鄆城煤礦井下清水復(fù)用技術(shù)的研究與應(yīng)用

苗繼根　劉曉軍　張波

【摘要】介紹了鄆城煤礦井下清水復(fù)用系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，證明煤礦開(kāi)展清水復(fù)用其環(huán)境效益和環(huán)境效益顯著。

【關(guān)鍵詞】煤礦；井下；清水復(fù)用

1.研究背景

鄆城井田位于巨野煤田北部，為巨厚新生界松散層覆蓋的全隱蔽煤田，新生界地層厚度472.80～591.30m，平均518.39m。其南以25勘探線與郭屯井田分界，北為人為邊界，東界為田橋斷層，井田內(nèi)的煤系含水層與對(duì)盤(pán)的二疊系地層對(duì)口，對(duì)盤(pán)無(wú)強(qiáng)含水層，因此可能是阻水的；西至奧陶系頂界露頭，各基巖含水層深埋于巨厚松散層之下，僅接受新生界底部砂礫層水的補(bǔ)給，與大氣降水無(wú)直接水力聯(lián)系。

根據(jù)本井田已有資料，結(jié)合鄰區(qū)資料綜合分析，本井田上組煤直接充水含水層主要為3煤層頂?shù)装迳皫r及三灰，富水性弱～中等，地下水補(bǔ)給條件差，因此上組煤水文地質(zhì)類型為裂隙、巖溶類中等類型。

根據(jù)鄆城井田勘探報(bào)告初期采區(qū)開(kāi)采上組煤的涌水量為416m3/h，最大涌水量為845m3/h，設(shè)計(jì)考慮井筒淋水和防火灌漿用水，原初步設(shè)計(jì)礦井設(shè)計(jì)正常涌水量456m3/h，最大涌水量885m3/h。根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)測(cè)定礦井正常涌水量570m3/h，最大涌水量1050m3/h。

1.1鄆城煤礦地面供水系統(tǒng)主要由三部分組成

A、110KV變電所南側(cè)水源井，多級(jí)深井潛水泵200QJ32-78/6，最小井徑200mm、流量32m3/h、揚(yáng)程78m、功率11KW；

B、制冷機(jī)房西側(cè)水源井，多級(jí)深井潛水泵200QJ32-78/6，最小井徑200mm、流量32m3/h、揚(yáng)程78m、功率11KW。

以上兩處水源井供水經(jīng)主井供水管路接入井下，實(shí)際供水能力只有64m3/h

1.2鄆城煤礦礦井生產(chǎn)用水量

鄆城煤礦1300工作面生產(chǎn)期間所需水量為60m3/h左右（設(shè)備冷卻用水、各類噴霧降塵用水、防沖擊地壓打鉆施工降塵用水、煤層注水、高溫點(diǎn)處理用水等），其他作業(yè)地點(diǎn)所需水量約70m3/h左右，屆時(shí)礦井總需水供水量達(dá)到130m3/h左右，需要新增水量66m3/h。

1.3鄆城煤礦清水復(fù)用的必要性

礦井水綜合利用是礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略思想的重要體現(xiàn)，礦井水資源是解決現(xiàn)階段鄆城煤礦用水短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的最佳選擇。

隨著全礦生產(chǎn)用水的不斷增加，特別是首采面的試生產(chǎn)運(yùn)行，水源井供水日趨緊張，清水復(fù)用工程安裝勢(shì)在必行。

2.研究過(guò)程

鑒于鄆城煤礦實(shí)際供水情況，地面建立蓄水池需要時(shí)間、人力、物力的投入，而工作面用水又刻不容緩。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目處機(jī)電室與監(jiān)方溝通協(xié)調(diào)研究，過(guò)程如下：

2.1擬定項(xiàng)目系統(tǒng)方案

將井下北翼軌道9#交叉點(diǎn)、中央泵房5#壁龕兩處礦井涌水利用巷道水平落差通過(guò)108PE管統(tǒng)一匯集至5#交叉點(diǎn)北的臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)，臨時(shí)水倉(cāng)容積為3300m3，匯集的涌水在臨時(shí)水倉(cāng)沉淀后，通過(guò)在臨時(shí)水倉(cāng)安裝多級(jí)離心泵將清水打入主供水管路。

2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.2.1選泵型號(hào)：

A、水泵必須排水能力計(jì)算

5#壁龕兩處正常涌水量分別為20m3、70m3，北翼軌道正常涌水量為42m3，共計(jì)正常涌水為132m3。

2）水泵型號(hào)的選擇

根據(jù)計(jì)算的工作水泵排水能力，初選水泵。從水泵產(chǎn)品目錄中選取MD155-67X7多級(jí)離心泵，額定流量為155m3/h，額定揚(yáng)程為469m。則：

