母杜柴登煤矿排水系统改造方案研究

赵枝业

（中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054）

1 矿井概况

母杜柴登井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜煤田的呼吉尔特矿区的东南部，批复开采标高+760～+400 m，井田面积55.312 2 km2，批复矿井生产能力6.00 Mt/a。

随着开采范围扩大及工作面接续顺序的调整，井下涌水量也增大，成为制约煤矿生产的主要因素。现主排水及盘区排水系统水泵排水能力、管路和水仓容量均不符合《煤矿安全规程》规定，因此井下排水系统须进行改造[1-6]，方可满足安全生产需求。

2 矿井涌水量及排水系统现状

2.1 矿井涌水量情况

目前已有的排水系统及排水设备根据矿井正常涌水量1546 m3/h、最大涌水量2165 m3/h进行设计和建设。

但是，矿井目前（2021年5月观测记录）正常涌水量2582 m3/h，最大涌水量3030 m3/h，302盘区涌水量2537 m3/h，301盘区涌水量45 m3/h。

中煤能源研究院有限责任公司2021年编制完成了《鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登煤矿矿井涌水量预计报告》，报告采用“比拟法”计算结果，预测矿井正常涌水量为3705 m3/h，最大涌水量为4816 m3/h。

矿井目前井下正常涌水量呈上升趋势，井下主排水、抗灾排水系统排水压力增大。为解决矿井存在的防治水问题，消除水害防治存在的突出隐患，保障排水系统的可靠性，严防透水事故的发生，对目前井下排水系统按矿井最新涌水量进行扩容改造设计研究。

2.2 设备现状

目前井下已有排水系统包括联合布置在副立井井底附近的主排水系统、抗灾排水系统，另外在302盘区设置有302盘区排水系统。

2.2.1 主排水系统

主排水系统硐室包含主排水泵房、管子道、井底水仓，布置在副立井井底附近，位于3-1煤中。井下主排水泵房、主变电所采取联合布置，主排水泵房长67 m。井底水仓长度约为930 m，有效容积为10 358 m3，水仓清理采用新一代水仓自动清理系统。

2.2.2 抗灾排水系统

抗灾排水水泵设置在井底水仓附近，与井下副水仓联通，抗灾排水水量按最大涌水量2165 m3/h进行设计建设，抗灾排水泵房布置在井底水仓入口处，与井底水仓通过吸水巷道连接。泵房最大净断面面积按41.21 m2计算，泵房及通道长度约为90 m。

2.2.3 302盘区排水系统

在302盘区设置302盘区排水泵房、302盘区水仓。302排水系统通过接力方式到井底水仓。

302盘区水泵房布置在3-1煤西翼辅助运输大巷中部位置，长度39 m。302盘区配套水仓长度约为460 m，水仓容量4500 m³，安装5台矿用排沙潜水泵，流量725 m³/h，敷设3趟Φ377 mm钢管，经3-1煤西翼大巷排至井下主水仓。

井下现有排水系统布置如图1。

图1 井下排水系统现状平面布置图

3 排水系统改造方案

根据矿井实际情况，结合现有排水系统位置，对井下排水系统扩容提出两个方案。

3.1 方案一：扩建302盘区排水系统+新建二号抗灾排水泵房

3.1.1 扩建302盘区排水系统

为保证主排水系统和302盘区排水系统排水能力，同时在改扩建期间维持现有主排水系统正常运行，仅对302盘区排水系统改造，作为井下二号主排水系统，在满足全矿井正常涌水量的同时，也保证了302盘区排水需求。

（1）扩建302盘区水仓

主排水系统排水能力按矿井正常涌水量3705 m3/h计算，井下原主排水系统承担1546 m3/h，302盘区排水系统（二号主排水系统）还需要承担2159 m3/h的矿井涌水量。该方案302盘区水仓容量满足4 h盘区正常涌水量：2860×4=11 440 m3，扩建容量 为11 440-4500=6940 m3（取7000 m3）。302盘区水仓新建两环，满足扩建后水仓的容量。

（2）扩建302盘区水泵房及配电室

水仓容量增加后排水能力要同步提升，须同时扩建302盘区水泵房及配电室等。水泵房向西部延伸，配电室向东部延伸。扩建后与302盘区泵房原配水巷贯通，将302盘区排水系统分成两部分，一部分采用新增排水设备通过管路钻孔直排地面，另一部分采用已有的302盘区水泵继续接力排水到井底水仓。

