劉莊煤礦潛水泵排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：針對(duì)劉莊煤礦開采過程中水文地質(zhì)條件的變化，適時(shí)增設(shè)潛水泵排水系統(tǒng)，以增強(qiáng)礦井的抗災(zāi)能力。文章從增設(shè)潛水泵系統(tǒng)的必要性，系統(tǒng)相關(guān)管路、巷道的布置，設(shè)備選型與安裝以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益等方面對(duì)比與分析，以期為煤礦工程實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：潛水泵；排水系統(tǒng)；抗災(zāi)設(shè)計(jì)；煤礦開采；礦井安全生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD442 文章編號(hào)：1009-2374（2015）12-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.022

煤礦水害一直是威脅礦井安全生產(chǎn)的重要因素。近年來，隨著煤炭開采的進(jìn)行，一些礦井的水文地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，礦井涌水量的增加、老空區(qū)積水的影響，制約著井下開采。適時(shí)增設(shè)礦井潛水泵系統(tǒng)，可以大大提高礦井的抗災(zāi)能力。

1 潛水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景

劉莊煤礦一水平正常涌水量為550m3/h，最大涌水量為960m3/h。礦井-762m水平主排水系統(tǒng)水倉有效容量為5018m3，水泵由5臺(tái)HDM420×10型泵組成。礦井在副井敷設(shè)四趟主排水管路，管路為Ф325mm的無縫鋼管，每趟長1350m，井下污水一次由副井直接排至地面凈化水處理站。

礦井建設(shè)初期，由于水文地質(zhì)類型相對(duì)簡(jiǎn)單，因而并未建設(shè)潛水泵排水系統(tǒng)。近年，井田確認(rèn)發(fā)現(xiàn)陷落柱，水文地質(zhì)條件升級(jí)為復(fù)雜。《煤礦安全規(guī)程》第273條規(guī)定：“水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水淹井危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)當(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門或在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上另外安設(shè)具有獨(dú)立供電系統(tǒng)且排水能力不小于最大涌水量的潛水泵。”且礦井后期開采1煤時(shí)，底板灰?guī)r水將影響礦井安全回采。礦井決定建立潛水泵排水系統(tǒng)，以增強(qiáng)其抗災(zāi)能力。

2 系統(tǒng)相關(guān)的管路及巷道布置

由于礦井最初設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)留潛水泵排水的管路空間與井下的泵房硐室，因而需要重新進(jìn)行方案比選，布設(shè)管路，掘進(jìn)巷道。

2.1 管路布設(shè)

排水管路設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了三種方案：（1）在地面布設(shè)2個(gè)排水鉆孔，在鉆孔中布置2路排水管；（2）在地面布設(shè)1個(gè)排水鉆孔，在鉆孔中布置1路排水管，另與礦井主排水系統(tǒng)共用1條管路；（3）潛水泵的兩路排水管路都與礦井主排水系統(tǒng)共用，不另外增設(shè)鉆孔。

前兩個(gè)方案都需要增設(shè)鉆孔，耗資巨大，經(jīng)過方案比選，決定與礦井主排水系統(tǒng)共用管路，不另外增設(shè)

鉆孔。

《煤礦安全規(guī)程》第278條規(guī)定：“工作水泵的能力，應(yīng)當(dāng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。”“工作和備用水泵的總能力，應(yīng)當(dāng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。”礦井一水平正常涌水量為550m3/h，最大涌水量為960m3/h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，礦井單泵排水流量最小為380m3/h，2臺(tái)工作泵之和最小為760m3/h，排水量滿足規(guī)程要求。礦井1#、3#泵共用1條管路運(yùn)行時(shí)排水能力為702.8m3/h，2#、5#泵共用1條管路時(shí)排水能力為764m3/h，兩條排水管路最大排水總能力為1466.8m3/h，排水量亦滿足規(guī)程要求。因而，礦井主排水系統(tǒng)只需2條管路排水即可滿足要求，另外兩條管路能夠?yàn)闈撍盟茫瑢?shí)際運(yùn)行時(shí)，潛水泵占用的2條管路與礦井2條主排水管路之間可相互

切換。

井下潛水泵管路在中央水泵房與礦井主排水管路連接，經(jīng)管子道由副井一次排至地面凈化水處理站。

2.2 巷道布置

潛水泵排水管路的布置方式?jīng)Q定了硐室巷道需要布置在副井井底車場(chǎng)附近，以利于井下管路與主排水管路的連接。經(jīng)過綜合考慮，決定將-762m潛水泵排水系統(tǒng)硐室設(shè)置在中央水泵房與內(nèi)水倉之間，巷道包括硐室通道、檢修硐室、斜巷段、潛水泵硐室和配水巷等幾

