复杂水文地质条件下矿井排水系统优化设计

0.引言

煤炭作为主要能源，一直被广泛利用。随着国民经济的不断发展，煤炭的需求量也随之增大。欲要满足产量，矿井需要布置更多的生产区域，才能保证矿井正常生产和工作面接续要求；为了延长矿井服务年限，提高资源利用效率，很多煤矿实施延伸开采，矿井开拓系统变得愈发复杂化。煤炭开采过程中大量矿水不断涌出，安全、可靠、高效的排水系统是矿井安全生产的必要保障。煤炭开采深度的不断延伸和复杂的开拓系统，势必给矿井排水系统带来更大的困难，必须依据矿井的实际条件，通过技术经济比较，择优选用排水方案。

1.矿井延伸开采及其排水系统现状

某矿井目前共有2个主采水平，其水平标高分别为：一水平标高-550m，二水平标高-750m。为了延长矿井服务年限，提高资源利用效率，规划延深开采三水平，水平标高-970m。由该矿的地质报告可知：矿井的水文地质类型为复杂，煤层底板灰岩含水层和奥灰水对开采影响较大，必须配置可靠的排水设备和防灾设施。

矿井现有2个主排水泵站，即-550m和-750m水平主排水泵站。-550m水平涌水直接排至地面，-750m水平采用直排和接力2种排水方式。-550m泵站内共安装有5台水泵，1台MDS420-96×7型水泵，2台PJ200B×8型水泵和2台MDS420-96×8型水泵。其中：2台工作、2台备用、1台检修；排水管路三趟，管路规格为D273，经副井井筒排至地面污水处理站。-750m主排水泵站内共安装6台水泵，4台MD420-96×10水泵和2台MD420-96×3水泵；排水管路3趟，其中两趟通过钻孔直接排至地面污水处理站，管路规格为D325×16；另一趟排至-550m水平水仓。在-750m水平还设有抗灾排水泵，共安装3台BQ550-838/22-1900/W-S矿用隔爆型潜水电泵。

2.三水平排水方案及其设备的选择[1]

根据矿井各水平涌水量以及-550m水平和-750m水平已有主排水设备情况，对于三水平主排水系统提出了3个方案。

方案1：在三水平新建一座主排水泵站，矿井涌水由三水平主排水设备排至采区辅运上山上部车场后，自流至-750m水平水仓，继而由-750m水平主排水设备排出。-550m水平主排水系统和-750m水平主排水系统保持原有工作方式不变。

方案2：在三水平新建一座主排水泵站，三水平矿井涌水进入水仓后，由三水平主排水设备排至-550m水平水仓，再由-550m水平主排水设备排至地面井下水处理站。因为增加了三水平的排水量，-550m水平主排水泵站设计新增2台MD420-96×8型矿用耐磨多级离心泵，泵房内共7台水泵。而对于-750m水平主排水泵站，由于三水平的涌水直接排至-550m水平，-550m水平主排水设备没有能力再排出来自-750m水平的涌水，故需要对-750m水平现有主排水设备进行改造，使其满足规程规范要求。

方案3：在三水平新建一座主排水泵站，三水平涌水由三水平主排水设备直接排至地面井下水处理站。矿井现有-550m水平主排水系统和-750m水平主排水系统保持不变。

矿井排水系统各方案技术经济比较结果见表1。

表1 矿井排水系统技术经济比较结果一览表序号 内容 方案1 方案2 方案3水泵1 -550m水平2台PJ200B×8 2台PJ200B×8 2台PJ200B×8 1台MD420-96×7 1台MD420-96×7 1台MD420-96×7 2台MD420-96×8 4台MD420-96×8 2台MD420-96×8管路 3趟D273 3趟D273 3趟D273水泵2 -750m水平4台MD420-96×10 5台MD420-96×10 4台MD420-96×10 2台MD420-96×3 1台MD420-96×3 2台MD420-96×3管路 3趟D325 3趟D325 3趟D325 3三水平水泵 5台MD420-96×3 5台MD550-50×10 5台MD420-96×12 2趟D426 2趟D426 2趟D426 4 可比投资（万元）设备 370 1026 1250矿建 155 200 1280合计 525 1226 2530差值 +701 +2005 5 年运营费(万元)年电费 1881 2004 1889折旧维修费 37.8 99.1 146.6合计费 1918.8 2103.1 2035.6差值 +184.3 +116.8

由表1可以看出：方案1较方案2，可比投资少701万元，年运营费少184.3万元；方案1较方案3，可比投资少2005万元，年运营费少116.8万元。另外，经过详细计算，方案2中由于三水平主排水泵瞬时排水能力大于-550m水平主排水泵瞬时排水能力，三水平最大涌水时，需要利用水仓进行水量调节，这也给矿井排水系统的管路带来不便。方案3水泵配套电动机功率大，设备运行发热量大、泵房温度高。

综上所述，方案1为优选方案，即：三水平采用接力排水。在三水平新建一座主排水泵站，站内安装五台MDS420-90×3型矿用耐磨多级离心水泵，配套YB3型隔爆电动机（560kW，6kV，1480r/min）。排水管路选用D426×9无缝钢管，两趟。正常涌水时，2台水泵、一趟管路工作；最大涌水时，4台水泵、2趟管路工作。

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