淺談煤礦排水設施的選取

熊崇山，溫之法，孫德寧

淺談煤礦排水設施的選取

熊崇山1，溫之法2，孫德寧2

(1.中國國電集團公司，北京 100034;2.內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古 包頭 014010)

礦井水害一直是制約我國煤礦安全生產的重要因素之一，許多煤礦不同程度的受奧陶紀灰巖含水層的威脅，突水事故時有發生，研究選取合理的排水設施是礦井治理水害的基礎條件之一。以普勝煤礦水文地質條件為背景，收集大量資料，利用水文地質比擬法計算礦井涌水量，在分析研究礦井充水機理和水害成因的基礎上，對礦井的主要排水設施進行合理選取，提出礦井水害治理的技術措施和管理措施，對預防礦井水害，保證礦井安全生產有著重要意義，具有應用與推廣價值。

煤礦;排水設施;選取;防治水

我國煤田地質條件十分復雜，是世界上突水事故最嚴重的國家之一，礦井水害一直是制約我國煤礦安全生產的重要因素之一，受水威脅的煤炭儲量占探明儲量的27%，采礦中頻繁發生的地質災害嚴重威脅著煤礦的安全生產。貴州地區喀斯特地形廣布，煤礦水害尤其嚴重，經常發生煤礦透水事故，普盛煤礦為新建礦井，位于貴州省普定縣北西，地理坐標位置為：東經 105°39'04″～ 105°39'57″，北緯 26°24'07″～26°25'24″，周邊煤礦深受水害的影響，為了預防水害的發生，需采用合理的礦井排水設施。

1 礦井涌水量及其預測

礦區地貌形態為侵蝕地貌，大冶組灰巖及40余米厚的長興大隆組灰巖是主要含水層，喀斯特發育良好，富含巖溶水及裂隙水，有大量層間水，地下水補結主要靠降雨補結，有獨立排水系統，從礦井排水情況看，礦井正常涌水量為12 m3/h，最大涌水量在20 m3/h左右，但所提供的涌水量是礦井在建設期間的涌水量，并不能真實反映礦井開采過程中的涌水量。為搞好礦井涌水量預測，根據現開采面積為137 225 m2及涌水量，按水文地質比擬法預測礦井涌水量，計算公式如下：

式中：

Q預—預測涌水量，m3/h;

Q0—現礦井最大或正常涌水量，m3/h;

S0—現開采面積，m2;

S1—預測范圍的面積(各水平充分開采后最大平面積)，m2。

正常涌水量：

最大涌水量：

通過預計涌水量的計算，礦井充分開采后，全礦井正常涌水量Q預正為38 m3/h，最大涌水量Q預最為63 m3/h。

排水垂高：HP=64 m(在+1 175 m標高設置水倉，副斜井井口標高為+1 239 m)。

2 主要排水設施的選取

2.1 主要水泵型號選擇及臺數

2.1.1 水泵參數計算

所需水泵最小流量：

所需水泵最大流量：

水泵揚程：

HB=K1(Hx+Hp)=1.28 × (64+5.5)=89 m式中：

Hx—吸水高度，m，取 5.5;

Hp—排水高度，m;

K1—管路沿程損失系數，垂直管路取 1.1～1.15，傾斜管路取 1.25 ～1.3，該礦取 1.28。

2.1.2 水泵型號及臺數的確定

根據QBm和HB值，選擇額定值接近的DF46－30×4型多級分段式離心泵，其流量為55 m3/h，揚程為105.0 m;配備電機型號為 YB2－200L1 －2，功率30 kW。

根據《煤炭安全規程》規定，必須有工作、備用和檢修的水泵，備用水泵的能力應不小于工作水泵能力的70%，并且工作和備用水泵的總能力應能在20 h內排出礦井24 h的最大涌水量。檢修水泵的能力不小于工作水泵能力的25%。

因此，選用DF25－30×5型多級分段式離心泵1臺作為備用水泵，工作和備用水泵的總能力為50 m3/h大于38 m3/h。另選用DF25－30×3多級分段式離心泵1臺作為檢修水泵。

2.2 排水路選擇

1)排水管徑。

式中：

QB—水泵流量，m3/h;

Vp—排水管經濟流速，m/s，取 1.5 ～ 2.2，該礦取 1.5。

據此式可得dp值：

2)排水管路選擇。

根據以上計算，水泵的吸、排水管道管徑d121無縫鋼管(內徑116 mm，壁厚5 mm)，排水管設工作和備用水管各一趟。

以上涌水量并不是礦井正常生產時的實測數據，因此，所選水泵僅供參考，礦井在進行正常生產時必須進行涌水量的實測，根據實際涌水量采用相應的排水設備。

2.3 排水系統方案選擇結果

正式生產前，應測定礦井實際涌水量數據，重新計算相關內容。在今后的生產過程中應注意在接近積水地區掘進前或排放被淹井巷和積水前，必須編制探放水設計。另外密切觀察本礦井的實際涌水量，以防所選的水泵能力過小、排水能力不夠而產生水淹井的事故。

