熊崇山，溫之法，孫德寧

淺談煤礦排水設(shè)施的選取

熊崇山1，溫之法2，孫德寧2

(1.中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司，北京 100034;2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

礦井水害一直是制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，許多煤礦不同程度的受奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層的威脅，突水事故時(shí)有發(fā)生，研究選取合理的排水設(shè)施是礦井治理水害的基礎(chǔ)條件之一。以普勝煤礦水文地質(zhì)條件為背景，收集大量資料，利用水文地質(zhì)比擬法計(jì)算礦井涌水量，在分析研究礦井充水機(jī)理和水害成因的基礎(chǔ)上，對(duì)礦井的主要排水設(shè)施進(jìn)行合理選取，提出礦井水害治理的技術(shù)措施和管理措施，對(duì)預(yù)防礦井水害，保證礦井安全生產(chǎn)有著重要意義，具有應(yīng)用與推廣價(jià)值。

煤礦;排水設(shè)施;選取;防治水

我國(guó)煤田地質(zhì)條件十分復(fù)雜，是世界上突水事故最嚴(yán)重的國(guó)家之一，礦井水害一直是制約我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，受水威脅的煤炭?jī)?chǔ)量占探明儲(chǔ)量的27%，采礦中頻繁發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著煤礦的安全生產(chǎn)。貴州地區(qū)喀斯特地形廣布，煤礦水害尤其嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生煤礦透水事故，普盛煤礦為新建礦井，位于貴州省普定縣北西，地理坐標(biāo)位置為：東經(jīng) 105°39'04″～ 105°39'57″，北緯 26°24'07″～26°25'24″，周邊煤礦深受水害的影響，為了預(yù)防水害的發(fā)生，需采用合理的礦井排水設(shè)施。

1 礦井涌水量及其預(yù)測(cè)

礦區(qū)地貌形態(tài)為侵蝕地貌，大冶組灰?guī)r及40余米厚的長(zhǎng)興大隆組灰?guī)r是主要含水層，喀斯特發(fā)育良好，富含巖溶水及裂隙水，有大量層間水，地下水補(bǔ)結(jié)主要靠降雨補(bǔ)結(jié)，有獨(dú)立排水系統(tǒng)，從礦井排水情況看，礦井正常涌水量為12 m3/h，最大涌水量在20 m3/h左右，但所提供的涌水量是礦井在建設(shè)期間的涌水量，并不能真實(shí)反映礦井開(kāi)采過(guò)程中的涌水量。為搞好礦井涌水量預(yù)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)開(kāi)采面積為137 225 m2及涌水量，按水文地質(zhì)比擬法預(yù)測(cè)礦井涌水量，計(jì)算公式如下：

式中：

Q預(yù)—預(yù)測(cè)涌水量，m3/h;

Q0—現(xiàn)礦井最大或正常涌水量，m3/h;

S0—現(xiàn)開(kāi)采面積，m2;

S1—預(yù)測(cè)范圍的面積(各水平充分開(kāi)采后最大平面積)，m2。

正常涌水量：

最大涌水量：

通過(guò)預(yù)計(jì)涌水量的計(jì)算，礦井充分開(kāi)采后，全礦井正常涌水量Q預(yù)正為38 m3/h，最大涌水量Q預(yù)最為63 m3/h。

排水垂高：HP=64 m(在+1 175 m標(biāo)高設(shè)置水倉(cāng)，副斜井井口標(biāo)高為+1 239 m)。

2 主要排水設(shè)施的選取

2.1 主要水泵型號(hào)選擇及臺(tái)數(shù)

2.1.1 水泵參數(shù)計(jì)算

所需水泵最小流量：

所需水泵最大流量：

水泵揚(yáng)程：

HB=K1(Hx+Hp)=1.28 × (64+5.5)=89 m式中：

Hx—吸水高度，m，取 5.5;

Hp—排水高度，m;

