東歡坨煤礦潛水泵排水系統(tǒng)設(shè)計方案

宋　剛，李永強(qiáng)

（中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

東歡坨煤礦潛水泵排水系統(tǒng)設(shè)計方案

宋剛，李永強(qiáng)

（中煤邯鄲設(shè)計工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

摘要：針對東歡坨煤礦復(fù)雜的水文地質(zhì)條件及排水系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了潛水泵排水系統(tǒng)與現(xiàn)有排水系統(tǒng)相結(jié)合的排水解決方案。采用斜式泵井布置方式，可有效減少井巷工程量，減少投資及加快施工速度，工程實施后實際使用效果達(dá)到了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：東歡坨煤礦；潛水泵排水系統(tǒng)；斜式泵井

近年來潛水泵排水系統(tǒng)已被證明是一種積極有效的防治水措施，與防水閘門相比其具有更強(qiáng)的適應(yīng)性、主動性和可靠性，尤其對于水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水淹井危險的礦井，設(shè)置潛水泵排水系統(tǒng)可有效減小突水淹井的幾率或延緩?fù)凰途畷r間，為人員撤出及搶險救援贏得時間［1］。

東歡坨煤礦礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a，采用立井開拓方式。現(xiàn)有兩個生產(chǎn)水平，分別為-500 m水平和-690 m水平，其中-690 m水平為續(xù)建新增水平。由于礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，-690m水平帶壓近7 MPa，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，需在井下設(shè)置防水閘門或潛水泵排水系統(tǒng)，以保證-690 m水平安全開采。因礦井已生產(chǎn)多年，巷道系統(tǒng)復(fù)雜，不具備施工防水閘門的條件，而在-690m水平設(shè)置潛水泵排水系統(tǒng)，可有效提高礦井整體排水抗災(zāi)能力，在透水事故發(fā)生時，可將-690 m水平涌水及時排出，避免淹井或延緩?fù)凰途畷r間。

1　礦井水文地質(zhì)概況

東歡坨煤礦是水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井。井田位于車軸山向斜的東南翼，上部被松散的第四系沖積層覆蓋，煤系地層為石炭二疊系地層，煤系地層含水層主要賦存于砂巖裂隙之中，煤系地層下伏中奧陶系石灰?guī)r，裂隙、巖溶發(fā)育，含水豐富。第四系底部卵礫石層孔隙水、石炭二疊系砂巖裂隙水與奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水組成了井田承壓水力系統(tǒng)，其中對礦井開采影響最大的為奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層組，該含水層組是我國典型水害之一。由于奧陶系灰?guī)r含水層巖溶裂隙發(fā)育具有不均一性，且該含水層水位標(biāo)高為-5m左右，煤層帶壓嚴(yán)重，加之隱伏斷層、陷落柱等構(gòu)造形成的導(dǎo)水通道，使該含水層為礦井的安全開采帶來了很大的威脅［2］。

2　礦井排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

東歡坨煤礦現(xiàn)有兩個生產(chǎn)水平，分別為-500m水平和-690m水平，上述兩個水平已建有正常的礦井主排水系統(tǒng)。

1）-500 m水平排水設(shè)備。-500 m水平涌水量：正常涌水量1 359m3/h，最大涌水量3 030m3/h。-500 m水平設(shè)置有主排水泵房，泵房內(nèi)安裝有MD450-60×10型多級離心泵14臺，配套防爆電動機(jī)，1 050 kW、6 kV、1 487 r/min；排水管路為4 趟DN400無縫鋼管管路，沿主井井筒敷設(shè)至地面。-500m水平主排水泵房最大排水能力為5 400m3/h。

2）-690 m水平排水設(shè)備。-690 m水平涌水量：正常涌水量2 202m3/h；最大涌水量3 144m3/h。-690 m水平設(shè)置有主排水泵房，泵房內(nèi)安裝有MD420-93×9型多級離心泵14臺，配套防爆電動機(jī)，1 600 kW、6 kV、1 489 r/min；排水管路為5 趟DN400無縫鋼管管路，沿副井井筒敷設(shè)至地面。-690m水平主排水泵房最大排水能力為4 700m3/h。

