母杜柴登煤礦排水系統(tǒng)改造方案研究

趙枝業(yè)

（中煤西安設(shè)計工程有限責任公司，陜西 西安 710054）

1 礦井概況

母杜柴登井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝煤田的呼吉爾特礦區(qū)的東南部，批復開采標高+760～+400 m，井田面積55.312 2 km2，批復礦井生產(chǎn)能力6.00 Mt/a。

隨著開采范圍擴大及工作面接續(xù)順序的調(diào)整，井下涌水量也增大，成為制約煤礦生產(chǎn)的主要因素。現(xiàn)主排水及盤區(qū)排水系統(tǒng)水泵排水能力、管路和水倉容量均不符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，因此井下排水系統(tǒng)須進行改造[1-6]，方可滿足安全生產(chǎn)需求。

2 礦井涌水量及排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 礦井涌水量情況

目前已有的排水系統(tǒng)及排水設(shè)備根據(jù)礦井正常涌水量1546 m3/h、最大涌水量2165 m3/h進行設(shè)計和建設(shè)。

但是，礦井目前（2021年5月觀測記錄）正常涌水量2582 m3/h，最大涌水量3030 m3/h，302盤區(qū)涌水量2537 m3/h，301盤區(qū)涌水量45 m3/h。

中煤能源研究院有限責任公司2021年編制完成了《鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責任公司母杜柴登煤礦礦井涌水量預計報告》，報告采用“比擬法”計算結(jié)果，預測礦井正常涌水量為3705 m3/h，最大涌水量為4816 m3/h。

礦井目前井下正常涌水量呈上升趨勢，井下主排水、抗災排水系統(tǒng)排水壓力增大。為解決礦井存在的防治水問題，消除水害防治存在的突出隱患，保障排水系統(tǒng)的可靠性，嚴防透水事故的發(fā)生，對目前井下排水系統(tǒng)按礦井最新涌水量進行擴容改造設(shè)計研究。

2.2 設(shè)備現(xiàn)狀

目前井下已有排水系統(tǒng)包括聯(lián)合布置在副立井井底附近的主排水系統(tǒng)、抗災排水系統(tǒng)，另外在302盤區(qū)設(shè)置有302盤區(qū)排水系統(tǒng)。

2.2.1 主排水系統(tǒng)

主排水系統(tǒng)硐室包含主排水泵房、管子道、井底水倉，布置在副立井井底附近，位于3-1煤中。井下主排水泵房、主變電所采取聯(lián)合布置，主排水泵房長67 m。井底水倉長度約為930 m，有效容積為10 358 m3，水倉清理采用新一代水倉自動清理系統(tǒng)。

2.2.2 抗災排水系統(tǒng)

抗災排水水泵設(shè)置在井底水倉附近，與井下副水倉聯(lián)通，抗災排水水量按最大涌水量2165 m3/h進行設(shè)計建設(shè)，抗災排水泵房布置在井底水倉入口處，與井底水倉通過吸水巷道連接。泵房最大凈斷面面積按41.21 m2計算，泵房及通道長度約為90 m。

2.2.3 302盤區(qū)排水系統(tǒng)

在302盤區(qū)設(shè)置302盤區(qū)排水泵房、302盤區(qū)水倉。302排水系統(tǒng)通過接力方式到井底水倉。

302盤區(qū)水泵房布置在3-1煤西翼輔助運輸大巷中部位置，長度39 m。302盤區(qū)配套水倉長度約為460 m，水倉容量4500 m3，安裝5臺礦用排沙潛水泵，流量725 m3/h，敷設(shè)3趟Φ377 mm鋼管，經(jīng)3-1煤西翼大巷排至井下主水倉。

井下現(xiàn)有排水系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀平面布置圖

3 排水系統(tǒng)改造方案

根據(jù)礦井實際情況，結(jié)合現(xiàn)有排水系統(tǒng)位置，對井下排水系統(tǒng)擴容提出兩個方案。

3.1 方案一：擴建302盤區(qū)排水系統(tǒng)+新建二號抗災排水泵房

3.1.1 擴建302盤區(qū)排水系統(tǒng)