工作泵臺(tái)數(shù) 取n1=1

備用水泵臺(tái)數(shù) 取n2=1

因此，共選2臺(tái)泵。

2.2.2管路的選擇

A、管路趟數(shù)及泵房?jī)?nèi)管路布置形式

根據(jù)泵的總臺(tái)數(shù)，選用典型二泵二趟管路系統(tǒng)，一條管路工作，一條管路備用。正常涌水時(shí)，一臺(tái)泵向一趟管路供水；當(dāng)泵出現(xiàn)故障時(shí)，選用另外一臺(tái)進(jìn)行使用。

B、管材的選擇

確定采用無(wú)縫鋼管。

C、排水管內(nèi)徑

2.3清水復(fù)用方案圖

2.4具體實(shí)施

設(shè)備材料計(jì)劃提報(bào)、組織工程施工及配套措施的完善，從方案提報(bào)到投入使用用時(shí)20天。其中監(jiān)方負(fù)責(zé)設(shè)備的采購(gòu)及安裝費(fèi)用，安裝工作由我處具體實(shí)施。

將井下北翼軌道9#交叉點(diǎn)、中央泵房5#壁龕兩處礦井涌水利用巷道水平落差通過(guò)108PE管統(tǒng)一匯集至5#交叉點(diǎn)北的臨時(shí)水倉(cāng)內(nèi)，臨時(shí)水倉(cāng)容積為3300m3，匯集的涌水在臨時(shí)水倉(cāng)沉淀后，通過(guò)在臨時(shí)水倉(cāng)安裝多級(jí)離心泵將清水打入主供水管路。離心泵由ZJT2-400/1140（A）礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置控制，在主管路安裝壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)管路壓力低于3.6Mp，變頻器頻率升高自動(dòng)控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，管路采用108PE鋼絲管，法蘭連接。

清水直排系統(tǒng)中增加了輸出水壓力監(jiān)測(cè)控制、吸水井水位報(bào)警控制，確保了系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。同時(shí)管路敷設(shè)方案，選取了最近距離并采用落地安裝，既提高了工效，又節(jié)省了管路吊掛費(fèi)用投入；出水管路采用了主井底閑置的高壓膠管，既節(jié)省材料投入，同時(shí)也省去了加工管路過(guò)道彎管的麻煩，省工省力又省費(fèi)用。此方案既可以減輕礦井用水緊張狀況，同時(shí)又可以減少礦井排水電費(fèi)。

3.取得效果

鄆城煤礦清水復(fù)用系統(tǒng)于2014年9月18日正式運(yùn)行以來(lái)效果較好，實(shí)現(xiàn)了井下礦井水閉路循環(huán)利用，達(dá)到了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)約了大量的地下水資源，降低了生產(chǎn)成本，現(xiàn)就節(jié)約水源一項(xiàng)說(shuō)明如下：

通過(guò)對(duì)9月份下半個(gè)月礦井水源井泵出水情況進(jìn)行分析，沒(méi)有投入清水復(fù)用系統(tǒng)前，每小時(shí)礦井供水量約為70m3/h 左右，投入清水復(fù)用系統(tǒng)后，每小時(shí)礦井供水量約為150m3/h，礦井清水復(fù)用效果明顯。減輕了地面水源井供水壓力。

清水復(fù)用系統(tǒng)減輕和避免淡水資源長(zhǎng)距離輸水問(wèn)題，解決礦井嚴(yán)重缺水狀況，緩解供水壓力，使水資源利用更加以及合理，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的完美統(tǒng)一。

4.效益分析

4.1經(jīng)濟(jì)效益

清水復(fù)用實(shí)際利用井下水80m3/h，如果未投入清水復(fù)用而直接排到地面，所需費(fèi)用為280萬(wàn)元/年。實(shí)施清水復(fù)用工程后，每年減少排水費(fèi)用280萬(wàn)元，因此清水復(fù)用的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

4.2環(huán)境效益和社會(huì)效益

國(guó)家鼓勵(lì)開(kāi)展資源綜合利用回收復(fù)用，鄆城煤礦清水復(fù)用符合國(guó)家環(huán)保政策的要求，而且兩個(gè)涌水點(diǎn)的絕大部分礦井水回收復(fù)用后，外排量很少，利用礦井環(huán)境保護(hù)的基本管理工作。

綜上所述，鄆城煤礦開(kāi)展清水復(fù)用不僅可行，而且具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，有利于礦井的可持續(xù)發(fā)展。