劉莊煤礦潛水泵排水系統(tǒng)的設計與應用

摘要：針對劉莊煤礦開采過程中水文地質(zhì)條件的變化，適時增設潛水泵排水系統(tǒng)，以增強礦井的抗災能力。文章從增設潛水泵系統(tǒng)的必要性，系統(tǒng)相關管路、巷道的布置，設備選型與安裝以及由此帶來的經(jīng)濟效益等方面對比與分析，以期為煤礦工程實踐提供參考。

關鍵詞：潛水泵；排水系統(tǒng)；抗災設計；煤礦開采；礦井安全生產(chǎn) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD442 文章編號：1009-2374（2015）12-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.022

煤礦水害一直是威脅礦井安全生產(chǎn)的重要因素。近年來，隨著煤炭開采的進行，一些礦井的水文地質(zhì)條件越來越復雜，礦井涌水量的增加、老空區(qū)積水的影響，制約著井下開采。適時增設礦井潛水泵系統(tǒng)，可以大大提高礦井的抗災能力。

1 潛水泵系統(tǒng)設計背景

劉莊煤礦一水平正常涌水量為550m3/h，最大涌水量為960m3/h。礦井-762m水平主排水系統(tǒng)水倉有效容量為5018m3，水泵由5臺HDM420×10型泵組成。礦井在副井敷設四趟主排水管路，管路為Ф325mm的無縫鋼管，每趟長1350m，井下污水一次由副井直接排至地面凈化水處理站。

礦井建設初期，由于水文地質(zhì)類型相對簡單，因而并未建設潛水泵排水系統(tǒng)。近年，井田確認發(fā)現(xiàn)陷落柱，水文地質(zhì)條件升級為復雜?！睹旱V安全規(guī)程》第273條規(guī)定：“水文地質(zhì)條件復雜或有突水淹井危險的礦井，應當在井底車場周圍設置防水閘門或在正常排水系統(tǒng)基礎上另外安設具有獨立供電系統(tǒng)且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵?！鼻业V井后期開采1煤時，底板灰?guī)r水將影響礦井安全回采。礦井決定建立潛水泵排水系統(tǒng)，以增強其抗災能力。

2 系統(tǒng)相關的管路及巷道布置

由于礦井最初設計時未預留潛水泵排水的管路空間與井下的泵房硐室，因而需要重新進行方案比選，布設管路，掘進巷道。

2.1 管路布設

排水管路設計時，考慮了三種方案：（1）在地面布設2個排水鉆孔，在鉆孔中布置2路排水管；（2）在地面布設1個排水鉆孔，在鉆孔中布置1路排水管，另與礦井主排水系統(tǒng)共用1條管路；（3）潛水泵的兩路排水管路都與礦井主排水系統(tǒng)共用，不另外增設鉆孔。

前兩個方案都需要增設鉆孔，耗資巨大，經(jīng)過方案比選，決定與礦井主排水系統(tǒng)共用管路，不另外增設

鉆孔。

《煤礦安全規(guī)程》第278條規(guī)定：“工作水泵的能力，應當能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）?！薄肮ぷ骱蛡溆盟玫目偰芰?，應當能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量?！钡V井一水平正常涌水量為550m3/h，最大涌水量為960m3/h。根據(jù)現(xiàn)場檢測，礦井單泵排水流量最小為380m3/h，2臺工作泵之和最小為760m3/h，排水量滿足規(guī)程要求。礦井1#、3#泵共用1條管路運行時排水能力為702.8m3/h，2#、5#泵共用1條管路時排水能力為764m3/h，兩條排水管路最大排水總能力為1466.8m3/h，排水量亦滿足規(guī)程要求。因而，礦井主排水系統(tǒng)只需2條管路排水即可滿足要求，另外兩條管路能夠為潛水泵所用，實際運行時，潛水泵占用的2條管路與礦井2條主排水管路之間可相互

切換。

井下潛水泵管路在中央水泵房與礦井主排水管路連接，經(jīng)管子道由副井一次排至地面凈化水處理站。

2.2 巷道布置

潛水泵排水管路的布置方式?jīng)Q定了硐室巷道需要布置在副井井底車場附近，以利于井下管路與主排水管路的連接。經(jīng)過綜合考慮，決定將-762m潛水泵排水系統(tǒng)硐室設置在中央水泵房與內(nèi)水倉之間，巷道包括硐室通道、檢修硐室、斜巷段、潛水泵硐室和配水巷等幾

