复杂地质条件下矿井排水系统设计

复杂地质条件下矿井排水系统设计

杨庆贺王宇

杨庆贺王宇

（辽宁工程技术大学矿业技术学院辽宁葫芦岛125100）

摘要：以某井工矿为例，在复杂地质条件下，根据现场工况以及相关规范和经验，设计了该矿的矿井排水系统。该设计研究可为同类型井工矿提供排水系统的设计参考，有较强的实用价值。

关键字：复杂地质条件；井工矿；排水系统；设计

1矿井涌水

1.1概述

（1）自然地理

本矿井位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无高山，一般为平缓低山丘陵及第四纪洪冲积平原，地表绝大多数为农田，一般标高为+80~+120m。地势最高处位于煤田西南后部的旧门山，其标高为130.30m。

矿井内无较大河流，只是在矿井外的西南有一条小河，为李家河，未流经本矿井。而在矿井的中部、北部和南部有许多人工渠和季节性冲沟；主要有一道河、二道河等。在矿井的西南大平煤矿境内有三台子水库，集水面积为140km2，水库最大面积14km2，储水量4900万m3，标高+83.5m；水库一般面积8km2，储水量1500万m3，标高+81.0m。水库水的主要来源，除季节性冲沟汇集外，主要靠南部李家河和康平西泡子水库溢洪通过人工渠道注入。排水主要靠人工渠进行调节，调节水量500万m3。

本区年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。

（2）矿井划分三个含水层，现分述如下：1）第四系洪积含水层；2）白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层；3）白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层

（3）涌水量：矿井正常涌水量为63.9m3/h，最大矿井涌水量为102.2m3/h。

1.2矿山技术条件

矿井产量为2.40Mt/a，矿井开采最大深度为-480m，副井井口标高为+99.91m，排水高度为580m。

煤矿排水是保证煤矿安全生产的重要环节之一，它不仅关系到矿井能否正常生产，同时关系到煤矿工人的生命安全和国家的财产安全，因此，必须在思想上给予足够的重视[1]。

矿井全部涌水由井底车场附近的中央水泵房一次排到地面．一部分矿井水可以作为地面灌浆站用水，排水管路沿副井井筒敷设到井口。

2排水设备的计算与选择

（1）水泵最小排水能力计算：根据《矿井规程》[2]的规定：每组水泵的排水能力必须在20小时内将24小时的正常涌水排除。正常涌水时，工作水泵最小排水能力应为：，Qr=63.9m3/h，=24×63.9/20=76.68m3/h。最大涌水时，工作水泵的排水能力应为：Qrˊ=，Qbˊ=24×102.2/20=122.6m3/h。

（2）水泵扬程的估算：，k：管道损失系数，取1.1；：排水高度，取井筒垂高，580m；：吸水高度，Hx=5m。Hb=1.1×（580+5）=643.5m。根据计算选用QKSG--75型矿用潜水泵

（3）水泵台数的确定：正常涌水时的工作水泵台数：=Qb/Qn=76.68/750=1台，取N1=1台工作水泵台数=1×70%=0.7。取=1为备用水泵台数。最大涌水时的各种水泵台数：=122.6/750=0.16台。=0.25台。取=1台为检修泵。故水泵的总台数为：n==1+1+1=3台。综上所述：设计矿井选用QKSG--75型矿用潜水泵三台，其中一台工作，一台备用，一台检修。

3水泵房的设计

3.1水泵房支护方式和起重设备

水泵房采用料石砌碹，在水泵房上部安装起重梁供检修水泵及电机使用。

3.2水泵房的位置

矿井的主排水泵房应设在井底车场副井附近。主要设计原则如下：1)运输巷道有朝向井底车场的坡度，便于井下涌水沿运输巷道的排水沟流至水泵房附近的水仓中。2)副井一般都是进风井，靠近副井的水泵房将有足够的新鲜风流，有利于电机的冷却。3)连通水泵房与副井井筒的斜巷出口处有平台，罐笼可停靠在平台处装卸设备，为便于运输，斜巷内可设钢轨及手摇绞车，轨道间设人行台阶。4)减少排水管长度，从而减少阻力损失。5)水泵房地面标高比井底车场轨面高0.5m，地面应向吸水井一侧有1%的坡度。

3.3水泵房规格尺寸的计算

在泵房内水泵应顺着水泵房的横轴向排列，泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形尺寸，通道宽度和安装检修条件等确定。

（1）水泵房长度的确定：，式中：n：水泵台数，n=3；L’：水泵机组的总长度，L`=5.2m；l：水泵机组的净空距离，取1.5m；L=3×5.2+1.5×（3+1）=21.6m。

（2）水泵房的宽度：，式中：：水泵基础宽度，取2.0m；：水泵基础边到有轨一侧墙壁的距离，取2.0m；：水泵基础边到吸水井墙壁的距离，取1.0m；则B=2+2+1=5m。

（3）泵房的高度应满足检修时的高度，由手册查得：泵房的高度为4.2m。

4水仓设计

矿井主要水仓是由两个独立的巷道组成，分别为主、副水仓，当一个进行清理时，另一个能正常使用，设计将水仓布置在水泵房的一侧[3]。

主、副水仓的总容量是按规定应能容纳矿井8小时的正常涌水，为了方便涌水中的泥沙得到充分沉淀，水在水仓中流速不大于0.005m/s，在水仓中流动的时间不少于6小时，此处取7小时，故每个水仓的长度为：=3600×0.005×6=126m。以防最大涌水时之需，本设计取L=130m。水仓断面为：，式中：S：水仓的断面，㎡；V：水仓容积，，（8小时的正常涌水量）；所以，S=8×63.9/（2×130）=2㎡。

取水仓的断面7㎡，巷道采用锚喷支护。另外，水仓顶板的标高应低于水仓入口处水沟的底板标高，清理水仓的工作由人工来完成。所以水仓内设有轨道，水仓入口处还设有小绞车作为清理水仓时提拉矿车用。

5结论：

煤矿排水是保证煤矿安全生产的重要环节之一，它不仅关系到矿井能否正常生产，同时关系到煤矿工人的生命安全和国家的财产安全。

通过本文中针对复杂地质条件下井工矿的排水系统设计，并同时参考规范和经验，设计得到的排水系统完全符合实际要求。该设计可为同类型矿井提供排水系统设计参考。

参考文献：

[1]煤炭工业矿井设计规范[M].第1版.北京:中国计划出版社,2006.

[2]煤矿安全规程[M].第1版.北京:煤炭工业出版社,2009.

[3]阎海鹏，黄江宁.采煤工艺.第1版.徐州:中国矿业大学出版社,2009.