母杜柴登煤礦排水系統改造方案研究

趙枝業

（中煤西安設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蒙古自治區鄂爾多斯市東勝煤田的呼吉爾特礦區的東南部，批復開采標高+760～+400 m，井田面積55.312 2 km2，批復礦井生產能力6.00 Mt/a。

隨著開采范圍擴大及工作面接續順序的調整，井下涌水量也增大，成為制約煤礦生產的主要因素。現主排水及盤區排水系統水泵排水能力、管路和水倉容量均不符合《煤礦安全規程》規定，因此井下排水系統須進行改造[1-6]，方可滿足安全生產需求。

2 礦井涌水量及排水系統現狀

2.1 礦井涌水量情況

目前已有的排水系統及排水設備根據礦井正常涌水量1546 m3/h、最大涌水量2165 m3/h進行設計和建設。

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盤區涌水量2537 m3/h，301盤區涌水量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，保障排水系統的可靠性，嚴防透水事故的發生，對目前井下排水系統按礦井最新涌水量進行擴容改造設計研究。

2.2 設備現狀

目前井下已有排水系統包括聯合布置在副立井井底附近的主排水系統、抗災排水系統，另外在302盤區設置有302盤區排水系統。

2.2.1 主排水系統

主排水系統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。

2.2.2 抗災排水系統

抗災排水水泵設置在井底水倉附近，與井下副水倉聯通，抗災排水水量按最大涌水量2165 m3/h進行設計建設，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盤區排水系統

在302盤區設置302盤區排水泵房、302盤區水倉。302排水系統通過接力方式到井底水倉。

302盤區水泵房布置在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3趟Φ377 mm鋼管，經3-1煤西翼大巷排至井下主水倉。

井下現有排水系統布置如圖1。

圖1 井下排水系統現狀平面布置圖

3 排水系統改造方案

根據礦井實際情況，結合現有排水系統位置，對井下排水系統擴容提出兩個方案。

3.1 方案一：擴建302盤區排水系統+新建二號抗災排水泵房

3.1.1 擴建302盤區排水系統

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

（1）擴建302盤區水倉

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

（2）擴建302盤區水泵房及配電室

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盤區泵房原配水巷貫通，將302盤區排水系統分成兩部分，一部分采用新增排水設備通過管路鉆孔直排地面，另一部分采用已有的302盤區水泵繼續接力排水到井底水倉。

3.1.2 新建二號抗災排水系統

新建二號抗災排水系統可選在現有抗災排水泵房北部或在302盤區水倉附近新建。考慮到抗災排水管路及控制電纜敷設長度，推薦在現有抗災排水泵房北部新建二號抗災排水泵房，與現有抗災排水泵房聯合布置，已有抗災排水泵房更名為一號抗災排水泵房。泵房一側與井底車場相連，另一側與30201工作面帶式輸送機巷相連。在二號抗災排水泵房對應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：擴建現有主排水系統+新建二號抗災排水泵房+擴建302盤區排水系統

3.2.1 擴建現有主排水系統

（1）擴建井底水倉

在現有井底水倉基礎上新增1環，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。新增一環水倉布置于煤層底板的穩定巖層中，標高為+635 m左右。新增1環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同方案一。

3.2.2 擴建302盤區排水系統

目前水倉容量為4500 m3，按302盤區涌水量計算，302盤區水倉容量為11 440 m3，涌水量在現有盤區水倉基礎上新建外部兩環水倉，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盤區水泵房、水泵房配電室等，擴建完成后302盤區水倉繼續接力排水到井底水倉。新增水泵排水管路沿大巷鋪設。

4 礦井排水系統擴容方案比選

兩個排水系統擴容方案抗災排水系統擴建方案一致，只是主排水系統和302盤區排水系統方案不同，從技術和經濟投資兩方面進行比較。

4.1 技術比較

4.1.1 方案一優缺點分析

（1）優點：① 盤區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，礦井水清污水量比例相差不大時，可以將內兩環排水系統作為排污專用系統，接力排至井底車場；將外兩環排水系統作為排清專用系統，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、井下的位置選擇產生制約。② 直排地面后排水管路須沿鐵路環線敷設至工業廣場深度水處理站，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 方案二優缺點分析

（1）優點：① 井下主水倉擴容增加一環后與原井底主水倉形成一個整體水倉，可一并進行清淤，共用清挖設備。② 新增一環水倉與原有主水倉連接，井下主排水系統布局規整。③ 方便主排水系統日常管理。

（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水倉新增一環后水倉容積富余較多，若在已有的井底水倉的基礎上新增一個內環，由于空間有限，長度僅為170 m，水倉容積較小，內環擴容意義不大。

綜上所述，經過技術比較，方案一在302盤區排水系統上擴建，作為二號主排系統，不影響現有主排水系統正常使用，僅通過改擴建302盤區排水系統就可實現全礦井和302盤區排水需求，同時實現井下排水清污分流，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，維護方便。

4.2 經濟比較

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，主要體現在井巷工程、設備安裝費用，因此方案一在投資方面具有明顯優勢。

表1 各方案經濟比較表

續表：

4.3 結論

從上述方案看，方案一在技術和經濟方面有明顯優勢，推薦在302盤區排水系統基礎上擴建，形成二號主排水系統，在現有抗災排水泵房北部新建二號抗災排水泵房，與現有抗災排水泵房聯合布置。

5 結語

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