趙枝業(yè)

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

1 礦井概況

母杜柴登井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市東勝煤田的呼吉爾特礦區(qū)的東南部，批復(fù)開(kāi)采標(biāo)高+760～+400 m，井田面積55.312 2 km2，批復(fù)礦井生產(chǎn)能力6.00 Mt/a。

隨著開(kāi)采范圍擴(kuò)大及工作面接續(xù)順序的調(diào)整，井下涌水量也增大，成為制約煤礦生產(chǎn)的主要因素?，F(xiàn)主排水及盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)水泵排水能力、管路和水倉(cāng)容量均不符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，因此井下排水系統(tǒng)須進(jìn)行改造[1-6]，方可滿足安全生產(chǎn)需求。

2 礦井涌水量及排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 礦井涌水量情況

目前已有的排水系統(tǒng)及排水設(shè)備根據(jù)礦井正常涌水量1546 m3/h、最大涌水量2165 m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。

但是，礦井目前（2021年5月觀測(cè)記錄）正常涌水量2582 m3/h，最大涌水量3030 m3/h，302盤(pán)區(qū)涌水量2537 m3/h，301盤(pán)區(qū)涌水量45 m3/h。

中煤能源研究院有限責(zé)任公司2021年編制完成了《鄂爾多斯市伊化礦業(yè)資源有限責(zé)任公司母杜柴登煤礦礦井涌水量預(yù)計(jì)報(bào)告》，報(bào)告采用“比擬法”計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)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(shì)，井下主排水、抗災(zāi)排水系統(tǒng)排水壓力增大。為解決礦井存在的防治水問(wèn)題，消除水害防治存在的突出隱患，保障排水系統(tǒng)的可靠性，嚴(yán)防透水事故的發(fā)生，對(duì)目前井下排水系統(tǒng)按礦井最新涌水量進(jìn)行擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)研究。

2.2 設(shè)備現(xiàn)狀

目前井下已有排水系統(tǒng)包括聯(lián)合布置在副立井井底附近的主排水系統(tǒng)、抗災(zāi)排水系統(tǒng)，另外在302盤(pán)區(qū)設(shè)置有302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)。

2.2.1 主排水系統(tǒng)

主排水系統(tǒng)硐室包含主排水泵房、管子道、井底水倉(cāng)，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(lián)合布置，主排水泵房長(zhǎng)67 m。井底水倉(cāng)長(zhǎng)度約為930 m，有效容積為10 358 m3，水倉(cāng)清理采用新一代水倉(cāng)自動(dòng)清理系統(tǒng)。

2.2.2 抗災(zāi)排水系統(tǒng)

抗災(zāi)排水水泵設(shè)置在井底水倉(cāng)附近，與井下副水倉(cāng)聯(lián)通，抗災(zāi)排水水量按最大涌水量2165 m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，抗災(zāi)排水泵房布置在井底水倉(cāng)入口處，與井底水倉(cāng)通過(guò)吸水巷道連接。泵房最大凈斷面面積按41.21 m2計(jì)算，泵房及通道長(zhǎng)度約為90 m。

2.2.3 302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)

在302盤(pán)區(qū)設(shè)置302盤(pán)區(qū)排水泵房、302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)。302排水系統(tǒng)通過(guò)接力方式到井底水倉(cāng)。

302盤(pán)區(qū)水泵房布置在3-1煤西翼輔助運(yùn)輸大巷中部位置，長(zhǎng)度39 m。302盤(pán)區(qū)配套水倉(cāng)長(zhǎng)度約為460 m，水倉(cāng)容量4500 m3，安裝5臺(tái)礦用排沙潛水泵，流量725 m3/h，敷設(shè)3趟Φ377 mm鋼管，經(jīng)3-1煤西翼大巷排至井下主水倉(cāng)。

井下現(xiàn)有排水系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 井下排水系統(tǒng)現(xiàn)狀平面布置圖

3 排水系統(tǒng)改造方案

根據(jù)礦井實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)有排水系統(tǒng)位置，對(duì)井下排水系統(tǒng)擴(kuò)容提出兩個(gè)方案。

3.1 方案一：擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)+新建二號(hào)抗災(zāi)排水泵房

3.1.1 擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)