3　潛水泵排水系統(tǒng)設(shè)計方案

潛水泵排水系統(tǒng)設(shè)置的位置對于其能否發(fā)揮作用至關(guān)重要。奧陶系灰?guī)r含水層本含水層水位標(biāo)高為-5 m左右，-690 m水平最大帶壓近7 MPa，最下部的12-1煤底板距奧灰頂面的隔水層平均厚度約為170m，開采引起的底板破壞深度取10m，其突水系數(shù)最大為0.044 MPa/m；-500 m水平最大帶壓近5MPa，其突水系統(tǒng)最大為0.031MPa/m。深部的-690 m水平由于所受水壓大，較-500 m水平突水危險更大，因此考慮將潛水泵排水系統(tǒng)設(shè)置在深部的-690m水平，結(jié)合礦井實際生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)防突水量4 000m3/h。根據(jù)礦井現(xiàn)有排水系統(tǒng)能力、礦井正常涌水量及設(shè)防水量，提出了兩種-690m水平潛水泵排水系統(tǒng)解決方案：

1）為直排地面方案。突水時-690 m水平潛水泵將事故涌水直排地面。

該方案的提出主要考慮到礦井正常涌水與事故狀態(tài)突水的排出相對獨立，潛水泵系統(tǒng)排水管路直通地面，即現(xiàn)有臥泵與潛水泵各自形成獨立的系統(tǒng)，礦井總的排水能力較大，但由于該方案潛水泵排水系統(tǒng)的排水高度大，需選用大流量高揚(yáng)程的潛水泵，電機(jī)功率大，設(shè)備投資高，同時礦井現(xiàn)有的井筒斷面中已無單獨布置排水管路的空間，需要由地面布置大直徑排水鉆孔至-690 m水平，排水鉆孔投資高，施工及安裝難度大。

2）為接力排水方案。突水時將事故涌水由-690 m水平排至-500 m水平，再由-500 m水平主排水泵房臥泵排至地面。

該方案最大限度利用了各水平主排水泵房內(nèi)臥泵與新增潛水泵排水能力。-500 m水平的臥泵排水能力為5 400 m3/h，-500 m水平正常涌水量為1 359 m3/h，該水平臥泵富裕排水能力約4 000 m3/h。-690m水平臥泵排水能力為4 700m3/h，該水平臥泵采用直排地面的布置方式，新增-690m水平潛水泵系統(tǒng)排水能力設(shè)置為4 000 m3/h（3臺泵），利用-500 m水平富裕排水能力，使全礦井的正常排水、事故狀態(tài)排水有機(jī)結(jié)合，達(dá)到提升礦井整體排水能力的目的。由于現(xiàn)有井筒內(nèi)已無空間布置排水管路，因此-690m水平潛水泵排水管路考慮利用反井鉆機(jī)施工的暗排水鉆孔敷設(shè)至-500 m水平。

3）兩個方案的比較分析。方案一最大的優(yōu)點為潛水泵系統(tǒng)與臥泵排水系統(tǒng)相對獨立，礦井總的排水能力大，但該方案缺點亦比較突出，具有井巷及設(shè)備投資高、施工安裝難度大等缺點；方案二通過合理布置潛水泵排水系統(tǒng)使之與現(xiàn)有臥泵排水系統(tǒng)形成合力，既提高了設(shè)備的利用率，又最大化了礦井的總排水能力，同時具有井巷工程量省、投資少的優(yōu)點，故最終確定采用方案二，即在-690m水平設(shè)置潛水泵排水系統(tǒng)，管路通過排水鉆孔敷設(shè)至-500m水平井底水倉，再由-500 m水平臥泵排至地面的方案。

4　潛水泵井布置形式

近年來隨著煤炭行業(yè)的發(fā)展及各企業(yè)對防治水工作的高度重視，潛水泵抗災(zāi)強(qiáng)排水系統(tǒng)在水文地質(zhì)條件復(fù)雜和有突水淹井危險的礦井應(yīng)用逐漸增多，其布置形式亦呈現(xiàn)了多種方式，立式、臥式、斜式均有一定數(shù)量的應(yīng)用［3］。東歡坨煤礦潛水泵排水系統(tǒng)實施之際，布置形式均為立式布置，例如九龍煤礦、梧桐莊煤礦、單侯煤礦等。

