龙固煤矿大涌水量矿井直排钻孔排水系统优化设计

2022-07-30曾凡彪谭国龙何峰华

建井技术 2022年1期

曾凡彪谭国龙何峰华

(通用技术集团工程设计有限公司,山东济南 250031)

很多矿井在勘探时期提出的矿井涌水量较小,基于勘探报告设计的矿井排水系统和矿井水处理站排水能力也较小。由于矿井水文地质条件复杂,矿井实际排水量比勘探报告预测值要大,最初设计的矿井排水系统难以满足要求,需要进行改造[1-3]。

山东新巨龙能源有限责任公司龙固煤矿位于山东省菏泽市巨野县境内,矿井设计生产能力6 Mt/a,采用立井开拓方式,布设两个主井、一个副井和一个风井四个井筒[4-5]。矿井设计初期,按照精查地质报告数据,确定矿井正常涌水量为280 m3/h,最大涌水量为400 m3/h。生产多年来,根据煤炭科学研究总院西安研究院等科研院所对矿井进行水文地质条件分析,确定矿井水文地质条件为复杂类型,需要对现有排水系统进行调整[6-7]。

1 矿井涌水量及排水系统变化情况

矿井涌水包括层顶底板砂岩水和三灰水两部分,其中3煤层顶底板砂岩涌水量为154 m3/h,三灰涌水量为76 m3/h,合计矿井正常涌水量为230 m3/h。考虑消防洒水、防火灌浆等因素,设计矿井正常排水量为280 m3/h,矿井最大排水量约为400 m3/h。设备选用PJ200×10型离心泵3台(一台工作,一台备用,一台检修),配Y6302-4型电机(10 k V,1 800 k W),其排水量为420 m3/h,扬程为935.1 m。在主排水泵房预留一台水泵的位置,主井1中预留一趟管路位置。

1.1 第1次涌水量及排水系统变化

2006年11月,根据山东科技大学《龙固矿井3煤层开采水文分析研究报告》,矿井涌水量调整为正常涌水量523 m3/h,最大涌水量为754 m3/h。排水系统设计做了相应调整:设备选用PJ200×10型离心泵5 台(2 台工作,2 台备用,1台检修),正常涌水时,一台水泵工作,最大涌水时,三台水泵工作。

1.2 第2次涌水量及排水系统变化

2007年5月,新矿集团在泰安组织专家论证会,论证结论是:矿井正常涌水量为1 220 m3/h,最大涌水量为1 560 m3/h。会议决定,为增加建井期间的抗灾能力,在副井增加1～2趟排水管路,永久排水系统暂不变化。设计方案相应增加了2 趟φ325 mm 排水管,后来施工时,实际安装1趟。

1.3 第3次涌水量及排水系统变化

2007年11月,山东新巨龙能源有限责任公司请煤炭科学研究总院西安研究院进行水文地质条件分析,分析认为,龙固矿井的水文地质条件复杂,三灰与奥灰可能存在垂向水文地质联系,建议暂按2007年5月专家论证会意见设计矿井排水系统,同时,预留泵位和管路。根据论证会意见,按照正常涌水量为1 220 m3/h、最大涌水量为1 560 m3/h进行设计矿井排水系统,另外,预留3台水泵安装位置及预留1趟管路[8]。

2 排水系统调整方案

综上所述,调整设计方案时,对排水系统调整如下:

(1)增加扩排泵房。根据井底车场硐室及建井期间的临时工程布置,增加的水泵房位置定为距离扩修主井1和主井2之间的南北向通道15 m,距离清理撒煤通道(两主井间)35 m,平行施工;其上50 m 作为水泵房硐室,平行清理撒煤通道施工,施工至清理撒煤通道32 m 时,作为水泵房的另一出口。

(2)增加水泵数量。为满足《煤矿安全规程》的要求,经计算,需安装PJ200×10 排水泵(420 m3/h)8台(包含泵房原有水泵数量),其中,4台工作,3台备用,一台检修;正常涌水时,4台水泵工作,排水时间17.02 h,最大涌水时,5台水泵工作,排水时间17.41 h;5趟排水管路中4趟工作,1趟备用。另外,预留3台水泵安装位置,共增加6台水泵(其中有3台泵位)。

(3)增加井下水仓。增加井下水仓3 373 m3,为此,增加2环水仓。

(4)增加排水管路。根据井筒布置,井筒最多敷设5趟排水管路,即主井1敷设3趟,副井敷设2趟,其它井筒均无安装空间。调整设计方案时,原考虑在主井井筒1 与副井井筒各增加一趟φ325 mm 排水管,鉴于这两个井筒均已装备结束,并投入运行,重新安装必将影响矿井正常生产,如果增加管路安装,两个井筒的管路布置将非常拥挤,不利于管路维修。为解决排水管路的布置问题,提出在地面增打两个直排钻孔,在直排钻孔中布置排水管路的设计方案[9-10]。水泵房、扩排泵房、水仓、扩排水仓及直排钻孔布置见图1[11]。