东欢坨煤矿潜水泵排水系统设计方案

宋　刚，李永强

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

东欢坨煤矿潜水泵排水系统设计方案

宋刚，李永强

（中煤邯郸设计工程有限责任公司，河北 邯郸 056031）

摘要：针对东欢坨煤矿复杂的水文地质条件及排水系统现状，提出了潜水泵排水系统与现有排水系统相结合的排水解决方案。采用斜式泵井布置方式，可有效减少井巷工程量，减少投资及加快施工速度，工程实施后实际使用效果达到了设计要求。

关键词：东欢坨煤矿；潜水泵排水系统；斜式泵井

近年来潜水泵排水系统已被证明是一种积极有效的防治水措施，与防水闸门相比其具有更强的适应性、主动性和可靠性，尤其对于水文地质条件复杂、有突水淹井危险的矿井，设置潜水泵排水系统可有效减小突水淹井的几率或延缓突水淹井时间，为人员撤出及抢险救援赢得时间［1］。

东欢坨煤矿矿井设计生产能力为3.0 Mt/a，采用立井开拓方式。现有两个生产水平，分别为-500 m水平和-690 m水平，其中-690 m水平为续建新增水平。由于矿井水文地质条件复杂，-690m水平带压近7 MPa，根据《煤矿安全规程》规定，需在井下设置防水闸门或潜水泵排水系统，以保证-690 m水平安全开采。因矿井已生产多年，巷道系统复杂，不具备施工防水闸门的条件，而在-690m水平设置潜水泵排水系统，可有效提高矿井整体排水抗灾能力，在透水事故发生时，可将-690 m水平涌水及时排出，避免淹井或延缓突水淹井时间。

1　矿井水文地质概况

东欢坨煤矿是水文地质条件复杂的矿井。井田位于车轴山向斜的东南翼，上部被松散的第四系冲积层覆盖，煤系地层为石炭二叠系地层，煤系地层含水层主要赋存于砂岩裂隙之中，煤系地层下伏中奥陶系石灰岩，裂隙、岩溶发育，含水丰富。第四系底部卵砾石层孔隙水、石炭二叠系砂岩裂隙水与奥陶系灰岩岩溶裂隙水组成了井田承压水力系统，其中对矿井开采影响最大的为奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层组，该含水层组是我国典型水害之一。由于奥陶系灰岩含水层岩溶裂隙发育具有不均一性，且该含水层水位标高为-5m左右，煤层带压严重，加之隐伏断层、陷落柱等构造形成的导水通道，使该含水层为矿井的安全开采带来了很大的威胁［2］。

2　矿井排水系统现状

东欢坨煤矿现有两个生产水平，分别为-500m水平和-690m水平，上述两个水平已建有正常的矿井主排水系统。

1）-500 m水平排水设备。-500 m水平涌水量：正常涌水量1 359m3/h，最大涌水量3 030m3/h。-500 m水平设置有主排水泵房，泵房内安装有MD450-60×10型多级离心泵14台，配套防爆电动机，1 050 kW、6 kV、1 487 r/min；排水管路为4 趟DN400无缝钢管管路，沿主井井筒敷设至地面。-500m水平主排水泵房最大排水能力为5 400m3/h。

2）-690 m水平排水设备。-690 m水平涌水量：正常涌水量2 202m3/h；最大涌水量3 144m3/h。-690 m水平设置有主排水泵房，泵房内安装有MD420-93×9型多级离心泵14台，配套防爆电动机，1 600 kW、6 kV、1 489 r/min；排水管路为5 趟DN400无缝钢管管路，沿副井井筒敷设至地面。-690m水平主排水泵房最大排水能力为4 700m3/h。

3　潜水泵排水系统设计方案

潜水泵排水系统设置的位置对于其能否发挥作用至关重要。奥陶系灰岩含水层本含水层水位标高为-5 m左右，-690 m水平最大带压近7 MPa，最下部的12-1煤底板距奥灰顶面的隔水层平均厚度约为170m，开采引起的底板破坏深度取10m，其突水系数最大为0.044 MPa/m；-500 m水平最大带压近5MPa，其突水系统最大为0.031MPa/m。深部的-690 m水平由于所受水压大，较-500 m水平突水危险更大，因此考虑将潜水泵排水系统设置在深部的-690m水平，结合矿井实际生产经验，设防突水量4 000m3/h。根据矿井现有排水系统能力、矿井正常涌水量及设防水量，提出了两种-690m水平潜水泵排水系统解决方案：

1）为直排地面方案。突水时-690 m水平潜水泵将事故涌水直排地面。

该方案的提出主要考虑到矿井正常涌水与事故状态突水的排出相对独立，潜水泵系统排水管路直通地面，即现有卧泵与潜水泵各自形成独立的系统，矿井总的排水能力较大，但由于该方案潜水泵排水系统的排水高度大，需选用大流量高扬程的潜水泵，电机功率大，设备投资高，同时矿井现有的井筒断面中已无单独布置排水管路的空间，需要由地面布置大直径排水钻孔至-690 m水平，排水钻孔投资高，施工及安装难度大。