K1—管路沿程損失系數(shù)，垂直管路取 1.1～1.15，傾斜管路取 1.25 ～1.3，該礦取 1.28。

2.1.2 水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)的確定

根據(jù)QBm和HB值，選擇額定值接近的DF46－30×4型多級(jí)分段式離心泵，其流量為55 m3/h，揚(yáng)程為105.0 m;配備電機(jī)型號(hào)為 YB2－200L1 －2，功率30 kW。

根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》規(guī)定，必須有工作、備用和檢修的水泵，備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%，并且工作和備用水泵的總能力應(yīng)能在20 h內(nèi)排出礦井24 h的最大涌水量。檢修水泵的能力不小于工作水泵能力的25%。

因此，選用DF25－30×5型多級(jí)分段式離心泵1臺(tái)作為備用水泵，工作和備用水泵的總能力為50 m3/h大于38 m3/h。另選用DF25－30×3多級(jí)分段式離心泵1臺(tái)作為檢修水泵。

2.2 排水路選擇

1)排水管徑。

式中：

QB—水泵流量，m3/h;

Vp—排水管經(jīng)濟(jì)流速，m/s，取 1.5 ～ 2.2，該礦取 1.5。

據(jù)此式可得dp值：

2)排水管路選擇。

根據(jù)以上計(jì)算，水泵的吸、排水管道管徑d121無(wú)縫鋼管(內(nèi)徑116 mm，壁厚5 mm)，排水管設(shè)工作和備用水管各一趟。

以上涌水量并不是礦井正常生產(chǎn)時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，因此，所選水泵僅供參考，礦井在進(jìn)行正常生產(chǎn)時(shí)必須進(jìn)行涌水量的實(shí)測(cè)，根據(jù)實(shí)際涌水量采用相應(yīng)的排水設(shè)備。

2.3 排水系統(tǒng)方案選擇結(jié)果

正式生產(chǎn)前，應(yīng)測(cè)定礦井實(shí)際涌水量數(shù)據(jù)，重新計(jì)算相關(guān)內(nèi)容。在今后的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意在接近積水地區(qū)掘進(jìn)前或排放被淹井巷和積水前，必須編制探放水設(shè)計(jì)。另外密切觀察本礦井的實(shí)際涌水量，以防所選的水泵能力過(guò)小、排水能力不夠而產(chǎn)生水淹井的事故。

排水：礦井水經(jīng)主斜井(自流)→井底水倉(cāng)(水泵)→副斜井→地面(自流)。

根據(jù)礦井涌水量資料，礦井主要巷道排水溝暫按上寬300 mm、下寬200 mm、高250 mm設(shè)計(jì)，混凝土砂漿澆鑄，礦井宜根據(jù)實(shí)際涌水量通過(guò)計(jì)算重新設(shè)計(jì)排水溝斷面。

2.4 水倉(cāng)布置及容量

井底主要水倉(cāng)必須有主倉(cāng)和副倉(cāng)，當(dāng)一個(gè)水倉(cāng)清理時(shí)，另一個(gè)水倉(cāng)能正常使用。礦井在主斜井底部設(shè)水倉(cāng)。按礦井正常涌水量20 m3/h，按8 h正常涌水量計(jì)算，水倉(cāng)有效容量為20×8=160 m3。

2.5 主要水泵房和通道布置及安全出口

井下水泵房布置按相關(guān)規(guī)程選用。3臺(tái)水泵可共用1個(gè)吸水井，但其濾水器邊緣間的距離不得小于吸水管直徑的2倍。

本礦井底排水泵房設(shè)有2個(gè)安全出口，1個(gè)出口與風(fēng)井相連，該通道高出水泵房底板7 m，遇有水患時(shí)，人員可由該通道撤入風(fēng)井;另一個(gè)通道與管子道合二為一，通到副斜井，在此出口通路內(nèi)，應(yīng)設(shè)置易于關(guān)閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉(cāng)的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門。

