礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

孔凡鵬 楊恭利 李亮

摘 要：礦井水害作為影響礦井安全運(yùn)行的五大災(zāi)害之一，對礦井運(yùn)行的安全性有重要影響。隨著礦井生產(chǎn)能力、開采范圍等變化，礦井排水系統(tǒng)需進(jìn)行針對性的優(yōu)化，從而更好滿足礦井安全排水的需要。本文將某礦井排水系統(tǒng)作為研究對象，分析了礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化的必要性，并從幾個(gè)方面對礦井排水系統(tǒng)進(jìn)行了針對性優(yōu)化，從工程應(yīng)用實(shí)際表明，優(yōu)化方案取得了較好的實(shí)踐效果。

關(guān)鍵詞：礦井排水系統(tǒng)；優(yōu)化運(yùn)行；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；分析

某礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.2Mt/a，立井開拓，主要開采3#、5#煤層。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，礦井總體的水文地質(zhì)條件相對簡單，煤層的頂板、底板均為弱富含水層，礦井正常涌水量為480m3/h，最大涌水量為610m3/h。

1、礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化的必要性

1.1礦井泵房和水倉連接通道優(yōu)化的必要性

在本礦井設(shè)計(jì)的過程中，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，設(shè)計(jì)采用礦井泵房配水吸水立井，但是從該礦井實(shí)際運(yùn)行的情況來看，若礦井出現(xiàn)了突水事故，隨著水頭高度的不斷提升，當(dāng)其超過了泵房地面高度后，要想實(shí)現(xiàn)通過閘門來控制整個(gè)水泵的排水量和閘閥配水量之間的達(dá)到相互匹配的效果是非常困難的，在這種情況下，若不對其進(jìn)行優(yōu)化，會出現(xiàn)兩種情況，（1）泵房出現(xiàn)了配水過多的問題，導(dǎo)致礦井泵房出現(xiàn)進(jìn)水；（2）泵房出現(xiàn)配水不足的問題，導(dǎo)致水泵連續(xù)排水功能受到限制，整體的操作性能較差。因此，針對這種情況，應(yīng)當(dāng)對該礦井的泵房和水倉連接通道進(jìn)行針對性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.2礦井排水系統(tǒng)排水能力不能滿足礦井排水工作的實(shí)際需求

在本礦井試生產(chǎn)的過程中，在回采工作面開采到68m時(shí)，礦井涌水量出現(xiàn)了明顯的增加，從50m3/h迅速增加到了300m3/h，同時(shí)，隨著工作面的不斷向前推進(jìn)，礦井總體的涌水量出現(xiàn)了更為明顯的增加，最大涌水量達(dá)到了700m3/h，已經(jīng)明顯超過礦井系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，導(dǎo)致礦井出現(xiàn)了停產(chǎn)，嚴(yán)重影響到礦井生產(chǎn)的連續(xù)性與安全性。

2、礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1針對礦井泵房和水倉連接通道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為了確保礦井泵房和水倉在實(shí)際使用的過程中，能夠滿足礦井水害的有效排出，需對礦井泵房和水倉的連接通道進(jìn)行針對性的優(yōu)化?？紤]到礦井當(dāng)前泵房和水倉的實(shí)際情況，對水倉與泵房之間的通道的具體聯(lián)通方式進(jìn)行了優(yōu)化，將配水井的聯(lián)通方式設(shè)計(jì)為斜巷聯(lián)通，同時(shí)，在巷道中設(shè)計(jì)密閉門，若礦井出現(xiàn)了突水情況，可以將水倉和泵房之間的連接完全隔離。

通過上述方式對泵房和水倉之間的連接方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在較多方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，整個(gè)礦井排水系統(tǒng)相對于先前在合理性、科學(xué)性方面有了較大的提升。

（1）巷道總體的布置方面更為簡單，在具體施工時(shí)也更加容易進(jìn)行。

（2）在礦井正常運(yùn)行條件下，礦井的水倉和泵房之間的連接通道處于常閉的狀態(tài)，若一旦礦井出現(xiàn)了水災(zāi)，在相互配件的共同作用下，整個(gè)泵房能夠保持安全運(yùn)行，從而確保了礦井排水系統(tǒng)的正常工作，整體的可操作性非常強(qiáng)。

（3）礦井水倉和泵房之間連接的密閉門處于常閉的情況，整個(gè)礦井的中央變電所、泵房的地面和井底車場的底板基本上處于同一標(biāo)高，對于部分稍高的位置，可以設(shè)計(jì)增加門檻的方式來實(shí)現(xiàn)對水的有效阻隔，也就是說，一旦礦井出現(xiàn)了水害，在不需要技術(shù)人員進(jìn)行操作的前提下，若水體在門檻的高度之下，本礦井的泵房就不會出現(xiàn)進(jìn)水的情況，也就是構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的第一道防線，同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，將門檻的高度設(shè)計(jì)為0.5m，這對于整個(gè)礦井抗災(zāi)能力的提升是較為明顯的。同時(shí)，隨著原有設(shè)計(jì)中0.5m高度的降低，泵房在進(jìn)行施工時(shí)，整個(gè)施工過程更為簡單，水倉的標(biāo)高也實(shí)現(xiàn)了下降，水倉的有效容積也實(shí)現(xiàn)了增加。在該種設(shè)計(jì)條件下，水倉和其他巷道之間的交叉施工問題也得到了較好的解決。