為保證主排水系統(tǒng)和302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)排水能力，同時(shí)在改擴(kuò)建期間維持現(xiàn)有主排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，僅對(duì)302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)改造，作為井下二號(hào)主排水系統(tǒng)，在滿足全礦井正常涌水量的同時(shí)，也保證了302盤(pán)區(qū)排水需求。

（1）擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)

主排水系統(tǒng)排水能力按礦井正常涌水量3705 m3/h計(jì)算，井下原主排水系統(tǒng)承擔(dān)1546 m3/h，302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)（二號(hào)主排水系統(tǒng)）還需要承擔(dān)2159 m3/h的礦井涌水量。該方案302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)容量滿足4 h盤(pán)區(qū)正常涌水量：2860×4=11 440 m3，擴(kuò)建容量 為11 440-4500=6940 m3（取7000 m3）。302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)新建兩環(huán)，滿足擴(kuò)建后水倉(cāng)的容量。

（2）擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)水泵房及配電室

水倉(cāng)容量增加后排水能力要同步提升，須同時(shí)擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)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(kuò)建后與302盤(pán)區(qū)泵房原配水巷貫通，將302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)分成兩部分，一部分采用新增排水設(shè)備通過(guò)管路鉆孔直排地面，另一部分采用已有的302盤(pán)區(qū)水泵繼續(xù)接力排水到井底水倉(cāng)。

3.1.2 新建二號(hào)抗災(zāi)排水系統(tǒng)

新建二號(hào)抗災(zāi)排水系統(tǒng)可選在現(xiàn)有抗災(zāi)排水泵房北部或在302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)附近新建?？紤]到抗災(zāi)排水管路及控制電纜敷設(shè)長(zhǎng)度，推薦在現(xiàn)有抗災(zāi)排水泵房北部新建二號(hào)抗災(zāi)排水泵房，與現(xiàn)有抗災(zāi)排水泵房聯(lián)合布置，已有抗災(zāi)排水泵房更名為一號(hào)抗災(zāi)排水泵房。泵房一側(cè)與井底車場(chǎng)相連，另一側(cè)與30201工作面帶式輸送機(jī)巷相連。在二號(hào)抗災(zāi)排水泵房對(duì)應(yīng)地面位置施工抗災(zāi)排水管路直排鉆孔3個(gè)（Ф426 mm管路），電纜鉆孔1個(gè)（Ф377 mm管路），供擴(kuò)建后的抗災(zāi)排水泵房使用。

排水系統(tǒng)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(kuò)建現(xiàn)有主排水系統(tǒng)+新建二號(hào)抗災(zāi)排水泵房+擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)

3.2.1 擴(kuò)建現(xiàn)有主排水系統(tǒng)

（1）擴(kuò)建井底水倉(cāng)

在現(xiàn)有井底水倉(cāng)基礎(chǔ)上新增1環(huán)，施工長(zhǎng)度650 m，增加容量為7000 m3，加上已有的井底水倉(cāng)容量10 358 m3，水倉(cāng)擴(kuò)容后容積共17 358 m3，滿足礦井涌水對(duì)水倉(cāng)的需要。新增一環(huán)水倉(cāng)布置于煤層底板的穩(wěn)定巖層中，標(biāo)高為+635 m左右。新增1環(huán)水倉(cāng)與原主水倉(cāng)連接，與原主水倉(cāng)直接連接并共用吸水井。

（2）擴(kuò)建井下主排水泵房

水倉(cāng)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(kuò)建，主變電所向北延伸，滿足新增水泵配電室。

新建二號(hào)抗災(zāi)排水系統(tǒng)同方案一。

3.2.2 擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)

目前水倉(cāng)容量為4500 m3，按302盤(pán)區(qū)涌水量計(jì)算，302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)容量為11 440 m3，涌水量在現(xiàn)有盤(pán)區(qū)水倉(cāng)基礎(chǔ)上新建外部?jī)森h(huán)水倉(cāng)，新建水倉(cāng)容量為7000 m3。擴(kuò)建后水倉(cāng)整體容量為4500+7000=11 500 m3。為匹配擴(kuò)建后水倉(cāng)的容量，須同時(shí)擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)水泵房、水泵房配電室等，擴(kuò)建完成后302盤(pán)區(qū)水倉(cāng)繼續(xù)接力排水到井底水倉(cāng)。新增水泵排水管路沿大巷鋪設(shè)。