2）为接力排水方案。突水时将事故涌水由-690 m水平排至-500 m水平，再由-500 m水平主排水泵房卧泵排至地面。

该方案最大限度利用了各水平主排水泵房内卧泵与新增潜水泵排水能力。-500 m水平的卧泵排水能力为5 400 m3/h，-500 m水平正常涌水量为1 359 m3/h，该水平卧泵富裕排水能力约4 000 m3/h。-690m水平卧泵排水能力为4 700m3/h，该水平卧泵采用直排地面的布置方式，新增-690m水平潜水泵系统排水能力设置为4 000 m3/h（3台泵），利用-500 m水平富裕排水能力，使全矿井的正常排水、事故状态排水有机结合，达到提升矿井整体排水能力的目的。由于现有井筒内已无空间布置排水管路，因此-690m水平潜水泵排水管路考虑利用反井钻机施工的暗排水钻孔敷设至-500 m水平。

3）两个方案的比较分析。方案一最大的优点为潜水泵系统与卧泵排水系统相对独立，矿井总的排水能力大，但该方案缺点亦比较突出，具有井巷及设备投资高、施工安装难度大等缺点；方案二通过合理布置潜水泵排水系统使之与现有卧泵排水系统形成合力，既提高了设备的利用率，又最大化了矿井的总排水能力，同时具有井巷工程量省、投资少的优点，故最终确定采用方案二，即在-690m水平设置潜水泵排水系统，管路通过排水钻孔敷设至-500m水平井底水仓，再由-500 m水平卧泵排至地面的方案。

4　潜水泵井布置形式

近年来随着煤炭行业的发展及各企业对防治水工作的高度重视，潜水泵抗灾强排水系统在水文地质条件复杂和有突水淹井危险的矿井应用逐渐增多，其布置形式亦呈现了多种方式，立式、卧式、斜式均有一定数量的应用［3］。东欢坨煤矿潜水泵排水系统实施之际，布置形式均为立式布置，例如九龙煤矿、梧桐庄煤矿、单侯煤矿等。

在东欢坨煤矿潜水泵排水系统布置方式上，创造性的提出了斜式泵井布置方式，即将立式的泵井改为1条15°斜式泵井，与-690m水平主水仓标高相同位置通过1条配水通道相连，配水通道内设闸板，可有效阻挡煤泥等杂质，泵井上部采用平巷与现有井底车场巷道相连，潜水泵下方安装有滚轮，可沿轨道下放至配水通道标高以下的斜式泵井内。该种布置形式有效的节省了立式泵井的安装检修通道，设备安装维护方便，水泵位置调节简单，泵井清理方便，与水仓联系顺畅。潜水泵井布置见图1。

图1 潜水泵井布置平、剖面图

5　潜水泵井、排水钻孔支护方式

结合设备布置需要及围岩条件，潜水泵井采用半圆拱形断面布置形式，断面净宽6.0 m，净高4.5 m，铺设900 mm轨距轨道，采用锚网喷+锚索联合支护方式，锚杆选用φ20 mm×2 200 mm螺纹钢锚杆，锚杆间排距800 mm，锚索选用φ17.8 mm× 8 200 mm的1860级钢绞线，间排距1 600mm，钢筋网采用φ6.5mm圆钢制作。

排水钻孔直径1.4 m，钻孔深度190m，采用反井钻机施工，为方便反井钻机施工，在-500m水平排水钻孔开口处设置1个钻孔施工及管路安装硐室，硐室高10 m，在硐室顶端安装有起吊钢梁，担负排水管路安装起吊任务，钻孔施工完毕后及时安装管路，为防止钻孔风化塌孔，待管路安装完毕后用砂浆将排水钻孔充填密实。

6　实际工程效果

工程实施后，由-500 m水平的潜水泵排水系统配电控制室实现对潜水泵启停的远程控制，潜水泵运行状态良好，极大提高了-690 m水平应对突水事故发生的排水能力；设备需检修时，通过拆除与潜水泵连接端的可拆卸段，即可将潜水泵提至上部平段进行检修维护；潜水泵井内淤泥的定期清理通过轨道矿车即可实现。

7　结束语

潜水泵抗灾强排水系统较传统的防水闸门具有更强的适应性、主动性。设计针对东欢坨煤矿复杂水文地质条件而提出的新增潜水泵排水系统与现有矿井主排水系统相结合的方案，从根本上提高了矿井整体的排水能力，使得上述两套排水系统的作用得到有效发挥，极大提高了矿井抵御水害的能力；提出的斜式泵井布置方式，解决了投资高、工程量及施工难度大等立式泵井面临的难题，对于提高工程施工速度、降低工程造价具有很强的现实意义。

参考文献：

［1］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，2012（6）：62-63.

［2］田洪胜，洪溢清，马亚杰.开滦东欢坨矿水文地质特征及防治对策［J］.地下水，2009，31（3）：110-113.

［3］李占山.贵石沟井赵家分区潜水电泵排水系统设计方案［J］.煤炭工程，2015，47（4）：8-11.

（编辑：樊敏）

中图分类号：TD 744

文献标识码：A

文章编号：1672-5050（2016）03-024-03

DO I：10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.06.007

收稿日期：2015-12-23

作者简介：宋刚（1982-），男，山东青州人，大学本科，工程师，从事矿井设计工作。

Design of Drainage System of Submersible Pulp in Donghuatuo M ine

SONG Gang,LIYongqiang
（Handan Design Engineering Chinacoal Co.，Ltd.，Handan 056031，China）

Abstract：According to thehydrogeological condition and drainage system in DonghuantuoMine，the paper proposes a solution combining the drainage system of submersible pump with the current system. Inclined pumpingwell could effectively reduce thework quantity in tunnels，minimize the investment，and speed up the construction.Theeffectsatisfies the design requirementafter the construction.

Keywords：Donghuantuo Coal；drainage system ofsubmersible pump；inclined pumpingwell