关于矿井主排水系统设计及改造的几个问题

文/高建朝

关于矿井主排水系统设计及改造的几个问题

文/高建朝

当前矿井主排水系统的设计以2007年版的《矿山固定设备选型使用手册》为基础，经过多年的现场工作实践，在矿井排水系统设计和改进方面应注意以下几点，可使系统更加完善，可靠性更高。

一、泵房开拓

1．泵房的通风问题

直接排水系统，泵房设置在井筒附近，通风良好，抗灾排水多台泵联合运行时也可以安设临时机械通风设备。在分段排水系统情况下，当下水平的泵房未设在副井附近时，下水平的泵房必须考虑到有良好的通风，因为开采越深，地温越高，承受的水患威胁越大，要考虑到多台水泵开启或抗灾排水时，电机的发热持续增高，使环境温度急速增高。受上水平通风系统（风量、气温）的影响，下水平泵房的通风会不及上水平。

2．泵房断面问题

泵房断面大一些，安装、拆除、扩容改造以及日常维修等施工会更方便，但开拓工作量大些，若井深地压大，还会有变形快的情况。有条件的矿井在设计之初泵房的长、宽、高的计算数值选大些较合适。

3．泵房底板问题

考虑到泵房打扫卫生基本靠水“冲”，所以泵房地面要有一个坡度，方便水流向吸水小井。

二、水仓设计、改造的几个问题

1．水仓长度和容量

水仓长度应不小于110m，因为仓内水流速应小于0.005m/s，停留时间应大于6小时。

在矿井涌水量不大时，为了使水泵避峰填谷运行，以及使水泵可以连续运行的时间长些，水仓的有效容量应大些，以达到“蓄一天水，开一次泵”的运行工况。

2．水仓的设施

仓内轨道。一是在建设初期，考虑到清理时人员行走和底板积煤，道木应略高于底板。二是清仓少的矿井，在清仓时铺设临时道。考虑到在正常生产时进行水仓探察和清理，应在巷帮或巷顶预留风筒挂钩和照明挂钩。提前考虑清仓设备安装预留设施，如水力清仓时，预留管路托梁。在清理水仓或维修水仓需要排水时，要在仓口最低洼处预留小泵窝。水仓入口设置沉淀池；水仓之间必须浇注牢固不漏水，以免给清理水仓带来麻烦。

三、系统设计

1.照明设计。不宜在泵房顶布置，太高不便维护；可在起吊梁下或墙壁上安装两排，设置两个开关，使灯全亮或一半亮，以满足不同情况下的需要。

2.射流水管和检修用放水管设计。要有工作和备用两套灌泵系统；要有环形管的检修放水装置。

3.消防设施放置设计。要考虑灭火器、沙箱的放置位置，可在巷帮开一小硐用于放沙箱，以保持泵房工整。消防水管可放置在中部的安全通道口。

4.电缆吊挂安装设计。泵房内的动力电缆不要放在电缆沟，一是电缆沟设置在泵房不美观，且沟变形后，盖板与地面不平；二是沟内易进水，不易排水；三是电缆检查维修不便。所以泵房内最好不设电缆沟，采用电缆桥架。

5.牌板张挂设计。可采用墙壁嵌入式，也可后期安装牌板框。

6.设备起吊梁设计。可在水泵、电机设备的外边缘，且再增加一根横钢梁，使起吊范围更大，在起吊电动门、逆止阀、短管以及管路时会更方便。

四、排水设备的选型

在排水设备选型以及安装时，有条件的矿井可以直接做成自动化排水系统，当时无此能力的矿井也要在选型和安装时预先考虑到以后的改造。

1.不宜选级数太多的泵，给安装、维修带来不便；宜选滚动轴承的泵，维护方便。滑动轴承需要配备稀油站对轴承进行专门的润滑和冷却，给日后的运行维护带来麻烦。

2.从安装、维修角度考虑，宜选转数相对较低的水泵。从水泵运行效率低时的运行工况和抗灾安全性方面考虑，水泵的额定扬程必须高于实际扬程，要比计算值大2%～5%。在水泵设计计算中，有水泵的额定扬程等于实际扬程的情况。但扬程不宜太高，以免流量大，电机超过负荷。

3.多水平排水，要考虑到备件的通用性。

五、排水管选型和安装的几点意见

1.对于排送一定流量的管路来说，当采用的管径越大，其扬程损失越小，电耗越低，但所需的基建投资越大；同时，管径过大，可能会使水泵在正常运行时导致电机过载；而采用的管径越小，扬程损失越大，电耗越高，基建投资越小，管壁结垢后的扬程损失加大。

2.经济流速按“排水管的经济流速一般取1.5～2.2m/s，为了避免管内严重挂污，排水管内流速不得低于0.8m/s。吸水管中的流速一般取0.8～1.5m/s。”要考虑正常排水时和灾害排水时的情况，但最大流速不能超过下列规定：

3.排水管的壁厚问题。根据管路锈蚀的情况，选壁厚，可选分段壁厚；结合多年的现场实际，在计算时选取附加厚度时，应选较大值。

4.排水管路的安装和变形问题。到地面的排水管路一般有两种安装形式：一是在井筒内安装；二是另作管路钻孔。在井筒内安装投资少，维护量较小，但钢梁、管路易锈蚀，水与井筒的温差大易伸缩变形。管路钻孔初期投资大，但无需维护、管路不易锈蚀，水温与钻孔周围地温接近，温差变形量小。

井筒管路的伸缩变形要考虑以下因素：一是安装时节，最好是在初春或深秋安装。二是防止水锤，水锤作用下，使变形增大成为永久变形。三是固定方式，承重梁的间距不宜太大，一般不超过150m。四是连接形式和质量，若加套管焊接，必须达到标准要求。五是排水时间长短，有些矿井几乎24小时连续排水，这种情况下管路伸缩问题不明显。

5.随着技术的发展，聚乙烯涂层复合钢管和特塑钢编复合管也大量地应用到井下，聚乙烯涂层复合钢管是钢管内外壁涂上聚乙烯制成的，有耐腐蚀、阻力小、不易在管壁结垢等优点。特塑钢编复合管是合成塑料包钢丝网制成的，其优点不仅耐腐蚀、阻力小，而且重量轻，价格合理。有条件的矿井在设计或改造时可以采用。

6.水锤的产生和预防。水锤在井深、排水任务重、排水管路长、管路流速达1.2m/s的排水系统中存在的隐患较大。水锤的破坏表象为：井筒排水管路弯曲变形；管路承重梁弯曲、振动较大；泵房内环形管振动、托梁松动；逆止阀冲击损坏等。水锤的产生具有不预见性，主要是突然停电和停泵不利造成的，几乎正常停泵都有水锤现象。预防措施主要有：减少弯头等管件；排水管要固定牢固；安装水泵多功能逆止阀；合理供电避免电气故障；按要求停泵；装设泻压溢流装置；实现变频控制。

（作者单位：山西冀中能源集团矿业公司）

（责任编辑：李元）