孫露

（中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安710054）

1 煤礦盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)

大型煤礦隨著開(kāi)采范圍不斷擴(kuò)大，開(kāi)采水平不斷延伸，礦井排水系統(tǒng)服務(wù)范圍也逐漸增大，對(duì)距離中央水泵房較遠(yuǎn)的盤(pán)區(qū)，需設(shè)置盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)以滿足排水需要。盤(pán)區(qū)排水主要有集中排水系統(tǒng)和分區(qū)域排水系統(tǒng)。

集中排水系統(tǒng)是將礦井不同盤(pán)區(qū)、不同水平的涌水排至中央水倉(cāng)，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(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是各盤(pán)區(qū)涌水全部排至同一個(gè)地面水處理站，管理簡(jiǎn)單，不需要增加地面場(chǎng)地，減少了地面工程，投資較少；缺點(diǎn)是盤(pán)區(qū)水泵房接力排水至中央水泵房，排水環(huán)節(jié)多，系統(tǒng)維護(hù)困難，且排水距離較遠(yuǎn)，排水管路投資較大。

分區(qū)域排水系統(tǒng)是在不同盤(pán)區(qū)設(shè)置獨(dú)立的排水系統(tǒng)，將井下涌水分別排至地面水處理站。分區(qū)域排水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有獨(dú)立的排水系統(tǒng)，避免在中央水泵房排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，礦井涌水無(wú)法及時(shí)外排，提高了排水系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時(shí)減少了盤(pán)區(qū)水泵房向中央水泵房排水的環(huán)節(jié)，排水系統(tǒng)維護(hù)難度降低，縮短了排水距離，減少了排水管路投資；缺點(diǎn)是需要建設(shè)不同場(chǎng)地的地面水處理站，地面場(chǎng)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(pán)區(qū)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 礦井概況及排水設(shè)備現(xiàn)狀

紅柳林礦井井田位于陜西省神木市以西約15 km，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15.0 Mt/a，屬于特大型礦井。井田東西長(zhǎng)約20.0 km，南北寬約8.0 km。井下共劃分為5個(gè)盤(pán)區(qū)，分別為北一盤(pán)區(qū)、南一盤(pán)區(qū)、北二盤(pán)區(qū)、南二盤(pán)區(qū)和西一盤(pán)區(qū)。礦井有3個(gè)地面工業(yè)場(chǎng)地，分別為位于井田東部邊界附近的主工業(yè)場(chǎng)地、位于井田中部的二號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地和位于井田西部的三號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地。

礦井一盤(pán)區(qū)、二盤(pán)區(qū)開(kāi)采時(shí)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(tǒng)由建于回風(fēng)斜井井底附近的井下中央水泵房和主水倉(cāng)組成，礦井涌水由各處臨時(shí)水泵匯集至中央水倉(cāng)，經(jīng)由中央水泵房排至礦井工業(yè)場(chǎng)地井下水處理站，處理后復(fù)用。

中央水泵房現(xiàn)已安裝3臺(tái)MD1000-72×4型礦用耐磨多級(jí)離心式水泵，每臺(tái)水泵配套YB型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 000 kW，電壓10 kV，轉(zhuǎn)速1 480 r/min，排水管路為2趟φ426 mm×12 mm無(wú)縫鋼管。

2.2 方案設(shè)計(jì)

西一盤(pán)區(qū)服務(wù)年限約20 a，西一盤(pán)區(qū)開(kāi)采時(shí)，正常涌水量2 055 m3/h，最大涌水量3 025 m3/h，新建西一盤(pán)區(qū)水泵房。根據(jù)紅柳林煤礦西一盤(pán)區(qū)涌水量及排水條件并結(jié)合礦井現(xiàn)有排水系統(tǒng)，提出3種可行的排水系統(tǒng)方案。

2.2.1 方案一

采用分區(qū)域排水系統(tǒng)。西一盤(pán)區(qū)涌水通過(guò)西一盤(pán)區(qū)水泵房排水設(shè)施排至三號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地井下水處理站，選用7臺(tái)MD1100-86×5(Y)型多級(jí)離心泵，正常涌水量時(shí)，水泵3臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)4臺(tái)水泵同時(shí)工作。每臺(tái)水泵選配YB3-560—4型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 800 kW，電壓10 kV。設(shè)置4趟φ426 mm×12 mm無(wú)縫鋼管排水管路。本方案需在三號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地新建水處理能力3 025 m3/h的井下水處理站。排水系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 方案一排水系統(tǒng)流程Fig.1 Drainage system flowof plan 1

2.2.2 方案二

采用分區(qū)域排水系統(tǒng)和集中排水系統(tǒng)相結(jié)合的排水方式。西一盤(pán)區(qū)共設(shè)置2套排水系統(tǒng)。

1號(hào)排水系統(tǒng)排至三號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地井下水處理站，選用5臺(tái)MD1100-86×5(Y)型多級(jí)離心泵，正常涌水量時(shí)，水泵2臺(tái)工作，2臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)3臺(tái)水泵同時(shí)工作。每臺(tái)水泵選配YB3-560—4型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 800 kW，電壓10 kV。設(shè)置3趟φ426 mm×12 mm無(wú)縫鋼管排水管路。

