多中段同時開采礦山井下排水方案研究

段文權(quán)，逄銘璋，夏長念

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

1 前言

礦山排水是礦山建設的重要環(huán)節(jié)之一，設計時需要考慮礦山實際情況。如三山島金礦礦體位于海底之下，地下涌水突出，設計采用常規(guī)離心泵進行排水，從而克服潛水泵在泥沙量較大的情況下容易發(fā)生故障、后期維護成本極高的弱點[1]。此外，何曉文[2]為了解決羅河鐵礦地下礦山井底車場水溝淤泥堵塞、生產(chǎn)水平積水、積泥嚴重等問題，采用了主運輸水平為基本面，主進風水平為排水載體，各開拓采準水平保持平行的全自流排水新方法。

馬坑鐵礦涌水量大、水文地質(zhì)條件復雜、有突然涌水可能，因此，以現(xiàn)有的排水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過方案選擇、設備選型及相關(guān)配套設施、工程和運行費用等的詳細論證，得出了適合馬坑鐵礦的最優(yōu)排水改造方案[3]。廖瑞團和陳瑞[3]針對廣西龍勝上朗滑石礦露天采場的實際情況，結(jié)合原來的設計方案、礦區(qū)地形情況和原有的井下開采井巷，對排水方案進行了優(yōu)化。

金屬地下礦山排水方案在地表地形條件許可情況下，盡量采用無機械化的自流排水，但是對于礦體賦存較深、地表地形條件不利于實現(xiàn)自流排水的井下礦山，只能采用機械化揚升排水，機械化揚升排水主要是在井下設立水泵房將井下水揚升至地表。機械化排水在礦床垂直方向上，又可以分為一段直接排水方式和接力排水方式。一段直接排水方式通常將水泵房建設在開采范圍內(nèi)的最低開采水平。接力排水方式采用分段接力排水，在礦床垂直方向上設兩個或兩個以上的水泵房。對于采用機械化揚升排水方式的井下多中段同時開采的礦山而言，

垂直方向上采用直接排水還是接力排水系統(tǒng)，需要針對礦山特定條件進行分析，同時通過詳細技術(shù)經(jīng)濟比較后方能確定。

2 直接排水和接力排水方式優(yōu)缺點

通常情況下，直接排水方案適合于礦井開采水平不多，下部水平涌水量大于上部水平涌水量的礦井，通過設置在最低水平的水泵房一次將水排至地表。接力排水方案適合于礦井深、排水高度超出水泵合理揚程的礦井和上部水平涌水量大、下部涌水量很小的礦井，接力排水方案采用兩個或兩個以上水平設置水泵房的方式進行分段接力排水。

采用一段直接排水，系統(tǒng)簡單、管理人員少、管理較簡單、總的開拓工程量小，基建投資和人員管理費用低，但上部水平的水要通過鉆孔流到下部水平再排出，增加了電耗。

分段排水方案排水設施布置比較靈活，總的排水電耗比較低，但是由于每段水泵房都需要設置備用水泵，總的水泵數(shù)量一般情況下比較多，每段都需要設置雙水倉，水倉和水泵連接處以及水倉入口會損失部分有效水倉容積，增加了總的水倉工程量，每段泵房獨立運行，互不影響，生產(chǎn)期間上部泵房出現(xiàn)問題，下部泵房能起到補充作用。

3 排水方案選擇

3.1 項目簡述

某金屬礦山水文地質(zhì)條件中等，采用充填法進行回采，地表無大的水體。地表為低矮丘陵地形，地表標高約+100m，礦體賦存標高為-200～-600m，礦體沿走向長度約2.0km，以-400m為界分為上、下部，上、下部同時進行回采。通過水文地質(zhì)估算，井下正常涌水量為6 550m3/d，最大涌水量為20 500m3/d，上、下部涌水量基本相當，上、下部生產(chǎn)規(guī)模均為200萬t/a，采礦方法均為分段空場嗣后充填法，上、下部充填體的濾水和坑內(nèi)鑿巖用水回水均按1 000m3/d考慮。

最低水平設置水泵房，排水高度為700m，上部涌水通過排水鉆孔下泄至-600m水平水泵房，-600m井下水泵可以實現(xiàn)將井下涌水集中直排至地表。在-400m中段和-600m中段各設一個井下水泵房。井下排水方案有兩種，即一段集中排水方案和分段排水方案。

