大型煤礦盤區排水系統設計合理性探討

孫露

（中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安710054）

1 煤礦盤區排水系統

大型煤礦隨著開采范圍不斷擴大，開采水平不斷延伸，礦井排水系統服務范圍也逐漸增大，對距離中央水泵房較遠的盤區，需設置盤區排水系統以滿足排水需要。盤區排水主要有集中排水系統和分區域排水系統。

集中排水系統是將礦井不同盤區、不同水平的涌水排至中央水倉，由中央水泵房的水泵將水直接排至地面水處理站。集中排水系統優點是各盤區涌水全部排至同一個地面水處理站，管理簡單，不需要增加地面場地，減少了地面工程，投資較少；缺點是盤區水泵房接力排水至中央水泵房，排水環節多，系統維護困難，且排水距離較遠，排水管路投資較大。

分區域排水系統是在不同盤區設置獨立的排水系統，將井下涌水分別排至地面水處理站。分區域排水系統的優點是具有獨立的排水系統，避免在中央水泵房排水系統出現故障時，礦井涌水無法及時外排，提高了排水系統的安全性和可靠性，同時減少了盤區水泵房向中央水泵房排水的環節，排水系統維護難度降低，縮短了排水距離，減少了排水管路投資；缺點是需要建設不同場地的地面水處理站，地面場地征地困難、工程量較大、投資較大，水處理站分散、管理困難。

2 紅柳林煤礦西一盤區排水系統設計

2.1 礦井概況及排水設備現狀

紅柳林礦井井田位于陜西省神木市以西約15 km，礦井設計生產能力15.0 Mt/a，屬于特大型礦井。井田東西長約20.0 km，南北寬約8.0 km。井下共劃分為5個盤區，分別為北一盤區、南一盤區、北二盤區、南二盤區和西一盤區。礦井有3個地面工業場地，分別為位于井田東部邊界附近的主工業場地、位于井田中部的二號風井場地和位于井田西部的三號風井場地。

礦井一盤區、二盤區開采時正常涌水量700 m3/h，最大涌水量1 300 m3/h。礦井井下已有的主排水系統由建于回風斜井井底附近的井下中央水泵房和主水倉組成，礦井涌水由各處臨時水泵匯集至中央水倉，經由中央水泵房排至礦井工業場地井下水處理站，處理后復用。

中央水泵房現已安裝3臺MD1000-72×4型礦用耐磨多級離心式水泵，每臺水泵配套YB型隔爆電動機1臺，功率1 000 kW，電壓10 kV，轉速1 480 r/min，排水管路為2趟φ426 mm×12 mm無縫鋼管。

2.2 方案設計

西一盤區服務年限約20 a，西一盤區開采時，正常涌水量2 055 m3/h，最大涌水量3 025 m3/h，新建西一盤區水泵房。根據紅柳林煤礦西一盤區涌水量及排水條件并結合礦井現有排水系統，提出3種可行的排水系統方案。

2.2.1 方案一

采用分區域排水系統。西一盤區涌水通過西一盤區水泵房排水設施排至三號風井場地井下水處理站，選用7臺MD1100-86×5(Y)型多級離心泵，正常涌水量時，水泵3臺工作，3臺備用，1臺檢修；最大涌水量時4臺水泵同時工作。每臺水泵選配YB3-560—4型隔爆電動機1臺，功率1 800 kW，電壓10 kV。設置4趟φ426 mm×12 mm無縫鋼管排水管路。本方案需在三號風井場地新建水處理能力3 025 m3/h的井下水處理站。排水系統流程如圖1所示。

圖1 方案一排水系統流程Fig.1 Drainage system flowof plan 1

2.2.2 方案二

采用分區域排水系統和集中排水系統相結合的排水方式。西一盤區共設置2套排水系統。

1號排水系統排至三號風井場地井下水處理站，選用5臺MD1100-86×5(Y)型多級離心泵，正常涌水量時，水泵2臺工作，2臺備用，1臺檢修；最大涌水量時3臺水泵同時工作。每臺水泵選配YB3-560—4型隔爆電動機1臺，功率1 800 kW，電壓10 kV。設置3趟φ426 mm×12 mm無縫鋼管排水管路。

