刘庄煤矿潜水泵排水系统的设计与应用

摘要：针对刘庄煤矿开采过程中水文地质条件的变化，适时增设潜水泵排水系统，以增强矿井的抗灾能力。文章从增设潜水泵系统的必要性，系统相关管路、巷道的布置，设备选型与安装以及由此带来的经济效益等方面对比与分析，以期为煤矿工程实践提供参考。

关键词：潜水泵；排水系统；抗灾设计；煤矿开采；矿井安全生产 文献标识码：A

中图分类号：TD442 文章编号：1009-2374（2015）12-0044-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.022

煤矿水害一直是威胁矿井安全生产的重要因素。近年来，随着煤炭开采的进行，一些矿井的水文地质条件越来越复杂，矿井涌水量的增加、老空区积水的影响，制约着井下开采。适时增设矿井潜水泵系统，可以大大提高矿井的抗灾能力。

1 潜水泵系统设计背景

刘庄煤矿一水平正常涌水量为550m3/h，最大涌水量为960m3/h。矿井-762m水平主排水系统水仓有效容量为5018m3，水泵由5台HDM420×10型泵组成。矿井在副井敷设四趟主排水管路，管路为Ф325mm的无缝钢管，每趟长1350m，井下污水一次由副井直接排至地面净化水处理站。

矿井建设初期，由于水文地质类型相对简单，因而并未建设潜水泵排水系统。近年，井田确认发现陷落柱，水文地质条件升级为复杂。《煤矿安全规程》第273条规定：“水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。”且矿井后期开采1煤时，底板灰岩水将影响矿井安全回采。矿井决定建立潜水泵排水系统，以增强其抗灾能力。

2 系统相关的管路及巷道布置

由于矿井最初设计时未预留潜水泵排水的管路空间与井下的泵房硐室，因而需要重新进行方案比选，布设管路，掘进巷道。

2.1 管路布设

排水管路设计时，考虑了三种方案：（1）在地面布设2个排水钻孔，在钻孔中布置2路排水管；（2）在地面布设1个排水钻孔，在钻孔中布置1路排水管，另与矿井主排水系统共用1条管路；（3）潜水泵的两路排水管路都与矿井主排水系统共用，不另外增设钻孔。

前两个方案都需要增设钻孔，耗资巨大，经过方案比选，决定与矿井主排水系统共用管路，不另外增设

钻孔。

《煤矿安全规程》第278条规定：“工作水泵的能力，应当能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。”“工作和备用水泵的总能力，应当能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。”矿井一水平正常涌水量为550m3/h，最大涌水量为960m3/h。根据现场检测，矿井单泵排水流量最小为380m3/h，2台工作泵之和最小为760m3/h，排水量满足规程要求。矿井1#、3#泵共用1条管路运行时排水能力为702.8m3/h，2#、5#泵共用1条管路时排水能力为764m3/h，两条排水管路最大排水总能力为1466.8m3/h，排水量亦满足规程要求。因而，矿井主排水系统只需2条管路排水即可满足要求，另外两条管路能够为潜水泵所用，实际运行时，潜水泵占用的2条管路与矿井2条主排水管路之间可相互

切换。

井下潜水泵管路在中央水泵房与矿井主排水管路连接，经管子道由副井一次排至地面净化水处理站。

2.2 巷道布置

潜水泵排水管路的布置方式决定了硐室巷道需要布置在副井井底车场附近，以利于井下管路与主排水管路的连接。经过综合考虑，决定将-762m潜水泵排水系统硐室设置在中央水泵房与内水仓之间，巷道包括硐室通道、检修硐室、斜巷段、潜水泵硐室和配水巷等几

