多中段同时开采矿山井下排水方案研究

段文权，逄铭璋，夏长念

(中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)

1 前言

矿山排水是矿山建设的重要环节之一，设计时需要考虑矿山实际情况。如三山岛金矿矿体位于海底之下，地下涌水突出，设计采用常规离心泵进行排水，从而克服潜水泵在泥沙量较大的情况下容易发生故障、后期维护成本极高的弱点[1]。此外，何晓文[2]为了解决罗河铁矿地下矿山井底车场水沟淤泥堵塞、生产水平积水、积泥严重等问题，采用了主运输水平为基本面，主进风水平为排水载体，各开拓采准水平保持平行的全自流排水新方法。

马坑铁矿涌水量大、水文地质条件复杂、有突然涌水可能，因此，以现有的排水系统为基础，通过方案选择、设备选型及相关配套设施、工程和运行费用等的详细论证，得出了适合马坑铁矿的最优排水改造方案[3]。廖瑞团和陈瑞[3]针对广西龙胜上朗滑石矿露天采场的实际情况，结合原来的设计方案、矿区地形情况和原有的井下开采井巷，对排水方案进行了优化。

金属地下矿山排水方案在地表地形条件许可情况下，尽量采用无机械化的自流排水，但是对于矿体赋存较深、地表地形条件不利于实现自流排水的井下矿山，只能采用机械化扬升排水，机械化扬升排水主要是在井下设立水泵房将井下水扬升至地表。机械化排水在矿床垂直方向上，又可以分为一段直接排水方式和接力排水方式。一段直接排水方式通常将水泵房建设在开采范围内的最低开采水平。接力排水方式采用分段接力排水，在矿床垂直方向上设两个或两个以上的水泵房。对于采用机械化扬升排水方式的井下多中段同时开采的矿山而言，

垂直方向上采用直接排水还是接力排水系统，需要针对矿山特定条件进行分析，同时通过详细技术经济比较后方能确定。

2 直接排水和接力排水方式优缺点

通常情况下，直接排水方案适合于矿井开采水平不多，下部水平涌水量大于上部水平涌水量的矿井，通过设置在最低水平的水泵房一次将水排至地表。接力排水方案适合于矿井深、排水高度超出水泵合理扬程的矿井和上部水平涌水量大、下部涌水量很小的矿井，接力排水方案采用两个或两个以上水平设置水泵房的方式进行分段接力排水。

采用一段直接排水，系统简单、管理人员少、管理较简单、总的开拓工程量小，基建投资和人员管理费用低，但上部水平的水要通过钻孔流到下部水平再排出，增加了电耗。

分段排水方案排水设施布置比较灵活，总的排水电耗比较低，但是由于每段水泵房都需要设置备用水泵，总的水泵数量一般情况下比较多，每段都需要设置双水仓，水仓和水泵连接处以及水仓入口会损失部分有效水仓容积，增加了总的水仓工程量，每段泵房独立运行，互不影响，生产期间上部泵房出现问题，下部泵房能起到补充作用。

3 排水方案选择

3.1 项目简述

某金属矿山水文地质条件中等，采用充填法进行回采，地表无大的水体。地表为低矮丘陵地形，地表标高约+100m，矿体赋存标高为-200～-600m，矿体沿走向长度约2.0km，以-400m为界分为上、下部，上、下部同时进行回采。通过水文地质估算，井下正常涌水量为6 550m3/d，最大涌水量为20 500m3/d，上、下部涌水量基本相当，上、下部生产规模均为200万t/a，采矿方法均为分段空场嗣后充填法，上、下部充填体的滤水和坑内凿岩用水回水均按1 000m3/d考虑。

最低水平设置水泵房，排水高度为700m，上部涌水通过排水钻孔下泄至-600m水平水泵房，-600m井下水泵可以实现将井下涌水集中直排至地表。在-400m中段和-600m中段各设一个井下水泵房。井下排水方案有两种，即一段集中排水方案和分段排水方案。

采用集中一段排水方案，上部涌水通过排水钻孔下泄至-600m水平，该方案集中管理，管理人员少，但是电耗大。采用分段排水方案，需要增设人员同时负责上、下部水泵房的管理，但是电耗小。

