贾郭矿排水系统改造方案比选

＊曹 亮

（山西汾西矿业集团机电管理部 山西 032000）

1.矿井的基本情况

贾郭煤矿是兼并重组整合煤矿，由原山西新业煤业有限公司（整合后措施井）、原山西新益煤业有限公司、原山西窑岩煤业有限公司及国有资源空白区整合而成，井田面积19.9873km2，保有储量18645万吨，可采储量9009.6万吨，服务年限35.7年，可采煤层6层，分别是1、3、7下、9+10、10下、11号煤层，其中1、3、7下号煤层为局部可采煤层，9+10、10下、11号煤层全区可采煤层。

矿井水文地质类型为中等，主要水害类型为山西组、太原组的砂岩、灰岩含水层水，虽均为富水性较弱的含水层，但因井田西部有山西组地层及太原组灰岩露头，而且露头区穿越王陶河、王凤河和后沟河河道下方，受河流渗漏补给较为严重，导致矿井涌水量在降大暴雨后急速增大，对矿井安全生产造成较大威胁。另外，经地面物探和交换图纸调查，3号煤回采工作面上覆存在1、2号煤层老空积水面积1125823m2，积水量为236380m3，基建后期及联合试运转期间，也是主要水害威胁，详见表1及图1、图2。

图1 井田北部1、2号煤层采空积水区分布示意图

表1 井田内采（古）空区积水量估算表

图2 井田南部1、2号煤层采空积水区分布示意图

2.矿井涌水量分析

(1)基本建设及联合试运转期间涌水量分析

贾郭煤矿近3年主要围绕基本建设及联合试运转开展各项工作，矿井涌水水源主要是：太原组灰岩水和布置上组煤工作面及回采期间的老空积水，局部地点还会涉及山西组砂岩水和雨季期间的地表水。

①矿井开拓大巷涌水量分析。贾郭煤矿从2011年开始基本建设，随着井下巷道延伸不断揭露新的出水点，矿井涌水量在逐年增大，截止2021年底已达250m3/h左右，且经历两轮强降雨后，矿井总涌水量达到405m3/h，根据矿井含水层分布情况及构造发育情况预测，随着矿井二期巷道不断向低处延伸，还会陆续揭露新的出水点，预计涌水量还会进一步增大。

②回采巷道及回采期间涌水量分析。A.上组煤：上组煤回采工作面掘进巷道及回采过程中主要受顶板方向1、2号煤层采空积水影响，其次可能因（含）导水构造、陷落柱等导通上部K8砂岩水及下部太原组灰岩水导致涌水量增大，预计涌水量50～200m3/h。B.下组煤：下组煤掘进巷道过程中主要受顶板K2灰岩含水层水影响，结合我矿已施工区域施工资料及相邻矿井交换涌水量信息推断，随着掘进工作面不断靠近灰岩露头区域，还会揭露新涌水点。

另外，2021年雨季强降雨天气导致矿井涌水量明显增大，说明我矿太灰水富含水性受大气降水、地表水影响较大，且补给充沛，导致进入雨季后水量异常增大，综合分析，考虑灾害性天气因素，预计涌水量最大可达400～500m3/h之间。

综上分析，未来三年采掘过程中矿井正常涌水量会逐步增加，但是考虑灰岩含水层在基建期间不断疏放，涌水量的增加量不会有太过明显的增大，但是受灾害性降雨的影响，最大涌水量预计增加比较明显，建议按照最大涌水量700m3/h左右考虑排水系统的改造。

(2)涌水量数据调整

①已批复水文地质类型划分报告的涌水量预测数据。依据2020年8月山西省第三地质工程勘察院编制的《山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司贾郭煤矿矿井水文地质类型报告》及山西焦煤地函〔2020〕470号《关于山焦汾西贾郭煤矿水文地质类型报告的批复》，矿井水文地质条件为中等。贾郭煤矿生产能力达到180万吨/年时，预计山西组1号、3号煤层矿井正常涌水62.19m3/h，矿井最大涌水量96.00m3/h；预算太原组7下、9+10、10下、11号煤层矿井正常涌水量187.56m3/h，矿井最大涌水量241.83m3/h。

②预测涌水量数据修正。因《山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司贾郭煤矿矿井水文地质类型报告》预测基础数据是2020年7月之前的矿井涌水量观测数据，未考虑到贾郭煤矿不可预见的2021年10月灾害性天气导致的最大涌水量新情况，本方案结合矿井实际情况及矿井近3年的采掘规划，对近3年的矿井最大涌出量进行预测，综合分析，建议矿井最大涌水量按照700m3/h左右考虑。