部分。

硐室通道及检修硐室巷道宽度4200mm×高度3900mm，锚网索喷+U型棚支护，壁厚注浆，喷厚150mm，在底板增打锚杆并浇筑地坪。

斜巷段宽度4200mm×高度3600mm，锚网索喷+U型棚支护，壁厚注浆，喷厚150mm并浇筑地坪。

潜水泵硐室宽度6000mm×高度5500mm，锚网喷+加密锚索+U型棚支护并加设反底拱，壁厚注浆。巷道喷厚150mm并浇筑地坪。

配水巷宽度3000mm×高度2380mm，锚网索喷支护，喷厚150mm，浇筑地坪200mm。

在硐室通道设置1道密闭门，在内水仓拨门处设置1道溢水挡墙，斜坡段设置护手和行人阶梯。

主排水硐室有效体积估算为430.2m3，蓄水量能够满足一台泵试验1小时所需的水量275m3。

3 设备选型与安装

3.1 管路型号

敷设在副井的4路主排水管路为Ф325×18无缝钢管，井下亦考虑安设四趟Ф325×18的潜水泵排水管。

3.2 泵型选择

考虑水泵安装及维修，决定选用卧式泵，泵型为BQ275-1070/28-1400/DW-S，设4台，二用二备，单泵扬程为1070m，泵效率为78%，转速为1470r/min，电机额定功率为1400kW，额定电压为10kV，额定频率为50Hz，电机效率为92.5%，功率因数为0.847。当4台泵同时开动时，共用主排水系统2路排水管路的总排水能力预计为1100m3/h，大于矿井最大涌水量960m3/h，满足规程要求。

矿井后期开采1煤时，涌水量增加，当潜水泵排水能力不足时，可改用BQ550-850/10-2000/DW-S型泵。

3.3 电缆布置

刘庄煤矿-762m潜水泵排水系统两路进线电源分别引自矿井地面110kV变电所10kV不同母线段，采用地面专供方式。根据供电负荷及设计要求，每段由2根ZR-YJV22-10kV 3×185电缆组成，沿电缆桥架敷设，引进-762m潜水泵地面电气控制室，总长700m。-762m潜水泵排水系统地面电气控制室位于矿井主井东侧，空气加热室北侧。

潜水泵井下供电电缆由-762m潜水泵地面电气控制室至矸石井井口，由矸石井井口至矸石井装载硐室，然后沿矸石仓下口联巷至进风二石门向南，再转至进风一石门向北，经原-762m主排水泵房北门进入-762m潜水泵房，长约1700m。

电缆在矸石井中敷设时，设计了专门的防砸装置。

4 经济效益分析

刘庄煤矿潜水泵排水系统巷道及设备安装预计投入2305万元，相比利用钻孔专用排水管路，在保证排水能力的前提下节省了地面施工钻孔的开支（1个钻孔：6000×762=457万元；2个钻孔：6000×762×2=914万元），大大减少了矿井的费用支出，实现了安全、经济、技术一体化。

5 结语

目前，刘庄煤矿已经完成了潜水泵硐室的掘进，水泵、管路等设备安装也将分步进行，潜水泵排水系统将增强矿井的抗灾能力，为矿井安全保驾护航。借鉴国内潜水泵设计和使用的经验，刘庄煤矿潜水泵系统安装使用时还应注意以下问题：（1）矿井开采1煤，受底板灰岩水影响，涌水量将增加，当矿井主排水系统用2路主排管路不能满足排水要求时，建议增设排水钻孔；（2）潜水泵使用过程中，要及时清理硐室杂物，防止泥沙淤积，影响排水效果。

参考文献

[1] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.

[2] 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[3] 高礼奎.新集二矿增设潜水泵系统设计[J].煤炭工程，2014，46（2）.

[4] 赵书忠，张晓四，宋建国.矿用潜水泵在煤矿抗灾强排系统中的应用[J].煤炭工程，2011，（6）.

作者简介：李冲（1986-），男，安徽淮南人，国投新集安徽设计研究院有限公司助理工程师，研究方向：采矿设计。

（责任编辑：秦逊玉）