李正東++吳東曉

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的煤炭資源也出現(xiàn)了緊缺的現(xiàn)象。導(dǎo)致當(dāng)前煤炭的開(kāi)采過(guò)程也更為復(fù)雜，并有大量地下水的滲出，為了保證礦井正常、安全的開(kāi)采，在新盤區(qū)開(kāi)采需提前完善采區(qū)給、排水設(shè)計(jì)，本文則將布爾臺(tái)煤礦礦井為例，分析西南區(qū)開(kāi)采時(shí)排水設(shè)計(jì)的規(guī)劃方案。

關(guān)鍵詞：布臺(tái)爾煤礦；西南區(qū)排水設(shè)計(jì)方案；設(shè)備選型

中圖分類號(hào)：TD325 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0139-02

1 概述

1.1 礦井排水現(xiàn)狀

本礦井采用主斜井、副平硐綜合開(kāi)拓方式，礦井一、二水平同時(shí)開(kāi)采，整個(gè)礦井現(xiàn)設(shè)有兩個(gè)中央水泵房（即2-2煤副平硐底設(shè)置的2-2煤中央水泵房和4-2上煤一盤區(qū)輔運(yùn)大巷處設(shè)置的4-2上煤中央水泵房）及兩個(gè)盤區(qū)水泵房（即二盤區(qū)2-2煤水泵房和二盤區(qū)4-2上煤水泵房），該礦井的排水系統(tǒng)形式為接力排水，其具體排水路徑為：

一水平2-2煤現(xiàn)裝備兩套綜采，分別布置在一、二盤區(qū)，其中一盤區(qū)2-2煤工作面涌水的排水路徑為：一盤區(qū)2-2煤工作面涌水→局部水倉(cāng)→2-2煤回風(fēng)大巷→2-2煤中央水泵房→2-2煤輔運(yùn)大巷與回風(fēng)大巷間聯(lián)巷→2-2煤回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井井筒→地面。本次三盤區(qū)1-2上煤位于該礦井一水平，故本次三盤區(qū)1-2上煤的排水任務(wù)可考慮由該礦井一水平現(xiàn)有排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)。

1.2 現(xiàn)有排水能力校核

礦井三盤區(qū)1-2上煤投產(chǎn)時(shí)，全礦井裝備三個(gè)綜采工作面，分別布置在西南區(qū)三盤區(qū)1-2上煤及二盤區(qū)的2-2煤和4-2上煤層，其工作面接續(xù)均為同水平接續(xù)。因此，本次三盤區(qū)1-2上煤開(kāi)采考慮利用礦井現(xiàn)有主排水系統(tǒng)進(jìn)行排水。

該礦井目前設(shè)有兩個(gè)中央水泵房，其中一水平設(shè)有2-2煤中央水泵房，二水平設(shè)有4-2上煤中央水泵房，具體設(shè)置情況如下：

2-2煤中央水泵房：主斜井井口標(biāo)高+1170m，泵房標(biāo)高為+1051m，排水垂高119m，排水管路長(zhǎng)度1780m。2-2煤中央水泵房排水設(shè)備為MD720-60×3型礦用耐磨離心式排水泵3臺(tái)，配有YB2-5002-4型10kV、630kW礦用防爆電動(dòng)機(jī)；泵房出兩趟D377×9主排水管路，沿2-2煤輔運(yùn)大巷與回風(fēng)大巷聯(lián)巷→2-2煤回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井井筒敷設(shè)至地面。工作制度為：正常涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)一臺(tái)水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h；2-2煤最大涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)兩臺(tái)水泵和兩趟主排水管路都開(kāi)啟，排水能力約為1440m3/h。

4-2上煤中央水泵房：主斜井井口標(biāo)高+1170m，泵房標(biāo)高為+1003m，排水垂高167m，排水管路長(zhǎng)度2950m。4-2上煤中央水泵房的排水設(shè)備為5臺(tái)MDA500-57×4型排水設(shè)備，配有YB2-4508-4型10kV、500kW防爆電動(dòng)機(jī)。泵房出三趟D377×9主排水管路，沿4-2上煤輔運(yùn)大巷→輔運(yùn)大巷與回風(fēng)大巷聯(lián)巷→4-2上煤回風(fēng)上山→2-2煤回風(fēng)大巷→回風(fēng)斜井筒敷設(shè)至地面。工作制度為：正常涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)兩臺(tái)水泵和兩趟主排水管路同時(shí)工作，排水能力約為1000m3/h；最大涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)三臺(tái)水泵和三趟管路同時(shí)工作，排水能力1500m3/h。