部分。

硐室通道及檢修硐室巷道寬度4200mm×高度3900mm，錨網(wǎng)索噴+U型棚支護(hù)，壁厚注漿，噴厚150mm，在底板增打錨桿并澆筑地坪。

斜巷段寬度4200mm×高度3600mm，錨網(wǎng)索噴+U型棚支護(hù)，壁厚注漿，噴厚150mm并澆筑地坪。

潛水泵硐室寬度6000mm×高度5500mm，錨網(wǎng)噴+加密錨索+U型棚支護(hù)并加設(shè)反底拱，壁厚注漿。巷道噴厚150mm并澆筑地坪。

配水巷寬度3000mm×高度2380mm，錨網(wǎng)索噴支護(hù)，噴厚150mm，澆筑地坪200mm。

在硐室通道設(shè)置1道密閉門，在內(nèi)水倉撥門處設(shè)置1道溢水擋墻，斜坡段設(shè)置護(hù)手和行人階梯。

主排水硐室有效體積估算為430.2m3，蓄水量能夠滿足一臺(tái)泵試驗(yàn)1小時(shí)所需的水量275m3。

3 設(shè)備選型與安裝

3.1 管路型號(hào)

敷設(shè)在副井的4路主排水管路為Ф325×18無縫鋼管，井下亦考慮安設(shè)四趟Ф325×18的潛水泵排水管。

3.2 泵型選擇

考慮水泵安裝及維修，決定選用臥式泵，泵型為BQ275-1070/28-1400/DW-S，設(shè)4臺(tái)，二用二備，單泵揚(yáng)程為1070m，泵效率為78%，轉(zhuǎn)速為1470r/min，電機(jī)額定功率為1400kW，額定電壓為10kV，額定頻率為50Hz，電機(jī)效率為92.5%，功率因數(shù)為0.847。當(dāng)4臺(tái)泵同時(shí)開動(dòng)時(shí)，共用主排水系統(tǒng)2路排水管路的總排水能力預(yù)計(jì)為1100m3/h，大于礦井最大涌水量960m3/h，滿足規(guī)程要求。

礦井后期開采1煤時(shí)，涌水量增加，當(dāng)潛水泵排水能力不足時(shí)，可改用BQ550-850/10-2000/DW-S型泵。

3.3 電纜布置

劉莊煤礦-762m潛水泵排水系統(tǒng)兩路進(jìn)線電源分別引自礦井地面110kV變電所10kV不同母線段，采用地面專供方式。根據(jù)供電負(fù)荷及設(shè)計(jì)要求，每段由2根ZR-YJV22-10kV 3×185電纜組成，沿電纜橋架敷設(shè)，引進(jìn)-762m潛水泵地面電氣控制室，總長700m。-762m潛水泵排水系統(tǒng)地面電氣控制室位于礦井主井東側(cè)，空氣加熱室北側(cè)。

潛水泵井下供電電纜由-762m潛水泵地面電氣控制室至矸石井井口，由矸石井井口至矸石井裝載硐室，然后沿矸石倉下口聯(lián)巷至進(jìn)風(fēng)二石門向南，再轉(zhuǎn)至進(jìn)風(fēng)一石門向北，經(jīng)原-762m主排水泵房北門進(jìn)入-762m潛水泵房，長約1700m。

電纜在矸石井中敷設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)了專門的防砸裝置。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

劉莊煤礦潛水泵排水系統(tǒng)巷道及設(shè)備安裝預(yù)計(jì)投入2305萬元，相比利用鉆孔專用排水管路，在保證排水能力的前提下節(jié)省了地面施工鉆孔的開支（1個(gè)鉆孔：6000×762=457萬元；2個(gè)鉆孔：6000×762×2=914萬元），大大減少了礦井的費(fèi)用支出，實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)一體化。

5 結(jié)語

目前，劉莊煤礦已經(jīng)完成了潛水泵硐室的掘進(jìn)，水泵、管路等設(shè)備安裝也將分步進(jìn)行，潛水泵排水系統(tǒng)將增強(qiáng)礦井的抗災(zāi)能力，為礦井安全保駕護(hù)航。借鑒國內(nèi)潛水泵設(shè)計(jì)和使用的經(jīng)驗(yàn)，劉莊煤礦潛水泵系統(tǒng)安裝使用時(shí)還應(yīng)注意以下問題：（1）礦井開采1煤，受底板灰?guī)r水影響，涌水量將增加，當(dāng)?shù)V井主排水系統(tǒng)用2路主排管路不能滿足排水要求時(shí)，建議增設(shè)排水鉆孔；（2）潛水泵使用過程中，要及時(shí)清理硐室雜物，防止泥沙淤積，影響排水效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

[2] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[3] 高禮奎.新集二礦增設(shè)潛水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2014，46（2）.

[4] 趙書忠，張曉四，宋建國.礦用潛水泵在煤礦抗災(zāi)強(qiáng)排系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2011，（6）.

作者簡(jiǎn)介：李沖（1986-），男，安徽淮南人，國投新集安徽設(shè)計(jì)研究院有限公司助理工程師，研究方向：采礦設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）