排水：礦井水經主斜井(自流)→井底水倉(水泵)→副斜井→地面(自流)。

根據礦井涌水量資料，礦井主要巷道排水溝暫按上寬300 mm、下寬200 mm、高250 mm設計，混凝土砂漿澆鑄，礦井宜根據實際涌水量通過計算重新設計排水溝斷面。

2.4 水倉布置及容量

井底主要水倉必須有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。礦井在主斜井底部設水倉。按礦井正常涌水量20 m3/h，按8 h正常涌水量計算，水倉有效容量為20×8=160 m3。

2.5 主要水泵房和通道布置及安全出口

井下水泵房布置按相關規程選用。3臺水泵可共用1個吸水井，但其濾水器邊緣間的距離不得小于吸水管直徑的2倍。

本礦井底排水泵房設有2個安全出口，1個出口與風井相連，該通道高出水泵房底板7 m，遇有水患時，人員可由該通道撤入風井;另一個通道與管子道合二為一，通到副斜井，在此出口通路內，應設置易于關閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應設置可靠的控制閘門。

3 礦井防治水綜合措施

為了有效達到治理水害的目的，還需采取其他措施共同預防水害的發生。

3.1 地面防水

在地面修筑排水工程和采取隔水防滲措施，以限制大氣降水、地表水和淺部地下水充入或滲入礦井以免造成水害、水災。

3.2 井下防水

1)防水煤(巖)柱。與相鄰礦井開采同一煤層時，在邊界處留設保護煤柱，嚴禁破壞煤柱和越界開采;在小窯分布區，應留設防水煤柱;煤層接近導水斷層時，應預留煤柱;在村寨比較集中的下面開采，應按規定留設安全煤柱。

2)防閘門和防水墻，便于突水時隔離巷道和封閉采區，保證礦井安全。

3)井下探(放)水。接近有積水威脅的老窯和導水斷層時、開拓“石門”接近含水層或含水構造時、煤層受頂底板含水層威脅時、工作面潮濕、淋水和有出水預兆時都應按設探水線探水。

3.3 地表疏干

地表疏干主要應用于預先疏干階段，其次用于開采階段，在地表打鉆到預先疏于含水層或老窯內，用深井泵或潛水泵從相互干擾的孔洞中把水抽出地表，使開采地段處于疏干降落漏斗之下。

3.4 地下疏干

本次調查在掘進中(或回采)過程中，頂板局部出現少量滴水現象，以裂隙水的形式滲入。主要為巷道(或采空區)形成后，裂隙溝通地表水滲入巷道，須通過巷道邊溝流入標高較低的水倉，積水倉設置2臺功率大、揚程高的離心泵，通過排水管用水泵排出。離心泵為該礦主要排水設備。

3.5 聯合疏干

同時采用地表與地下兩種疏干方式，能在最短的時間內降低剩余水壓，又能有效地疏干強含水層和充水老窯。

［1］ 尹尚先.煤礦區突(涌)水系統分析模擬及應用［D］.北京：中國礦業大學，2002.

［2］ 熊崇山，王家臣.承壓水上礦井開采優化設計［J］.煤炭工程，2005(1)：10－11.

Discussion on the Selection of Coal Mine Drainage Facilities

Xiong Chong－shan，Wen Zhi－fa，Sun De－ning

Coal mine flood is always one of the important factors which restrict our country coal mine safety production，many collieries in our country suffer from the Ordovician period Krast containing water outburst frequently，the research on how to select the reasonable drainage facilities is one of the basic conditions.On the basis of Pusheng coal mine geological condition，collecting large amounts of data，using hydrogeologic analogy to count the water inflow，based on the study of the mechanism of water inrush and the water disaster origin，the technology and measures of the control of water disaster have been put forward.Selecting the main drainage facilities reasonably is very important for the prevention of mine water disaster and ensuring mine safety，it is valuable to popularize and apply.

Coal mine;Drainage facilities;Selection;Prevention and control of flood

TD74

A

1672－0652(2011)11－0011－03

2011－10－29

熊崇山(1961—)，男，內蒙古商都人，1983年畢業于山西礦業學院，教授級高級工程師，主要從事礦山壓力及其控制和采礦工藝方面的教學與科研工作，(E－mail)wenzhifa@126.com