文家坡矿井建设初期排水设备能力综合分析研究

贾亮茹

陕西彬长矿业集团有限公司煤化工分公司，陕西咸阳 713500

1 工程概况

文家坡矿为陕西彬长矿业集团煤化工项目的配套供煤矿井，井田东西宽10.22km，南北长10.81km，面积87.39km2。井田内资源储量762.45Mt，可采储量424.08Mt，设计产能为4.0Mt/a，服务年限90.7年。矿井采用单水平立井开拓，布置有主、副井及风井，设计井深分别为709.907m、679.7m和752.2m，井筒净径分别为6.5m、 8.5m和7.0m，三条井筒均采用普通凿井法施工。其中，主井和副井位于工业场地内，回风井距主副井2km，井口标高分别为+1189.45m、+1189.35m和+1181.45m。

2010年12月1日、10月18日、12月23日主、副、回风立井成功落底，需要正确预测矿井涌水量，确定文家坡矿井建设初期排水设备能力，保证平巷施工阶段顺利进行。

2 水文地质条件

文家坡矿井主采4#煤，埋深较大，距第四系300m以上，且有厚约71m～113.5m的第三系红土隔水层段，隔水性强，为井田松散岩类与基岩含水层之间的稳定隔水层。因此第四系水对4#煤开采的影响不予考虑。

第三系砂卵砾孔隙潜水含水层段，与基岩直接接触，形成联合式蓄水构造，使水力性质和补、径、排关系趋于多样化。在采动条件下，煤层顶板导水裂缝带有可能达到第三系底部，但由于距离较远，根据抽水试验资料显示，第三系底部多为粘土富水性差，因此第三系的地下水对矿井生产影响不大。

图1 4#煤层开采顶板导水裂缝带发育高度与主要含水层关系示意图

据4#煤层开采顶板导水裂缝带发育高度与主要含水层关系示意图（图1）可知：4#煤层顶板直接揭露延安组含水层，矿井开拓时，延安组含水层随顶板垮落直接进入井下，成为4#煤层开采的直接充水水源，而直罗组底部含水层和延安组含水层有水力联系，也会随着顶板垮落涌入井下。白垩系含水层距4#煤层为157.4m，远大于导水裂缝带发育高度，在煤层未开采情况下，与下伏侏罗系地层无水力联系。但随着矿井的开拓，导水裂缝带的形成和扩展，白垩系洛河组承压含水层中的地下水亦可能在局部地段导水裂缝带进入井巷系统，则该含水层将会成为矿井的主要充水水源之一。

综上所述，侏罗系延安组煤系裂隙含水层及直罗组底部含水层，岩性组合多为砂岩、泥岩互层，它是4#煤开采的直接充水水源。但由于其富水性总体微弱，含水量有限且径流条件差，对矿井威胁不大。白垩系洛河宜君组含水层为潜在的间接充水水源。

3 三条井筒施工过程中涌水量变化情况

三条井筒在施工过程中涌水量随着井深的增加，涌水量也在不断的增加，其中主井最大涌水量曾达到80.96m3/h，井筒累计深度为396.7m，副井最大涌水量曾达到92.7m3/h，井筒累计深度为413.7m。风井最大涌水量曾达到115m3/h，井筒累计深度为383.3m。主、副、风井井筒落底后，涌水量分别为45.79m3/h、8.39m3/h、49.41m3/h。平巷内目前未见明显出水点。

4 矿井涌水量预计

4.1 矿井涌水量

根据矿井初步开拓方案以及矿床水文地质条件，所确定的涌水量计算范围包括41采区矿井正常涌水量及最大涌水量。

41盘区矿井正常涌水量：186.5m3/h

41盘区最大涌水量：242.45m3/h（正常涌水量的1.3倍）

4.2 排水系统

矿井初期时采用三台水泵两趟管路排水系统，在主排水泵房内安装三台MD650-80×10型耐磨多级离心式水泵，矿井正常涌水量时，水泵为一台工作，一台备用，一台检修；每台水泵选配YB800M2-4型隔爆电动机1台，功率2240kW，电压10kV，同步转速1500r/min，效率96%。矿井最大涌水量时，水泵两台同时工作。

5 井下排水设备（水泵）排水能力评价

根据《煤矿安全规程》规定：必须用工作、备用、检修三套水泵；必须有工作和备用的两套水管。其中工作水泵和工作水管的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。并且工作和备用水泵及水管的总能力，应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。

1）工作水泵、工作水管在矿井正常涌水时的排水时间：

由上述计算知，工作水泵、工作水管数满足《煤矿安全规程》要求。

2）工作和备用水泵、工作和备用水管在矿井最大涌水时的排水时间：

n2=0.7n1=0.7×0.0.344=0.24（台），取备用水泵1台；

n3=0.25n1=0.25×0.344=0.086（台）取检修水泵1台。

4）排水管径的确定：

Q管—工作泵的额定流量，m3/h；

D排—计算排水管的内径，m；

V排—管径内水的流速，一般取1.5m/s～2m/s。

由上述计算知，水泵、水管数量、排水管径满足《煤矿安全规程》要求。满足文家坡煤矿水泵、水管数量能满足矿井排水需求，符合上述规程规定，并具备一定的防灾抗灾排水能力。

[1]陕西省煤田地质局一八六队.文家坡区勘探地质报告[R]，2007.

[2]钱学溥.娘子关泉水流量几种回归分析的比较[J].工程勘察，1983(4).