部分。

硐室通道及檢修硐室巷道寬度4200mm×高度3900mm，錨網(wǎng)索噴+U型棚支護，壁厚注漿，噴厚150mm，在底板增打錨桿并澆筑地坪。

斜巷段寬度4200mm×高度3600mm，錨網(wǎng)索噴+U型棚支護，壁厚注漿，噴厚150mm并澆筑地坪。

潛水泵硐室寬度6000mm×高度5500mm，錨網(wǎng)噴+加密錨索+U型棚支護并加設反底拱，壁厚注漿。巷道噴厚150mm并澆筑地坪。

配水巷寬度3000mm×高度2380mm，錨網(wǎng)索噴支護，噴厚150mm，澆筑地坪200mm。

在硐室通道設置1道密閉門，在內(nèi)水倉撥門處設置1道溢水擋墻，斜坡段設置護手和行人階梯。

主排水硐室有效體積估算為430.2m3，蓄水量能夠滿足一臺泵試驗1小時所需的水量275m3。

3 設備選型與安裝

3.1 管路型號

敷設在副井的4路主排水管路為Ф325×18無縫鋼管，井下亦考慮安設四趟Ф325×18的潛水泵排水管。

3.2 泵型選擇

考慮水泵安裝及維修，決定選用臥式泵，泵型為BQ275-1070/28-1400/DW-S，設4臺，二用二備，單泵揚程為1070m，泵效率為78%，轉(zhuǎn)速為1470r/min，電機額定功率為1400kW，額定電壓為10kV，額定頻率為50Hz，電機效率為92.5%，功率因數(shù)為0.847。當4臺泵同時開動時，共用主排水系統(tǒng)2路排水管路的總排水能力預計為1100m3/h，大于礦井最大涌水量960m3/h，滿足規(guī)程要求。

礦井后期開采1煤時，涌水量增加，當潛水泵排水能力不足時，可改用BQ550-850/10-2000/DW-S型泵。

3.3 電纜布置

劉莊煤礦-762m潛水泵排水系統(tǒng)兩路進線電源分別引自礦井地面110kV變電所10kV不同母線段，采用地面專供方式。根據(jù)供電負荷及設計要求，每段由2根ZR-YJV22-10kV 3×185電纜組成，沿電纜橋架敷設，引進-762m潛水泵地面電氣控制室，總長700m。-762m潛水泵排水系統(tǒng)地面電氣控制室位于礦井主井東側(cè)，空氣加熱室北側(cè)。

潛水泵井下供電電纜由-762m潛水泵地面電氣控制室至矸石井井口，由矸石井井口至矸石井裝載硐室，然后沿矸石倉下口聯(lián)巷至進風二石門向南，再轉(zhuǎn)至進風一石門向北，經(jīng)原-762m主排水泵房北門進入-762m潛水泵房，長約1700m。

電纜在矸石井中敷設時，設計了專門的防砸裝置。

4 經(jīng)濟效益分析

劉莊煤礦潛水泵排水系統(tǒng)巷道及設備安裝預計投入2305萬元，相比利用鉆孔專用排水管路，在保證排水能力的前提下節(jié)省了地面施工鉆孔的開支（1個鉆孔：6000×762=457萬元；2個鉆孔：6000×762×2=914萬元），大大減少了礦井的費用支出，實現(xiàn)了安全、經(jīng)濟、技術(shù)一體化。

5 結(jié)語

目前，劉莊煤礦已經(jīng)完成了潛水泵硐室的掘進，水泵、管路等設備安裝也將分步進行，潛水泵排水系統(tǒng)將增強礦井的抗災能力，為礦井安全保駕護航。借鑒國內(nèi)潛水泵設計和使用的經(jīng)驗，劉莊煤礦潛水泵系統(tǒng)安裝使用時還應注意以下問題：（1）礦井開采1煤，受底板灰?guī)r水影響，涌水量將增加，當?shù)V井主排水系統(tǒng)用2路主排管路不能滿足排水要求時，建議增設排水鉆孔；（2）潛水泵使用過程中，要及時清理硐室雜物，防止泥沙淤積，影響排水效果。

參考文獻

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作者簡介：李沖（1986-），男，安徽淮南人，國投新集安徽設計研究院有限公司助理工程師，研究方向：采礦設計。

（責任編輯：秦遜玉）