采用集中一段排水方案，上部涌水通過排水鉆孔下泄至-600m水平，該方案集中管理，管理人員少，但是電耗大。采用分段排水方案，需要增設人員同時負責上、下部水泵房的管理，但是電耗小。

針對本項目情況，考慮到上、下部排水量相當，集中一段排水方案和分段排水方案優(yōu)勢均不明顯，因此采用一段集中排水方案還是分段排水方案，需要對基建投資、管理、人員成本、運營成本等影響因素進行詳細比較分析才能確定。

3.2 一段集中排水方案(Ⅰ)

在-600m中段靠近罐籠井車場附近設一個水泵房和中央變電所，排水、排泥管路均沿罐籠井井筒進行敷設，生產(chǎn)期間-200～-600m之間各中段的涌水通過泄水井至-600m中段水倉，然后由泵房內(nèi)水泵排出地表。

水泵房選用5臺MDS280- 95×8多級離心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/臺。正常排水時2臺同時工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時4臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用來排泥，功率315kW。

3.3 分段排水方案(Ⅱ)

在-400m中段和-600m中段罐籠井旁各設一個井下水泵房，-400m以上開采各中段涌水通過泄水鉆孔下放至-400m水平，匯總至水倉后，通過-400m水泵房內(nèi)水泵排出地表。-400m以下各中段涌水通過泄水鉆孔下放至-600m水平，匯總至水倉后，通過-600m水泵房內(nèi)水泵沿罐籠井筒排至地表。-400m和-600m水泵房負擔正常涌水量6 550m3/d、最大涌水量13 150m3/d和生產(chǎn)回水1 000m3/d的各一半。

-600m水泵房選用3臺MDS280- 95×8多級離心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/臺。正常排水時1臺工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時2臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用來排泥，功率250kW，直接排至地表。

-400m水泵房選用3臺MD280- 100×5多級離心泵，Q=280m3/h，H=500m，水泵功率630kW/臺。正常排水時1臺工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時2臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=8MPa，用來排泥，功率315kW。

3.4 排水方案技術(shù)經(jīng)濟比較

從方案Ⅰ和方案Ⅱ可比內(nèi)容可以看出，兩方案技術(shù)優(yōu)缺點如表1。排水系統(tǒng)經(jīng)濟指標比較結(jié)果見表2。

表1 排水方案技術(shù)比較

表2 排水方案技術(shù)經(jīng)濟比較

從可比建設投資方面看，方案Ⅰ較方案Ⅱ少1 640萬元。從年均可比運營成本方面看，方案Ⅰ較方案Ⅱ多56萬元。

從計算的費用現(xiàn)值(i=10%)和費用年值(i=10%)來看，方案Ⅱ較方案Ⅰ分別高出1 128萬元和124萬元。比較結(jié)果表明，方案Ⅰ在經(jīng)濟上有較為明顯的優(yōu)勢。本次設計排水方案推薦采用方案Ⅰ，即一段排水方案。

從計算的費用現(xiàn)值(i=10%)和費用年值(i=10%)來看，方案Ⅰ較方案Ⅱ分別低1 128萬元和124萬元。技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)果表明，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ，同時考慮到方案Ⅰ系統(tǒng)簡單，基建投資少，管理方便，生產(chǎn)人員少，本次設計推薦方案Ⅰ，即一段排水方案。

4 結(jié)語

一般情況下，考慮到管理便利及節(jié)省人力成本采用集中排水方式，只有礦井較深、水量大時，才采用接力排水。實際設計過程中，分區(qū)或集中排水方案應根據(jù)礦山水文地質(zhì)條件、開采順序、開拓方案等特點，通過方案比較后確定。

[參考文獻]

[1] 劉國棟,賈萬玉,劉 軍.淺談三山島金礦深部某中段井下排水系統(tǒng)建設[J].采礦技術(shù),2016,(5):52-54.

[2] 何曉文.羅河鐵礦井下采場全自流排水系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代礦業(yè),2017，(10):70-73.

[3] 馬麗平.馬坑鐵礦井下排水方案優(yōu)化設計[J].工程建設,2016,48(4):60-65.

[4] 廖瑞團, 陳 瑞.上朗深凹露天礦防洪排水方案的優(yōu)化[J].采礦技術(shù),2013,(4):71-72.