中国神华能源股份有限公司布尔台矿西南采取开采排水设计

李正东++吴东晓

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，我国的煤炭资源也出现了紧缺的现象。导致当前煤炭的开采过程也更为复杂，并有大量地下水的渗出，为了保证矿井正常、安全的开采，在新盘区开采需提前完善采区给、排水设计，本文则将布尔台煤矿矿井为例，分析西南区开采时排水设计的规划方案。

关键词：布台尔煤矿；西南区排水设计方案；设备选型

中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0139-02

1 概述

1.1 矿井排水现状

本矿井采用主斜井、副平硐综合开拓方式，矿井一、二水平同时开采，整个矿井现设有两个中央水泵房（即2-2煤副平硐底设置的2-2煤中央水泵房和4-2上煤一盘区辅运大巷处设置的4-2上煤中央水泵房）及两个盘区水泵房（即二盘区2-2煤水泵房和二盘区4-2上煤水泵房），该矿井的排水系统形式为接力排水，其具体排水路径为：

一水平2-2煤现装备两套综采，分别布置在一、二盘区，其中一盘区2-2煤工作面涌水的排水路径为：一盘区2-2煤工作面涌水→局部水仓→2-2煤回风大巷→2-2煤中央水泵房→2-2煤辅运大巷与回风大巷间联巷→2-2煤回风大巷→回风斜井井筒→地面。本次三盘区1-2上煤位于该矿井一水平，故本次三盘区1-2上煤的排水任务可考虑由该矿井一水平现有排水系统负责。

1.2 现有排水能力校核

矿井三盘区1-2上煤投产时，全矿井装备三个综采工作面，分别布置在西南区三盘区1-2上煤及二盘区的2-2煤和4-2上煤层，其工作面接续均为同水平接续。因此，本次三盘区1-2上煤开采考虑利用矿井现有主排水系统进行排水。

该矿井目前设有两个中央水泵房，其中一水平设有2-2煤中央水泵房，二水平设有4-2上煤中央水泵房，具体设置情况如下：

2-2煤中央水泵房：主斜井井口标高+1170m，泵房标高为+1051m，排水垂高119m，排水管路长度1780m。2-2煤中央水泵房排水设备为MD720-60×3型矿用耐磨离心式排水泵3台，配有YB2-5002-4型10kV、630kW矿用防爆电动机；泵房出两趟D377×9主排水管路，沿2-2煤辅运大巷与回风大巷联巷→2-2煤回风大巷→回风斜井井筒敷设至地面。工作制度为：正常涌水时，泵房内一台水泵和一趟主排水管路工作，排水能力约为720m3/h；2-2煤最大涌水时，泵房内两台水泵和两趟主排水管路都开启，排水能力约为1440m3/h。

4-2上煤中央水泵房：主斜井井口标高+1170m，泵房标高为+1003m，排水垂高167m，排水管路长度2950m。4-2上煤中央水泵房的排水设备为5台MDA500-57×4型排水设备，配有YB2-4508-4型10kV、500kW防爆电动机。泵房出三趟D377×9主排水管路，沿4-2上煤辅运大巷→辅运大巷与回风大巷联巷→4-2上煤回风上山→2-2煤回风大巷→回风斜井筒敷设至地面。工作制度为：正常涌水时，泵房内两台水泵和两趟主排水管路同时工作，排水能力约为1000m3/h；最大涌水时，泵房内三台水泵和三趟管路同时工作，排水能力1500m3/h。

根据矿方提供的《布尔台煤矿不同时期盘区和矿井涌水量预计》资料可知，该矿井一水平三盘区1-2上煤投产后，全矿井正常涌水量为514m3/h，最大涌水量为696m3/h，其中一水平正常涌水量为354m3/h，最大涌水量为496m3/h。

结合该矿井现有主排水设备能力计算可知，现一水平2-2煤中央排水泵也可满足该矿井三盘区1-2上煤层投產后一水平的排水需求。

2 主排水设备选型

根据《布尔台煤矿不同时期盘区和矿井涌水量预计》显示，该矿井三盘区1-2上煤投产后，一水平正常涌水量为354m3/h，最大涌水量为496m3/h，经计算现2-2煤中央水泵房可满足一水平的排水任务，工作制度为：正常涌水时，泵房内一台水泵和一趟主排水管路工作，排水能力约为720m3/h；最大涌水时，泵房内一台水泵和一趟主排水管路工作，排水能力约为720m3/h。