2號(hào)排水系統(tǒng)排至井下主水倉(cāng)，再利用中央水泵房排水設(shè)施排至礦井工業(yè)場(chǎng)地井下水處理站，選用3臺(tái)MD1100-86×3(Y)型多級(jí)離心泵，正常涌水量時(shí)，水泵1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)2臺(tái)水泵同時(shí)工作。每臺(tái)水泵選配YB3-450—4型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 000 kW，電壓10 kV。設(shè)置2趟φ450 mm×12 mm無(wú)縫鋼管排水管路。

本方案需在三號(hào)風(fēng)井場(chǎng)地新建水處理能力1 725 m3/h的井下水處理站。排水系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 方案二排水系統(tǒng)流程Fig.2 Drainage system flowof plan 2

2.2.3 方案三

采用集中排水系統(tǒng)。西一盤(pán)區(qū)涌水通過(guò)西一盤(pán)區(qū)排水設(shè)施排至井下井下主水倉(cāng)，再利用中央水泵房排水設(shè)施排至礦井工業(yè)場(chǎng)地井下水處理站。西一盤(pán)區(qū)水泵房選用7臺(tái)MD1100-86×3(Y)型多級(jí)離心泵，正常涌水量時(shí)，水泵3臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)4臺(tái)水泵同時(shí)工作。每臺(tái)水泵選配YB3-450—4型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 000 kW，電壓10 kV。設(shè)置4趟φ450 mm×12 mm無(wú)縫鋼管排水管路。

中央水泵房增加4臺(tái)MD1000-72×4型礦用耐磨多級(jí)離心式水泵，增加后共7臺(tái)水泵，正常涌水量時(shí)，水泵3臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水量時(shí)4臺(tái)水泵同時(shí)工作。每臺(tái)水泵選配YB3-450—4型隔爆電動(dòng)機(jī)1臺(tái)，功率1 000 kW，電壓10 kV。增加2趟φ426 mm×12 mm無(wú)縫鋼管排水管路，增加后共設(shè)置4趟排水管路。

本方案需在工業(yè)場(chǎng)地新建水處理能力1 725 m3/h的井下水處理站。排水系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 方案三排水系統(tǒng)流程Fig.3 Drainage system flowof plan 3

2.3 方案比選

上述3種排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各方案技術(shù)特征及可靠性分析見(jiàn)表1。

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

各方案排水設(shè)備選型及經(jīng)濟(jì)分析見(jiàn)表2。

表2 排水方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析Table 2 Economic comparative analysis of drainage schemes

經(jīng)濟(jì)投資方面，通過(guò)表2可知，方案一設(shè)備、管路及礦建投資最低，由于排水距離最短，年運(yùn)行費(fèi)用也最低。方案二設(shè)備、管路及礦建投資高于方案一，年排水費(fèi)用亦高于方案一。方案三設(shè)備、管路及礦建投資最高，由于排水距離較長(zhǎng)，年排水費(fèi)用最高。

但方案二、方案三均利用了已有的排水系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)，分別在風(fēng)井場(chǎng)地、工業(yè)場(chǎng)地新建一樣規(guī)模的水處理站，水處理站投資一樣，方案二建設(shè)投資及年排水費(fèi)用均低于方案三。方案一年排水費(fèi)用低于方案二74.5萬(wàn)元，在西一盤(pán)區(qū)服務(wù)年限內(nèi)排水費(fèi)用節(jié)省約1 490萬(wàn)元。方案一設(shè)備、管路及礦建投資低于方案二1 306.2萬(wàn)元，但新建水處理站規(guī)模是方案二的1.8倍，水處理站投資高于方案二約5 000萬(wàn)，方案一建設(shè)投資高于方案二約3700萬(wàn)元。方案一節(jié)省的排水費(fèi)用遠(yuǎn)低于建設(shè)投資費(fèi)用，最終確定方案二作為紅柳林煤礦西一盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)。

3 結(jié) 論

（1）盤(pán)區(qū)涌水量逐漸增大、排水距離較遠(yuǎn)的礦井，中央水泵房集中排水系統(tǒng)已不適用，中央水泵房擴(kuò)建投資高，排水費(fèi)用高。

（2）分區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的排水系統(tǒng)，井下排水系統(tǒng)投資低，排水費(fèi)用低，但由于地面新建水處理站規(guī)模大、投資高，分區(qū)域排水系統(tǒng)建設(shè)投資較大。

（3）采用分區(qū)域排水系統(tǒng)和集中排水系統(tǒng)相結(jié)合的方法，合理利用了礦井已有排水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)，降低了新建水處理站規(guī)模，減少了排水系統(tǒng)建設(shè)投資。由于僅部分涌水采用集中排水系統(tǒng)，總體排水費(fèi)用也較低。

（4）設(shè)計(jì)大型煤礦盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧礦井井下條件、已有設(shè)計(jì)狀況、增量投資情況等各種客觀因素，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選來(lái)?yè)駜?yōu)選取。