2.2礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

在本礦井出現(xiàn)了涌水量明顯增加而導(dǎo)致礦井停產(chǎn)之后，對工作面的頂板與底板進(jìn)行了物探，根據(jù)得到的勘探結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，煤層底板的寒武系灰?guī)r水帶在礦壓和水壓的共同作用下，導(dǎo)致底板出現(xiàn)了灰?guī)r水突水，從而導(dǎo)致礦井涌水量明顯增加，針對這種情況，雖然進(jìn)行了注漿堵水，且進(jìn)行了底板加固，但是從處理效果來看，并沒有取得明顯的效果，因此，需要對整個(gè)礦井的礦井排水系統(tǒng)進(jìn)行針對性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）對布置情況進(jìn)行了優(yōu)化

首先是排水管路接入到礦井主井方案設(shè)計(jì)。排水管道只能布置在主井中，但是對管子如何進(jìn)入到主井中，需進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案：

方案1，管子道從清理撒煤硐室與箕斗裝載硐室之間開口接入；

方案2：排水管子從-600m的水平進(jìn)風(fēng)石門中進(jìn)入；

對比兩個(gè)方案，可以得到方案2的主要優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：其在主井井壁上不需要進(jìn)行重新開口，較好的保證了整個(gè)井壁的完整性，但由于-600m水平進(jìn)風(fēng)石門在主井井筒的聯(lián)接點(diǎn)較高，與主井底高差約62m，而泵房、變電所又不宜離主井太遠(yuǎn)，致使管子道的角度達(dá)45～60°，不能鋪設(shè)軌道，這對于施工來講是非常不利的，整體的工程量也非常大，所以，在進(jìn)行具體優(yōu)化時(shí)，本次應(yīng)當(dāng)選擇方案1。

（2）礦井排水系統(tǒng)總體布置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)礦井排水系統(tǒng)中管子道、變電所、泵房等具體的位置關(guān)系，設(shè)計(jì)了2個(gè)優(yōu)化方案：

方案1：水倉入口選在現(xiàn)有水倉清倉絞車硐室處，內(nèi)外水倉平行布置，與現(xiàn)有水倉成對稱形式；泵房布置在主井南側(cè)，與石門平行布置，與主井中心相距42.5m，泵房通道接入主井施工臨時(shí)繞道；變電所位于泵房北端，與泵房成135°，通道接入乘人車場；管子道從主井北側(cè)接入。

方案2：將礦井排水系統(tǒng)中水倉的入口位置設(shè)置在原清理撒煤硐室通道的交岔點(diǎn)的位置，將礦井排水系統(tǒng)的內(nèi)水倉全部布置在砂巖當(dāng)中，外水倉則需要穿過一段泥巖，水倉的多數(shù)需要布置在兩層不同的砂巖當(dāng)中，礦井的泵房設(shè)計(jì)在礦井主井的北側(cè)，同時(shí)，在泵房的南側(cè)布設(shè)礦井變電所，整個(gè)通道直接進(jìn)入到礦井的臨時(shí)入車?yán)@道中，管子道在進(jìn)行布設(shè)時(shí)，仍舊從主井北側(cè)進(jìn)行接入。

對比方案1、2，且根據(jù)礦井水倉當(dāng)前的使用情況，若將礦井水倉設(shè)計(jì)到砂質(zhì)泥巖、泥巖當(dāng)中，將會給水倉的安全使用帶來較大的隱患，整體的維護(hù)難度也會明顯增加，相對的費(fèi)用也較高。綜合考慮上述兩個(gè)方案，決定選擇方案2作為本次優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，這里主要考慮到需要確保礦井水倉的頂板和底板均留設(shè)有厚度超過1m的砂巖，同時(shí)將水倉的入口通道設(shè)計(jì)在垂直于石門的方向，與礦井主井中心的相距的距離為55m。內(nèi)水倉在進(jìn)行布置時(shí)，全部布置在砂巖層中，外水倉在進(jìn)行布置時(shí)，首先穿過砂質(zhì)泥巖層，約68m布置在28m寬的砂巖層中，再從33m寬的砂質(zhì)泥巖穿回，同內(nèi)水倉平行布置，接入吸水井。

除了對上述地點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化之外，在本次優(yōu)化時(shí)還對礦井的排水系統(tǒng)的水分入口通道及泵房通道接入等位置進(jìn)行了針對性的優(yōu)化，取得了較好的優(yōu)化效果。

3、結(jié)束語

通過在本礦井的排水系統(tǒng)中，采取上述針對性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從礦井排水系統(tǒng)后期的實(shí)際運(yùn)行情況來看，總體取得了非常好的排水效果，較好滿足了礦井排水工作的實(shí)際需求，保證了礦井生產(chǎn)的安全性。

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