2.1 排水方案

根据该矿井一水平现有排水系统并结合一水平西南区开采方案及涌水量数据，现拟出以下排水方案。

新建三盘区1-2上煤水泵房负责三盘区1-2上煤排水任务（正常涌水量为194m3/h，最大涌水量为296m3），泵房内安装三台MD280-43×5型矿用耐磨离心排水泵，水泵额定流量为280m3/h，扬程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW矿用防爆电动机；泵房出两趟D273×7的排水管路，排水垂高16m，排水管路长度7400m，沿三盘区1-2上煤主运大巷→2-2煤南部主运大巷→2-2煤中部回风大巷→二盘区2-2煤水泵房。工作制度为：正常涌水时，泵房内一台水泵和一趟排水管路同时工作，排水能力约为280m3/h；最大涌水时，泵房内两台水泵和两趟管路同时工作，排水能力560m3/h。根据涌水量数据报告显示，三盘区1-2上煤投产后，一水平正常涌水量为354m3/h，最大涌水量为496m3/h，现二盘区2-2煤水泵房可以满足一水平二、三盘区的排水任务。

2.2 排水设备选型

2.2.1 设计依据

根据矿方提供的《布尔台煤矿不同时期盘区和矿井涌水量预计》资料可知，该矿井三盘区1-2上煤投产后， 三盘区1-2上煤正常涌水量194m3/h，最大涌水量296m3/h；

新建三盘区1-2上煤水泵房底板标高：+1000m；

二盘区2-2煤水泵房底板标高：+1021m；

排水路线：三盘区1-2上煤主运大巷→2-2煤南部主运大巷→2-2煤中部回风大巷→二盘区2-2煤水泵房，单趟排水管路长度约为7400m。endprint

2.2.2 水泵选型

根据本矿井正常和最大涌水量数据，并结合目前国内水泵的生产情况，做了以下两种设备选型方案。

方案一：选用MD280-43×5型矿用卧式离心泵3台，水泵额定流量为280m3/h，扬程215m，配YB2-4005-4型10kV、315kW矿用防爆电动机，电机转速1488r/min。泵房出两趟D273×7涂塑无缝钢管。泵房水泵及配套管路工作制度为：正常涌水量时：水泵一台工作，一台备用，一台检修，一趟管路工作，剩余一趟备用/检修；最大涌水量时：水泵两台工作，一台备用/检修，两趟管路全部工作。

方案二：选用BQ275-230/6-280/W-S型矿用潜水电泵3台，水泵额定流量为275m3/h，扬程230m，配防爆电动机280kW、电压等级10kV，电机转速1488r/min。泵房出两趟D273×7涂塑无缝钢管。泵房水泵及配套管路工作制度为：正常涌水量时：水泵一台工作，一台备用，一台检修，一趟管路工作，剩余一趟备用/检修；最大涌水量时：水泵两台工作，一台备用/检修，两趟管路全部工作。排水设备选型方案比较见表7-3-2。

两个方案经综合技术经济比较，方案一和方案二的水泵均具有汽蚀性能好，运行平稳可靠的优点，均可满足矿井排水需要，但方案二硐室施工难度大、投资费用高且存在设备检修难度大等问题，故设计推荐采用方案一。

2.3 推荐方案的选型计算

（1）排水设备能力。

排水量：QB=1.2×194=232.8m3/h

根据《给排水工程快速设计手册》修正计算可知：

当流量为280.8m3/h、管路公称管径为250mm（壁厚为7mm时）时，流速为1.56m/s，水力坡度为i=0.016。

則水泵必须的杨程为

HB=L×i+HC=7400×0.016×1.1+21+5=156.24m

式中：

HB--------水泵的必须扬程m；

L----------单趟管路的长度m；

i----------水力坡度i=0.016；

HC----------测地高度m。

（2）水泵运行工况点。

水泵运行工况点参数表，见表1。

（3）电动机容量的计算。

新管N=

旧管N=

故，水泵电机选取YB2-4005-4型10kV、315kW矿用防爆电动机。

（4）校验水泵的稳定性。

满足0.9H0>HB条件

式中：H0---DIU零流量时的扬程

代入得：0.9×215=193.5>HB=156.24m

可见满足要求

（5）排水管路壁厚的计算。

排水管路选择为无缝钢管，D273排水管路按2.5MPa计算，管路计算壁厚为5.8mm，设计选择管路壁厚为7.0mm。

因此，此泵房安装两趟D273×7涂塑无缝钢管。

（6）排水能力的核校验。

旧管：正常涌水时 开1台泵T=24×194/278.0=16.75（h）

最大涌水时 开2台泵T=24×296/278.0/2=12.78（h）

（7）电耗的计算。

年电耗

E=

吨水百米电耗

2.4 排水管路的选择

《煤矿安全规程》规定：主要排水设备必须有工作和备用的管路，其中工作管路的能力应能配合工作水泵在20小时排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用管路的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出24小时的最大涌水量。

故三盘区1-2上煤水泵房内选用两趟D273×7涂塑无缝钢管，工作制度为一用一备，设计管道连接均采用法兰连接。

参考文献

[1]《布尔台矿煤田勘探报告》.

[2]《煤矿安全规程》专家解读井工部分——中国矿业大学出版社发行.

[3]《布尔台煤矿西南区开采初步设计》.

[4]《煤炭工业给水排水设计规范》.endprint