3.井下排水系统优化方案

(1)原排水系统现状和升级的必要性

因受2021年9月23日-9月26日和10月2日-10月6日两次强降雨影响，矿井涌水量由207m3/h突然增大至405m3/h，现设计的中央永久排水系统（3台MD280-43×6排水泵，2趟D245×6排水管路）能力450m3/h，相对偏小，不足以应对极端天气下的排水需求，而且随着矿井基本建设的推进，井下巷道还会不断揭露新的涌水点，矿井总涌水量还会进一步增大。

(2)主排水系统改造方案

①设计依据。矿井最大涌水量：Qmax=700m3/h；主排水泵房水平标高：+1172.6m；管道井井口底板标高为1388.696m；矿井水处理站出水口标高为1395m；排水管路总长度取：800m，排水管路路径：经管道斜井排至地面矿井水处理站。

②主排水系统改造方案。现设计的中央永久排水系统建成了2600m3的主副水仓和配置3台MD280-43×6排水泵的永久水泵房，巷道中安装2趟D245×6排水管路，系统排水能力450m3/h，计划拆除临时水仓。

排水系统设计的原则：A.本着安全可靠、节能高效、技术先进、经济合理的原则；B.满足矿井雨季后及时排出井下最大涌水量要求。C.根据煤矿安全规程和煤矿井下排水站与排水管路设计规范进行设计。

根据矿井排水系统现状及矿井涌水情况，设计两个主排水改造方案，其中，由于水泵房高度和宽度满足在安装一台水泵的要求，方案一将现有的3台MD280-43×6排水泵，1台更换为能力更大的MD450-60×4排水泵，并在预留的泵位增加1台MD450-60×4排水泵，同时将设计中2趟D245×6排水管路更换为2趟D325×9管路，另外，管道井井底原临时中央泵房的3台MD155水泵及2趟6寸管路保留，最大排水能力约300m3/h。水泵房需改造原一台泵基础，增加吸水小井，施工新泵基础，延长吸水巷20m。

方案二：为不改造原水泵房，保留现有的3台MD280-43×6排水泵，增加2台应急MD450-60×4排水泵，同时保留2趟D245×6排水管路，增加1趟D325×9管路，另外，管道井井底原临时中央泵房按方案一保留排水系统。2台应急MD450-60×4排水泵放入主副水仓斜巷，不需要增加井巷工程。对上述两个方案进行比较，详见比较表2、表3。

表2 主排水系统改造方案技术参数比选

表3 主排水系统改造方案经济估算比选

方案一购置1台的MD450-60×4排水泵，设备费用估算130万元，更换2趟D325×9管路，管路购置费用估算为105万元，水泵房吸水井和水泵基础等矿建工程估算为50万元，地面渗水裂隙和孔洞封堵费用20万元，水泵和管路等设备安装费用估算95万元，管道拆除费用60万元，总结460万元。

方案二购置2台应急MD450-60×4排水泵，设备费用估算150万元，新增1趟D325×9管路购置费用估算为52.5万元，地面渗水裂隙和孔洞封堵费用20万元，水泵和管路等设备安装费用估算80万元，拆除费用10万元，总结412.5万元。

方案一的优点：通过改造水泵房的基础和吸水井，增加安装2台水泵的目的，同时进行管道的改造，在雨季后期井下涌水徒增，实现了排出矿井水，实现永久治理水患的目的。方案一缺点：拆除现有MD280-43×6型1台水泵更换为能力较大的MD450-60×4型水泵，原设备基础与更换设备不匹配需改造，且换大泵后设备间距变小，水泵配电开关容量小需更换。存在4台泵接2趟管路的问题，而且是小流量泵（MD280水泵）配大直径管路（D325管路），效率及最佳工况需要严密计算，合理配置。

方案二的优点：保留原有已建成的系统，利用现有预留的水泵基础安装应急MD450-60×4水泵，不需要更改原有配电设备、管路、电动阀门等，费用少，工期短，施工简单，而且实际排水能力也能增大90m3/h，降低投资147.5万元。方案二的缺点：临时排水系统，影响水仓的煤泥沉淀和清淤；供电线路长，线路防水要求高。

4.结论

贾郭矿井下涌水易受露头区河流、降雨渗漏补给，水文地质构造复杂，同时资源整合前资源开采复杂而无序、小窑充水量大，为有效防止和善矿井水害的隐患，经以上方案经济技术比选，保留现有的3台MD280-43×6排水泵，增加2台应急MD450-60×4排水泵，同时保留2趟D245×6排水管路，增加1趟D325×9管路，另外，管道井井底原临时中央泵房的3台MD155水泵及2趟6寸管路保留，最大排水能力约300m3/h，即经济又增加排水量，能够满足矿井该区域内排水要求。