為保證主排水系統(tǒng)和302盤區(qū)排水系統(tǒng)排水能力，同時在改擴建期間維持現(xiàn)有主排水系統(tǒng)正常運行，僅對302盤區(qū)排水系統(tǒng)改造，作為井下二號主排水系統(tǒng)，在滿足全礦井正常涌水量的同時，也保證了302盤區(qū)排水需求。

（1）擴建302盤區(qū)水倉

主排水系統(tǒng)排水能力按礦井正常涌水量3705 m3/h計算，井下原主排水系統(tǒng)承擔1546 m3/h，302盤區(qū)排水系統(tǒng)（二號主排水系統(tǒng)）還需要承擔2159 m3/h的礦井涌水量。該方案302盤區(qū)水倉容量滿足4 h盤區(qū)正常涌水量：2860×4=11 440 m3，擴建容量 為11 440-4500=6940 m3（取7000 m3）。302盤區(qū)水倉新建兩環(huán)，滿足擴建后水倉的容量。

（2）擴建302盤區(qū)水泵房及配電室

水倉容量增加后排水能力要同步提升，須同時擴建302盤區(qū)水泵房及配電室等。水泵房向西部延伸，配電室向東部延伸。擴建后與302盤區(qū)泵房原配水巷貫通，將302盤區(qū)排水系統(tǒng)分成兩部分，一部分采用新增排水設(shè)備通過管路鉆孔直排地面，另一部分采用已有的302盤區(qū)水泵繼續(xù)接力排水到井底水倉。

3.1.2 新建二號抗災排水系統(tǒng)

新建二號抗災排水系統(tǒng)可選在現(xiàn)有抗災排水泵房北部或在302盤區(qū)水倉附近新建。考慮到抗災排水管路及控制電纜敷設(shè)長度，推薦在現(xiàn)有抗災排水泵房北部新建二號抗災排水泵房，與現(xiàn)有抗災排水泵房聯(lián)合布置，已有抗災排水泵房更名為一號抗災排水泵房。泵房一側(cè)與井底車場相連，另一側(cè)與30201工作面帶式輸送機巷相連。在二號抗災排水泵房對應(yīng)地面位置施工抗災排水管路直排鉆孔3個（Ф426 mm管路），電纜鉆孔1個（Ф377 mm管路），供擴建后的抗災排水泵房使用。

排水系統(tǒng)改造方案一平面布置如圖2。

圖2 方案一平面布置圖

3.2 方案二：擴建現(xiàn)有主排水系統(tǒng)+新建二號抗災排水泵房+擴建302盤區(qū)排水系統(tǒng)

3.2.1 擴建現(xiàn)有主排水系統(tǒng)

（1）擴建井底水倉

在現(xiàn)有井底水倉基礎(chǔ)上新增1環(huán)，施工長度650 m，增加容量為7000 m3，加上已有的井底水倉容量10 358 m3，水倉擴容后容積共17 358 m3，滿足礦井涌水對水倉的需要。新增一環(huán)水倉布置于煤層底板的穩(wěn)定巖層中，標高為+635 m左右。新增1環(huán)水倉與原主水倉連接，與原主水倉直接連接并共用吸水井。

（2）擴建井下主排水泵房

水倉容量增加后排水能力要同步提升。受水泵房北部主變電所位置所限，水泵房向南部延伸擴建，主變電所向北延伸，滿足新增水泵配電室。

新建二號抗災排水系統(tǒng)同方案一。

3.2.2 擴建302盤區(qū)排水系統(tǒng)

目前水倉容量為4500 m3，按302盤區(qū)涌水量計算，302盤區(qū)水倉容量為11 440 m3，涌水量在現(xiàn)有盤區(qū)水倉基礎(chǔ)上新建外部兩環(huán)水倉，新建水倉容量為7000 m3。擴建后水倉整體容量為4500+7000=11 500 m3。為匹配擴建后水倉的容量，須同時擴建302盤區(qū)水泵房、水泵房配電室等，擴建完成后302盤區(qū)水倉繼續(xù)接力排水到井底水倉。新增水泵排水管路沿大巷鋪設(shè)。