4 礦井排水系統(tǒng)擴(kuò)容方案比選

兩個(gè)排水系統(tǒng)擴(kuò)容方案抗災(zāi)排水系統(tǒng)擴(kuò)建方案一致，只是主排水系統(tǒng)和302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)方案不同，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)投資兩方面進(jìn)行比較。

4.1 技術(shù)比較

4.1.1 方案一優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)點(diǎn)：① 盤(pán)區(qū)水倉(cāng)擴(kuò)建位置較為寬闊，水倉(cāng)施工方案可做多種選擇。② 目前礦井涌水主要來(lái)自302盤(pán)區(qū)，礦井水清污水量比例相差不大時(shí)，可以將內(nèi)兩環(huán)排水系統(tǒng)作為排污專用系統(tǒng)，接力排至井底車場(chǎng)；將外兩環(huán)排水系統(tǒng)作為排清專用系統(tǒng)，直排至地面。

（2）缺點(diǎn)：① 施工直排孔需在鐵路沿線附近額外征地，直排鉆孔對(duì)地面、井下的位置選擇產(chǎn)生制約。② 直排地面后排水管路須沿鐵路環(huán)線敷設(shè)至工業(yè)廣場(chǎng)深度水處理站，管路長(zhǎng)度增加，且在冬季使用時(shí)考慮保溫措施，防止凍堵管。

4.1.2 方案二優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)點(diǎn)：① 井下主水倉(cāng)擴(kuò)容增加一環(huán)后與原井底主水倉(cāng)形成一個(gè)整體水倉(cāng)，可一并進(jìn)行清淤，共用清挖設(shè)備。② 新增一環(huán)水倉(cāng)與原有主水倉(cāng)連接，井下主排水系統(tǒng)布局規(guī)整。③ 方便主排水系統(tǒng)日常管理。

（2）缺點(diǎn)：① 水倉(cāng)擴(kuò)容施工時(shí)與原主水倉(cāng)連接貫通時(shí)，施工難度較大，且須施工三處立交。②水倉(cāng)新增一環(huán)后水倉(cāng)容積富余較多，若在已有的井底水倉(cāng)的基礎(chǔ)上新增一個(gè)內(nèi)環(huán)，由于空間有限，長(zhǎng)度僅為170 m，水倉(cāng)容積較小，內(nèi)環(huán)擴(kuò)容意義不大。

綜上所述，經(jīng)過(guò)技術(shù)比較，方案一在302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)上擴(kuò)建，作為二號(hào)主排系統(tǒng)，不影響現(xiàn)有主排水系統(tǒng)正常使用，僅通過(guò)改擴(kuò)建302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)就可實(shí)現(xiàn)全礦井和302盤(pán)區(qū)排水需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)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(yōu)勢(shì)。雖地面排水距離較遠(yuǎn)，征地費(fèi)用高，但位于鐵路保護(hù)煤柱內(nèi)，維護(hù)方便。

4.2 經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)兩個(gè)方案投資比較見(jiàn)表1。

由表1可知，方案一投資較方案二低5846萬(wàn)元，主要體現(xiàn)在井巷工程、設(shè)備安裝費(fèi)用，因此方案一在投資方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

表1 各方案經(jīng)濟(jì)比較表

續(xù)表：

4.3 結(jié)論

從上述方案看，方案一在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面有明顯優(yōu)勢(shì)，推薦在302盤(pán)區(qū)排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)建，形成二號(hào)主排水系統(tǒng)，在現(xiàn)有抗災(zāi)排水泵房北部新建二號(hào)抗災(zāi)排水泵房，與現(xiàn)有抗災(zāi)排水泵房聯(lián)合布置。

5 結(jié)語(yǔ)

由于生產(chǎn)接續(xù)發(fā)生較大變化，原有涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果已不能滿足生產(chǎn)需求，因此制定立足長(zhǎng)遠(yuǎn)、著眼全局、切實(shí)可行的礦井排水系統(tǒng)改造方案，以保障礦井安全、綠色生產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì)母杜柴登礦排水系統(tǒng)改造的方案性探討研究，對(duì)呼吉爾特礦區(qū)煤礦排水系統(tǒng)的改造提供了有益的參考和借鑒。