復(fù)雜地質(zhì)條件下礦井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊慶賀 王宇

摘要：以某井工礦為例，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況以及相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了該礦的礦井排水系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)研究可為同類型井工礦提供排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件;井工礦;排水系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1 礦井涌水

1.1 概述

（1）自然地理

本礦井位于遼河平原西側(cè)，地勢(shì)稍有起伏，無高山，一般為平緩低山丘陵及第四紀(jì)洪沖積平原，地表絕大多數(shù)為農(nóng)田，一般標(biāo)高為+80～+120m。地勢(shì)最高處位于煤田西南后部的舊門山，其標(biāo)高為130.30m。

礦井內(nèi)無較大河流，只是在礦井外的西南有一條小河，為李家河，未流經(jīng)本礦井。而在礦井的中部、北部和南部有許多人工渠和季節(jié)性沖溝;主要有一道河、二道河等。在礦井的西南大平煤礦境內(nèi)有三臺(tái)子水庫(kù)，集水面積為140km2，水庫(kù)最大面積14 km2，儲(chǔ)水量4900萬m3，標(biāo)高+83.5m;水庫(kù)一般面積8 km2，儲(chǔ)水量1500萬m3，標(biāo)高+81.0m。水庫(kù)水的主要來源，除季節(jié)性沖溝匯集外，主要靠南部李家河和康平西泡子水庫(kù)溢洪通過人工渠道注入。排水主要靠人工渠進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)水量500萬m3。

本區(qū)年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量為556.2mm，降水多集中于7、8、9三個(gè)月。

（2）礦井劃分三個(gè)含水層，現(xiàn)分述如下：1）第四系洪積含水層;2）白堊系砂巖、砂礫巖承壓含水層;3）白堊系底部砂巖、砂礫巖承壓含水層

（3）涌水量：礦井正常涌水量為63.9m3/h，最大礦井涌水量為102.2m3/h。

1.2 礦山技術(shù)條件

礦井產(chǎn)量為2.40Mt/a，礦井開采最大深度為-480m，副井井口標(biāo)高為+99.91m，排水高度為580m。

煤礦排水是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，它不僅關(guān)系到礦井能否正常生產(chǎn)，同時(shí)關(guān)系到煤礦工人的生命安全和國(guó)家的財(cái)產(chǎn)安全，因此，必須在思想上給予足夠的重視[1]。

礦井全部涌水由井底車場(chǎng)附近的中央水泵房一次排到地面.一部分礦井水可以作為地面灌漿站用水，排水管路沿副井井筒敷設(shè)到井口。

2 排水設(shè)備的計(jì)算與選擇

（1）水泵最小排水能力計(jì)算：根據(jù)《礦井規(guī)程》[2]的規(guī)定：每組水泵的排水能力必須在20小時(shí)內(nèi)將24小時(shí)的正常涌水排除。正常涌水時(shí)，工作水泵最小排水能力應(yīng)為：，Qr=63.9 m3/h， =24×63.9/20= 76.68 m3/h。最大涌水時(shí)，工作水泵的排水能力應(yīng)為：Qrˊ=，Qbˊ=24×102.2/20=122.6 m3/h。

（2）水泵揚(yáng)程的估算：，k：管道損失系數(shù)，取1.1;：排水高度，取井筒垂高，580m;：吸水高度，Hx=5m。Hb =1.1×（580+5）=643.5m。根據(jù)計(jì)算選用QKSG--75型礦用潛水泵

（3）水泵臺(tái)數(shù)的確定：正常涌水時(shí)的工作水泵臺(tái)數(shù)： = Qb /Qn=76.68/750=1臺(tái)，取N1=1臺(tái)工作水泵臺(tái)數(shù)=1×70%=0.7。取=1 ?為備用水泵臺(tái)數(shù)。最大涌水時(shí)的各種水泵臺(tái)數(shù)： =122.6 /750=0.16 臺(tái)。=0.25臺(tái)。取=1臺(tái)為檢修泵。故水泵的總臺(tái)數(shù)為：n==1+1+1=3臺(tái)。綜上所述：設(shè)計(jì)礦井選用QKSG--75型礦用潛水泵三臺(tái)，其中一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修。

3 水泵房的設(shè)計(jì)