在東歡坨煤礦潛水泵排水系統(tǒng)布置方式上，創(chuàng)造性的提出了斜式泵井布置方式，即將立式的泵井改為1條15°斜式泵井，與-690m水平主水倉標(biāo)高相同位置通過1條配水通道相連，配水通道內(nèi)設(shè)閘板，可有效阻擋煤泥等雜質(zhì)，泵井上部采用平巷與現(xiàn)有井底車場巷道相連，潛水泵下方安裝有滾輪，可沿軌道下放至配水通道標(biāo)高以下的斜式泵井內(nèi)。該種布置形式有效的節(jié)省了立式泵井的安裝檢修通道，設(shè)備安裝維護(hù)方便，水泵位置調(diào)節(jié)簡單，泵井清理方便，與水倉聯(lián)系順暢。潛水泵井布置見圖1。

圖1 潛水泵井布置平、剖面圖

5　潛水泵井、排水鉆孔支護(hù)方式

結(jié)合設(shè)備布置需要及圍巖條件，潛水泵井采用半圓拱形斷面布置形式，斷面凈寬6.0 m，凈高4.5 m，鋪設(shè)900 mm軌距軌道，采用錨網(wǎng)噴+錨索聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿選用φ20 mm×2 200 mm螺紋鋼錨桿，錨桿間排距800 mm，錨索選用φ17.8 mm× 8 200 mm的1860級鋼絞線，間排距1 600mm，鋼筋網(wǎng)采用φ6.5mm圓鋼制作。

排水鉆孔直徑1.4 m，鉆孔深度190m，采用反井鉆機(jī)施工，為方便反井鉆機(jī)施工，在-500m水平排水鉆孔開口處設(shè)置1個鉆孔施工及管路安裝硐室，硐室高10 m，在硐室頂端安裝有起吊鋼梁，擔(dān)負(fù)排水管路安裝起吊任務(wù)，鉆孔施工完畢后及時安裝管路，為防止鉆孔風(fēng)化塌孔，待管路安裝完畢后用砂漿將排水鉆孔充填密實。

6　實際工程效果

工程實施后，由-500 m水平的潛水泵排水系統(tǒng)配電控制室實現(xiàn)對潛水泵啟停的遠(yuǎn)程控制，潛水泵運行狀態(tài)良好，極大提高了-690 m水平應(yīng)對突水事故發(fā)生的排水能力；設(shè)備需檢修時，通過拆除與潛水泵連接端的可拆卸段，即可將潛水泵提至上部平段進(jìn)行檢修維護(hù)；潛水泵井內(nèi)淤泥的定期清理通過軌道礦車即可實現(xiàn)。

7　結(jié)束語

潛水泵抗災(zāi)強(qiáng)排水系統(tǒng)較傳統(tǒng)的防水閘門具有更強(qiáng)的適應(yīng)性、主動性。設(shè)計針對東歡坨煤礦復(fù)雜水文地質(zhì)條件而提出的新增潛水泵排水系統(tǒng)與現(xiàn)有礦井主排水系統(tǒng)相結(jié)合的方案，從根本上提高了礦井整體的排水能力，使得上述兩套排水系統(tǒng)的作用得到有效發(fā)揮，極大提高了礦井抵御水害的能力；提出的斜式泵井布置方式，解決了投資高、工程量及施工難度大等立式泵井面臨的難題，對于提高工程施工速度、降低工程造價具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］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，2012（6）：62-63.

［2］田洪勝，洪溢清，馬亞杰.開灤東歡坨礦水文地質(zhì)特征及防治對策［J］.地下水，2009，31（3）：110-113.

［3］李占山.貴石溝井趙家分區(qū)潛水電泵排水系統(tǒng)設(shè)計方案［J］.煤炭工程，2015，47（4）：8-11.

（編輯：樊敏）

中圖分類號：TD 744

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5050（2016）03-024-03

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.007

收稿日期：2015-12-23

作者簡介：宋剛（1982-），男，山東青州人，大學(xué)本科，工程師，從事礦井設(shè)計工作。

Design of Drainage System of Submersible Pulp in Donghuatuo M ine

SONG Gang,LIYongqiang
（Handan Design Engineering Chinacoal Co.，Ltd.，Handan 056031，China）

Abstract：According to thehydrogeological condition and drainage system in DonghuantuoMine，the paper proposes a solution combining the drainage system of submersible pump with the current system. Inclined pumpingwell could effectively reduce thework quantity in tunnels，minimize the investment，and speed up the construction.Theeffectsatisfies the design requirementafter the construction.

Keywords：Donghuantuo Coal；drainage system ofsubmersible pump；inclined pumpingwell