根據(jù)礦方提供的《布爾臺(tái)煤礦不同時(shí)期盤區(qū)和礦井涌水量預(yù)計(jì)》資料可知，該礦井一水平三盤區(qū)1-2上煤投產(chǎn)后，全礦井正常涌水量為514m3/h，最大涌水量為696m3/h，其中一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h。

結(jié)合該礦井現(xiàn)有主排水設(shè)備能力計(jì)算可知，現(xiàn)一水平2-2煤中央排水泵也可滿足該礦井三盤區(qū)1-2上煤層投產(chǎn)后一水平的排水需求。

2 主排水設(shè)備選型

根據(jù)《布爾臺(tái)煤礦不同時(shí)期盤區(qū)和礦井涌水量預(yù)計(jì)》顯示，該礦井三盤區(qū)1-2上煤投產(chǎn)后，一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h，經(jīng)計(jì)算現(xiàn)2-2煤中央水泵房可滿足一水平的排水任務(wù)，工作制度為：正常涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)一臺(tái)水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h；最大涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)一臺(tái)水泵和一趟主排水管路工作，排水能力約為720m3/h。

2.1 排水方案

根據(jù)該礦井一水平現(xiàn)有排水系統(tǒng)并結(jié)合一水平西南區(qū)開(kāi)采方案及涌水量數(shù)據(jù)，現(xiàn)擬出以下排水方案。

新建三盤區(qū)1-2上煤水泵房負(fù)責(zé)三盤區(qū)1-2上煤排水任務(wù)（正常涌水量為194m3/h，最大涌水量為296m3），泵房?jī)?nèi)安裝三臺(tái)MD280-43×5型礦用耐磨離心排水泵，水泵額定流量為280m3/h，揚(yáng)程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動(dòng)機(jī)；泵房出兩趟D273×7的排水管路，排水垂高16m，排水管路長(zhǎng)度7400m，沿三盤區(qū)1-2上煤主運(yùn)大巷→2-2煤南部主運(yùn)大巷→2-2煤中部回風(fēng)大巷→二盤區(qū)2-2煤水泵房。工作制度為：正常涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)一臺(tái)水泵和一趟排水管路同時(shí)工作，排水能力約為280m3/h；最大涌水時(shí)，泵房?jī)?nèi)兩臺(tái)水泵和兩趟管路同時(shí)工作，排水能力560m3/h。根據(jù)涌水量數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，三盤區(qū)1-2上煤投產(chǎn)后，一水平正常涌水量為354m3/h，最大涌水量為496m3/h，現(xiàn)二盤區(qū)2-2煤水泵房可以滿足一水平二、三盤區(qū)的排水任務(wù)。

2.2 排水設(shè)備選型

2.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)礦方提供的《布爾臺(tái)煤礦不同時(shí)期盤區(qū)和礦井涌水量預(yù)計(jì)》資料可知，該礦井三盤區(qū)1-2上煤投產(chǎn)后， 三盤區(qū)1-2上煤正常涌水量194m3/h，最大涌水量296m3/h；

新建三盤區(qū)1-2上煤水泵房底板標(biāo)高：+1000m；

二盤區(qū)2-2煤水泵房底板標(biāo)高：+1021m；

排水路線：三盤區(qū)1-2上煤主運(yùn)大巷→2-2煤南部主運(yùn)大巷→2-2煤中部回風(fēng)大巷→二盤區(qū)2-2煤水泵房，單趟排水管路長(zhǎng)度約為7400m。endprint

2.2.2 水泵選型

根據(jù)本礦井正常和最大涌水量數(shù)據(jù)，并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)水泵的生產(chǎn)情況，做了以下兩種設(shè)備選型方案。