3.1 水泵房支護(hù)方式和起重設(shè)備

水泵房采用料石砌碹，在水泵房上部安裝起重梁供檢修水泵及電機(jī)使用。

3.2 水泵房的位置

礦井的主排水泵房應(yīng)設(shè)在井底車場(chǎng)副井附近。主要設(shè)計(jì)原則如下：1）運(yùn)輸巷道有朝向井底車場(chǎng)的坡度，便于井下涌水沿運(yùn)輸巷道的排水溝流至水泵房附近的水倉(cāng)中。2）副井一般都是進(jìn)風(fēng)井，靠近副井的水泵房將有足夠的新鮮風(fēng)流，有利于電機(jī)的冷卻。3）連通水泵房與副井井筒的斜巷出口處有平臺(tái)，罐籠可?？吭谄脚_(tái)處裝卸設(shè)備，為便于運(yùn)輸，斜巷內(nèi)可設(shè)鋼軌及手搖絞車，軌道間設(shè)人行臺(tái)階。4）減少排水管長(zhǎng)度，從而減少阻力損失。5）水泵房地面標(biāo)高比井底車場(chǎng)軌面高0.5m，地面應(yīng)向吸水井一側(cè)有1%的坡度。

3.3 水泵房規(guī)格尺寸的計(jì)算

在泵房?jī)?nèi)水泵應(yīng)順著水泵房的橫軸向排列，泵房輪廓尺寸應(yīng)根據(jù)安裝設(shè)備的最大外形尺寸，通道寬度和安裝檢修條件等確定。

（1）水泵房長(zhǎng)度的確定：，式中：n：水泵臺(tái)數(shù)，n =3;L：水泵機(jī)組的總長(zhǎng)度，L`=5.2 m;l：水泵機(jī)組的凈空距離，取1.5 m;L=3×5.2+1.5×（3+1）=21.6 m。

（2）水泵房的寬度：，式中：：水泵基礎(chǔ)寬度，取2.0 m;：水泵基礎(chǔ)邊到有軌一側(cè)墻壁的距離，取2.0m;：水泵基礎(chǔ)邊到吸水井墻壁的距離，取1.0m;則B=2+2+1=5 m。

（3）泵房的高度應(yīng)滿足檢修時(shí)的高度，由手冊(cè)查得：泵房的高度為4.2m。

4 水倉(cāng)設(shè)計(jì)

礦井主要水倉(cāng)是由兩個(gè)獨(dú)立的巷道組成，分別為主、副水倉(cāng)，當(dāng)一個(gè)進(jìn)行清理時(shí)，另一個(gè)能正常使用，設(shè)計(jì)將水倉(cāng)布置在水泵房的一側(cè)[3]。

主、副水倉(cāng)的總?cè)萘渴前匆?guī)定應(yīng)能容納礦井8小時(shí)的正常涌水，為了方便涌水中的泥沙得到充分沉淀，水在水倉(cāng)中流速不大于0.005m/s，在水倉(cāng)中流動(dòng)的時(shí)間不少于6小時(shí)，此處取7小時(shí)，故每個(gè)水倉(cāng)的長(zhǎng)度為：=3600×0.005×6=126 m。以防最大涌水時(shí)之需，本設(shè)計(jì)取L=130m。水倉(cāng)斷面為：，式中：S：水倉(cāng)的斷面，㎡;V：水倉(cāng)容積，，（8小時(shí)的正常涌水量）;所以，S =8×63.9/（2×130）=2㎡。

取水倉(cāng)的斷面7㎡，巷道采用錨噴支護(hù)。另外，水倉(cāng)頂板的標(biāo)高應(yīng)低于水倉(cāng)入口處水溝的底板標(biāo)高，清理水倉(cāng)的工作由人工來完成。所以水倉(cāng)內(nèi)設(shè)有軌道，水倉(cāng)入口處還設(shè)有小絞車作為清理水倉(cāng)時(shí)提拉礦車用。

5 結(jié)論：

煤礦排水是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，它不僅關(guān)系到礦井能否正常生產(chǎn)，同時(shí)關(guān)系到煤礦工人的生命安全和國(guó)家的財(cái)產(chǎn)安全。

通過本文中針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下井工礦的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并同時(shí)參考規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)得到的排水系統(tǒng)完全符合實(shí)際要求。該設(shè)計(jì)可為同類型礦井提供排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范[M].第1版.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[2] 煤礦安全規(guī)程[M].第1版.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[3] 閻海鵬，黃江寧.采煤工藝.第1版.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.