4 礦井排水系統(tǒng)擴容方案比選

兩個排水系統(tǒng)擴容方案抗災排水系統(tǒng)擴建方案一致，只是主排水系統(tǒng)和302盤區(qū)排水系統(tǒng)方案不同，從技術(shù)和經(jīng)濟投資兩方面進行比較。

4.1 技術(shù)比較

4.1.1 方案一優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)點：① 盤區(qū)水倉擴建位置較為寬闊，水倉施工方案可做多種選擇。② 目前礦井涌水主要來自302盤區(qū)，礦井水清污水量比例相差不大時，可以將內(nèi)兩環(huán)排水系統(tǒng)作為排污專用系統(tǒng)，接力排至井底車場；將外兩環(huán)排水系統(tǒng)作為排清專用系統(tǒng)，直排至地面。

（2）缺點：① 施工直排孔需在鐵路沿線附近額外征地，直排鉆孔對地面、井下的位置選擇產(chǎn)生制約。② 直排地面后排水管路須沿鐵路環(huán)線敷設(shè)至工業(yè)廣場深度水處理站，管路長度增加，且在冬季使用時考慮保溫措施，防止凍堵管。

4.1.2 方案二優(yōu)缺點分析

（1）優(yōu)點：① 井下主水倉擴容增加一環(huán)后與原井底主水倉形成一個整體水倉，可一并進行清淤，共用清挖設(shè)備。② 新增一環(huán)水倉與原有主水倉連接，井下主排水系統(tǒng)布局規(guī)整。③ 方便主排水系統(tǒng)日常管理。

（2）缺點：① 水倉擴容施工時與原主水倉連接貫通時，施工難度較大，且須施工三處立交。②水倉新增一環(huán)后水倉容積富余較多，若在已有的井底水倉的基礎(chǔ)上新增一個內(nèi)環(huán)，由于空間有限，長度僅為170 m，水倉容積較小，內(nèi)環(huán)擴容意義不大。

綜上所述，經(jīng)過技術(shù)比較，方案一在302盤區(qū)排水系統(tǒng)上擴建，作為二號主排系統(tǒng)，不影響現(xiàn)有主排水系統(tǒng)正常使用，僅通過改擴建302盤區(qū)排水系統(tǒng)就可實現(xiàn)全礦井和302盤區(qū)排水需求，同時實現(xiàn)井下排水清污分流，從施工難度和工程量等方面考慮都具有明顯優(yōu)勢。雖地面排水距離較遠，征地費用高，但位于鐵路保護煤柱內(nèi)，維護方便。

4.2 經(jīng)濟比較

對兩個方案投資比較見表1。

由表1可知，方案一投資較方案二低5846萬元，主要體現(xiàn)在井巷工程、設(shè)備安裝費用，因此方案一在投資方面具有明顯優(yōu)勢。

表1 各方案經(jīng)濟比較表

續(xù)表：

4.3 結(jié)論

從上述方案看，方案一在技術(shù)和經(jīng)濟方面有明顯優(yōu)勢，推薦在302盤區(qū)排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴建，形成二號主排水系統(tǒng)，在現(xiàn)有抗災排水泵房北部新建二號抗災排水泵房，與現(xiàn)有抗災排水泵房聯(lián)合布置。

5 結(jié)語

由于生產(chǎn)接續(xù)發(fā)生較大變化，原有涌水量預測結(jié)果已不能滿足生產(chǎn)需求，因此制定立足長遠、著眼全局、切實可行的礦井排水系統(tǒng)改造方案，以保障礦井安全、綠色生產(chǎn)。本文通過對母杜柴登礦排水系統(tǒng)改造的方案性探討研究，對呼吉爾特礦區(qū)煤礦排水系統(tǒng)的改造提供了有益的參考和借鑒。