方案一：選用MD280-43×5型礦用臥式離心泵3臺(tái)，水泵額定流量為280m3/h，揚(yáng)程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動(dòng)機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速1488r/min。泵房出兩趟D273×7涂塑無(wú)縫鋼管。泵房水泵及配套管路工作制度為：正常涌水量時(shí)：水泵一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修，一趟管路工作，剩余一趟備用/檢修；最大涌水量時(shí)：水泵兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用/檢修，兩趟管路全部工作。

方案二：選用BQ275-230/6-280/W-S型礦用潛水電泵3臺(tái)，水泵額定流量為275m3/h，揚(yáng)程230m，配防爆電動(dòng)機(jī)280kW、電壓等級(jí)10kV，電機(jī)轉(zhuǎn)速1488r/min。泵房出兩趟D273×7涂塑無(wú)縫鋼管。泵房水泵及配套管路工作制度為：正常涌水量時(shí)：水泵一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，一臺(tái)檢修，一趟管路工作，剩余一趟備用/檢修；最大涌水量時(shí)：水泵兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用/檢修，兩趟管路全部工作。排水設(shè)備選型方案比較見(jiàn)表7-3-2。

兩個(gè)方案經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，方案一和方案二的水泵均具有汽蝕性能好，運(yùn)行平穩(wěn)可靠的優(yōu)點(diǎn)，均可滿足礦井排水需要，但方案二硐室施工難度大、投資費(fèi)用高且存在設(shè)備檢修難度大等問(wèn)題，故設(shè)計(jì)推薦采用方案一。

2.3 推薦方案的選型計(jì)算

（1）排水設(shè)備能力。

排水量：QB=1.2×194=232.8m3/h

根據(jù)《給排水工程快速設(shè)計(jì)手冊(cè)》修正計(jì)算可知：

當(dāng)流量為280.8m3/h、管路公稱管徑為250mm（壁厚為7mm時(shí)）時(shí)，流速為1.56m/s，水力坡度為i=0.016。

則水泵必須的楊程為

HB=L×i+HC=7400×0.016×1.1+21+5=156.24m

式中：

HB--------水泵的必須揚(yáng)程m；

L----------單趟管路的長(zhǎng)度m；

i----------水力坡度i=0.016；

HC----------測(cè)地高度m。

（2）水泵運(yùn)行工況點(diǎn)。

水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表，見(jiàn)表1。

（3）電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算。

新管N=

舊管N=

故，水泵電機(jī)選取YB2-4005-4型10kV、315kW礦用防爆電動(dòng)機(jī)。

（4）校驗(yàn)水泵的穩(wěn)定性。

滿足0.9H0>HB條件

式中：H0---DIU零流量時(shí)的揚(yáng)程

代入得：0.9×215=193.5>HB=156.24m

可見(jiàn)滿足要求

（5）排水管路壁厚的計(jì)算。

排水管路選擇為無(wú)縫鋼管，D273排水管路按2.5MPa計(jì)算，管路計(jì)算壁厚為5.8mm，設(shè)計(jì)選擇管路壁厚為7.0mm。

因此，此泵房安裝兩趟D273×7涂塑無(wú)縫鋼管。

（6）排水能力的核校驗(yàn)。

舊管：正常涌水時(shí) 開(kāi)1臺(tái)泵T=24×194/278.0=16.75（h）

最大涌水時(shí) 開(kāi)2臺(tái)泵T=24×296/278.0/2=12.78（h）

（7）電耗的計(jì)算。

年電耗

E=

噸水百米電耗

2.4 排水管路的選擇

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：主要排水設(shè)備必須有工作和備用的管路，其中工作管路的能力應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。工作和備用管路的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20小時(shí)內(nèi)排出24小時(shí)的最大涌水量。

故三盤區(qū)1-2上煤水泵房?jī)?nèi)選用兩趟D273×7涂塑無(wú)縫鋼管，工作制度為一用一備，設(shè)計(jì)管道連接均采用法蘭連接。

參考文獻(xiàn)

[1]《布爾臺(tái)礦煤田勘探報(bào)告》.

[2]《煤礦安全規(guī)程》專家解讀井工部分——中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社發(fā)行.

[3]《布爾臺(tái)煤礦西南區(qū)開(kāi)采初步設(shè)計(jì)》.

[4]《煤炭工業(yè)給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》.endprint