納8h的正常涌水時(shí)量。

⑶排水系統(tǒng)的工況點(diǎn)，工作揚(yáng)程HM=259m流量QM=337m3/h，軸功率NM=309.2kW，效率η=78%排水系統(tǒng)能力核定為：正常涌水時(shí)及最大涌水量時(shí)，一晝夜排水時(shí)間分別為，T=13.6h，Tm=8.9h。該值均小于《規(guī)程》規(guī)定的20h。

⑷排水管的實(shí)際流速為1.91m/s，處在最有利的經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)。

⑸水泵的經(jīng)濟(jì)性，穩(wěn)定性均滿足條件。

⑹電功機(jī)功率342kW，此值小于現(xiàn)在水泵電機(jī)的功率360kW。

綜上所述，可以得出，我礦現(xiàn)有的排水系統(tǒng)能力滿足生產(chǎn)的需要。