针对本项目情况，考虑到上、下部排水量相当，集中一段排水方案和分段排水方案优势均不明显，因此采用一段集中排水方案还是分段排水方案，需要对基建投资、管理、人员成本、运营成本等影响因素进行详细比较分析才能确定。

3.2 一段集中排水方案(Ⅰ)

在-600m中段靠近罐笼井车场附近设一个水泵房和中央变电所，排水、排泥管路均沿罐笼井井筒进行敷设，生产期间-200～-600m之间各中段的涌水通过泄水井至-600m中段水仓，然后由泵房内水泵排出地表。

水泵房选用5台MDS280- 95×8多级离心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/台。正常排水时2台同时工作，13.5h/d可以完成排水任务；最大排水时4台同时工作，19.2h/d可以完成排水任务。设2条φ377×15排水管，正常1条工作，1条备用，最大排水时2条同时工作。排泥硐室在水泵房附近，内设2台往复式泥浆泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用来排泥，功率315kW。

3.3 分段排水方案(Ⅱ)

在-400m中段和-600m中段罐笼井旁各设一个井下水泵房，-400m以上开采各中段涌水通过泄水钻孔下放至-400m水平，汇总至水仓后，通过-400m水泵房内水泵排出地表。-400m以下各中段涌水通过泄水钻孔下放至-600m水平，汇总至水仓后，通过-600m水泵房内水泵沿罐笼井筒排至地表。-400m和-600m水泵房负担正常涌水量6 550m3/d、最大涌水量13 150m3/d和生产回水1 000m3/d的各一半。

-600m水泵房选用3台MDS280- 95×8多级离心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/台。正常排水时1台工作，13.5h/d可以完成排水任务；最大排水时2台同时工作，19.2h/d可以完成排水任务。设2条φ377×15排水管，正常1条工作，1条备用，最大排水时2条同时工作。排泥硐室在水泵房附近，内设2台往复式泥浆泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用来排泥，功率250kW，直接排至地表。

-400m水泵房选用3台MD280- 100×5多级离心泵，Q=280m3/h，H=500m，水泵功率630kW/台。正常排水时1台工作，13.5h/d可以完成排水任务；最大排水时2台同时工作，19.2h/d可以完成排水任务。设2条φ377×15排水管，正常1条工作，1条备用，最大排水时2条同时工作。排泥硐室在水泵房附近，内设2台往复式泥浆泵，Q=60m3/h，H=8MPa，用来排泥，功率315kW。

3.4 排水方案技术经济比较

从方案Ⅰ和方案Ⅱ可比内容可以看出，两方案技术优缺点如表1。排水系统经济指标比较结果见表2。

表1 排水方案技术比较

表2 排水方案技术经济比较

从可比建设投资方面看，方案Ⅰ较方案Ⅱ少1 640万元。从年均可比运营成本方面看，方案Ⅰ较方案Ⅱ多56万元。

从计算的费用现值(i=10%)和费用年值(i=10%)来看，方案Ⅱ较方案Ⅰ分别高出1 128万元和124万元。比较结果表明，方案Ⅰ在经济上有较为明显的优势。本次设计排水方案推荐采用方案Ⅰ，即一段排水方案。

从计算的费用现值(i=10%)和费用年值(i=10%)来看，方案Ⅰ较方案Ⅱ分别低1 128万元和124万元。技术经济比较结果表明，方案Ⅰ优于方案Ⅱ，同时考虑到方案Ⅰ系统简单，基建投资少，管理方便，生产人员少，本次设计推荐方案Ⅰ，即一段排水方案。

4 结语

一般情况下，考虑到管理便利及节省人力成本采用集中排水方式，只有矿井较深、水量大时，才采用接力排水。实际设计过程中，分区或集中排水方案应根据矿山水文地质条件、开采顺序、开拓方案等特点，通过方案比较后确定。

[参考文献]

[1] 刘国栋,贾万玉,刘 军.浅谈三山岛金矿深部某中段井下排水系统建设[J].采矿技术,2016,(5):52-54.

[2] 何晓文.罗河铁矿井下采场全自流排水系统设计[J].现代矿业,2017，(10):70-73.

[3] 马丽平.马坑铁矿井下排水方案优化设计[J].工程建设,2016,48(4):60-65.

[4] 廖瑞团, 陈 瑞.上朗深凹露天矿防洪排水方案的优化[J].采矿技术,2013,(4):71-72.