3.1.2 新建二号抗灾排水系统

新建二号抗灾排水系统可选在现有抗灾排水泵房北部或在302盘区水仓附近新建。考虑到抗灾排水管路及控制电缆敷设长度，推荐在现有抗灾排水泵房北部新建二号抗灾排水泵房，与现有抗灾排水泵房联合布置，已有抗灾排水泵房更名为一号抗灾排水泵房。泵房一侧与井底车场相连，另一侧与30201工作面带式输送机巷相连。在二号抗灾排水泵房对应地面位置施工抗灾排水管路直排钻孔3个（Ф426 mm管路），电缆钻孔1个（Ф377 mm管路），供扩建后的抗灾排水泵房使用。

排水系统改造方案一平面布置如图2。

图2 方案一平面布置图

3.2 方案二：扩建现有主排水系统+新建二号抗灾排水泵房+扩建302盘区排水系统

3.2.1 扩建现有主排水系统

（1）扩建井底水仓

在现有井底水仓基础上新增1环，施工长度650 m，增加容量为7000 m3，加上已有的井底水仓容量10 358 m3，水仓扩容后容积共17 358 m3，满足矿井涌水对水仓的需要。新增一环水仓布置于煤层底板的稳定岩层中，标高为+635 m左右。新增1环水仓与原主水仓连接，与原主水仓直接连接并共用吸水井。

（2）扩建井下主排水泵房

水仓容量增加后排水能力要同步提升。受水泵房北部主变电所位置所限，水泵房向南部延伸扩建，主变电所向北延伸，满足新增水泵配电室。

新建二号抗灾排水系统同方案一。

3.2.2 扩建302盘区排水系统

目前水仓容量为4500 m3，按302盘区涌水量计算，302盘区水仓容量为11 440 m3，涌水量在现有盘区水仓基础上新建外部两环水仓，新建水仓容量为7000 m3。扩建后水仓整体容量为4500+7000=11 500 m3。为匹配扩建后水仓的容量，须同时扩建302盘区水泵房、水泵房配电室等，扩建完成后302盘区水仓继续接力排水到井底水仓。新增水泵排水管路沿大巷铺设。

4 矿井排水系统扩容方案比选

两个排水系统扩容方案抗灾排水系统扩建方案一致，只是主排水系统和302盘区排水系统方案不同，从技术和经济投资两方面进行比较。

4.1 技术比较

4.1.1 方案一优缺点分析

（1）优点：① 盘区水仓扩建位置较为宽阔，水仓施工方案可做多种选择。② 目前矿井涌水主要来自302盘区，矿井水清污水量比例相差不大时，可以将内两环排水系统作为排污专用系统，接力排至井底车场；将外两环排水系统作为排清专用系统，直排至地面。

（2）缺点：① 施工直排孔需在铁路沿线附近额外征地，直排钻孔对地面、井下的位置选择产生制约。② 直排地面后排水管路须沿铁路环线敷设至工业广场深度水处理站，管路长度增加，且在冬季使用时考虑保温措施，防止冻堵管。

4.1.2 方案二优缺点分析

（1）优点：① 井下主水仓扩容增加一环后与原井底主水仓形成一个整体水仓，可一并进行清淤，共用清挖设备。② 新增一环水仓与原有主水仓连接，井下主排水系统布局规整。③ 方便主排水系统日常管理。

（2）缺点：① 水仓扩容施工时与原主水仓连接贯通时，施工难度较大，且须施工三处立交。②水仓新增一环后水仓容积富余较多，若在已有的井底水仓的基础上新增一个内环，由于空间有限，长度仅为170 m，水仓容积较小，内环扩容意义不大。

综上所述，经过技术比较，方案一在302盘区排水系统上扩建，作为二号主排系统，不影响现有主排水系统正常使用，仅通过改扩建302盘区排水系统就可实现全矿井和302盘区排水需求，同时实现井下排水清污分流，从施工难度和工程量等方面考虑都具有明显优势。虽地面排水距离较远，征地费用高，但位于铁路保护煤柱内，维护方便。

4.2 经济比较

对两个方案投资比较见表1。

由表1可知，方案一投资较方案二低5846万元，主要体现在井巷工程、设备安装费用，因此方案一在投资方面具有明显优势。

表1 各方案经济比较表

续表：

4.3 结论

从上述方案看，方案一在技术和经济方面有明显优势，推荐在302盘区排水系统基础上扩建，形成二号主排水系统，在现有抗灾排水泵房北部新建二号抗灾排水泵房，与现有抗灾排水泵房联合布置。

5 结语

由于生产接续发生较大变化，原有涌水量预测结果已不能满足生产需求，因此制定立足长远、着眼全局、切实可行的矿井排水系统改造方案，以保障矿井安全、绿色生产。本文通过对母杜柴登矿排水系统改造的方案性探讨研究，对呼吉尔特矿区煤矿排水系统的改造提供了有益的参考和借鉴。