2號排水系統排至井下主水倉，再利用中央水泵房排水設施排至礦井工業場地井下水處理站，選用3臺MD1100-86×3(Y)型多級離心泵，正常涌水量時，水泵1臺工作，1臺備用，1臺檢修；最大涌水量時2臺水泵同時工作。每臺水泵選配YB3-450—4型隔爆電動機1臺，功率1 000 kW，電壓10 kV。設置2趟φ450 mm×12 mm無縫鋼管排水管路。

本方案需在三號風井場地新建水處理能力1 725 m3/h的井下水處理站。排水系統流程如圖2所示。

圖2 方案二排水系統流程Fig.2 Drainage system flowof plan 2

2.2.3 方案三

采用集中排水系統。西一盤區涌水通過西一盤區排水設施排至井下井下主水倉，再利用中央水泵房排水設施排至礦井工業場地井下水處理站。西一盤區水泵房選用7臺MD1100-86×3(Y)型多級離心泵，正常涌水量時，水泵3臺工作，3臺備用，1臺檢修；最大涌水量時4臺水泵同時工作。每臺水泵選配YB3-450—4型隔爆電動機1臺，功率1 000 kW，電壓10 kV。設置4趟φ450 mm×12 mm無縫鋼管排水管路。

中央水泵房增加4臺MD1000-72×4型礦用耐磨多級離心式水泵，增加后共7臺水泵，正常涌水量時，水泵3臺工作，3臺備用，1臺檢修；最大涌水量時4臺水泵同時工作。每臺水泵選配YB3-450—4型隔爆電動機1臺，功率1 000 kW，電壓10 kV。增加2趟φ426 mm×12 mm無縫鋼管排水管路，增加后共設置4趟排水管路。

本方案需在工業場地新建水處理能力1 725 m3/h的井下水處理站。排水系統流程如圖3所示。

圖3 方案三排水系統流程Fig.3 Drainage system flowof plan 3

2.3 方案比選

上述3種排水系統設計，各方案技術特征及可靠性分析見表1。

表1 排水方案技術特征及可靠性對比分析Table 1 Technical characteristics and reliability analysis of drainage schemes

各方案排水設備選型及經濟分析見表2。

表2 排水方案經濟對比分析Table 2 Economic comparative analysis of drainage schemes

經濟投資方面，通過表2可知，方案一設備、管路及礦建投資最低，由于排水距離最短，年運行費用也最低。方案二設備、管路及礦建投資高于方案一，年排水費用亦高于方案一。方案三設備、管路及礦建投資最高，由于排水距離較長，年排水費用最高。

但方案二、方案三均利用了已有的排水系統和水處理系統，分別在風井場地、工業場地新建一樣規模的水處理站，水處理站投資一樣，方案二建設投資及年排水費用均低于方案三。方案一年排水費用低于方案二74.5萬元，在西一盤區服務年限內排水費用節省約1 490萬元。方案一設備、管路及礦建投資低于方案二1 306.2萬元，但新建水處理站規模是方案二的1.8倍，水處理站投資高于方案二約5 000萬，方案一建設投資高于方案二約3700萬元。方案一節省的排水費用遠低于建設投資費用，最終確定方案二作為紅柳林煤礦西一盤區排水系統。

3 結 論

（1）盤區涌水量逐漸增大、排水距離較遠的礦井，中央水泵房集中排水系統已不適用，中央水泵房擴建投資高，排水費用高。

（2）分區域設置獨立的排水系統，井下排水系統投資低，排水費用低，但由于地面新建水處理站規模大、投資高，分區域排水系統建設投資較大。

（3）采用分區域排水系統和集中排水系統相結合的方法，合理利用了礦井已有排水系統、水處理系統，降低了新建水處理站規模，減少了排水系統建設投資。由于僅部分涌水采用集中排水系統，總體排水費用也較低。

（4）設計大型煤礦盤區排水系統時，應統籌兼顧礦井井下條件、已有設計狀況、增量投資情況等各種客觀因素，進行詳細的技術經濟比選來擇優選取。