3 礦井防治水綜合措施

為了有效達(dá)到治理水害的目的，還需采取其他措施共同預(yù)防水害的發(fā)生。

3.1 地面防水

在地面修筑排水工程和采取隔水防滲措施，以限制大氣降水、地表水和淺部地下水充入或滲入礦井以免造成水害、水災(zāi)。

3.2 井下防水

1)防水煤(巖)柱。與相鄰礦井開(kāi)采同一煤層時(shí)，在邊界處留設(shè)保護(hù)煤柱，嚴(yán)禁破壞煤柱和越界開(kāi)采;在小窯分布區(qū)，應(yīng)留設(shè)防水煤柱;煤層接近導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)，應(yīng)預(yù)留煤柱;在村寨比較集中的下面開(kāi)采，應(yīng)按規(guī)定留設(shè)安全煤柱。

2)防閘門和防水墻，便于突水時(shí)隔離巷道和封閉采區(qū)，保證礦井安全。

3)井下探(放)水。接近有積水威脅的老窯和導(dǎo)水?dāng)鄬訒r(shí)、開(kāi)拓“石門”接近含水層或含水構(gòu)造時(shí)、煤層受頂?shù)装搴畬油{時(shí)、工作面潮濕、淋水和有出水預(yù)兆時(shí)都應(yīng)按設(shè)探水線探水。

3.3 地表疏干

地表疏干主要應(yīng)用于預(yù)先疏干階段，其次用于開(kāi)采階段，在地表打鉆到預(yù)先疏于含水層或老窯內(nèi)，用深井泵或潛水泵從相互干擾的孔洞中把水抽出地表，使開(kāi)采地段處于疏干降落漏斗之下。

3.4 地下疏干

本次調(diào)查在掘進(jìn)中(或回采)過(guò)程中，頂板局部出現(xiàn)少量滴水現(xiàn)象，以裂隙水的形式滲入。主要為巷道(或采空區(qū))形成后，裂隙溝通地表水滲入巷道，須通過(guò)巷道邊溝流入標(biāo)高較低的水倉(cāng)，積水倉(cāng)設(shè)置2臺(tái)功率大、揚(yáng)程高的離心泵，通過(guò)排水管用水泵排出。離心泵為該礦主要排水設(shè)備。

3.5 聯(lián)合疏干

同時(shí)采用地表與地下兩種疏干方式，能在最短的時(shí)間內(nèi)降低剩余水壓，又能有效地疏干強(qiáng)含水層和充水老窯。

［1］ 尹尚先.煤礦區(qū)突(涌)水系統(tǒng)分析模擬及應(yīng)用［D］.北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2002.

［2］ 熊崇山，王家臣.承壓水上礦井開(kāi)采優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.煤炭工程，2005(1)：10－11.

Discussion on the Selection of Coal Mine Drainage Facilities

Xiong Chong－shan，Wen Zhi－fa，Sun De－ning

Coal mine flood is always one of the important factors which restrict our country coal mine safety production，many collieries in our country suffer from the Ordovician period Krast containing water outburst frequently，the research on how to select the reasonable drainage facilities is one of the basic conditions.On the basis of Pusheng coal mine geological condition，collecting large amounts of data，using hydrogeologic analogy to count the water inflow，based on the study of the mechanism of water inrush and the water disaster origin，the technology and measures of the control of water disaster have been put forward.Selecting the main drainage facilities reasonably is very important for the prevention of mine water disaster and ensuring mine safety，it is valuable to popularize and apply.

Coal mine;Drainage facilities;Selection;Prevention and control of flood

TD74

A

1672－0652(2011)11－0011－03

2011－10－29

熊崇山(1961—)，男，內(nèi)蒙古商都人，1983年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事礦山壓力及其控制和采礦工藝方面的教學(xué)與科研工作，(E－mail)wenzhifa@126.com