潛水電泵排水系統設計方案論文

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1礦井概況

貴石溝井設計生產能力4.0Mt/a，采用“主斜副立”開拓方式，核定生產能力7.7Mt/a，主要可采煤層為8、15號煤。趙家分區位于貴石溝井田西部，分區內布置有一個地面工業廣場，工業廣場內現建有輔助提升立井和回風立井，趙家分區設計生產能力為3.0Mt/a。該礦井正常涌水量為183.43m3/h，最大礦井涌水量為458.58m3/h。太原組8、15號煤層為帶壓開采，8號煤層帶壓開采含水層為太原組巖溶裂隙含水層和奧陶系巖溶裂隙含水層，15號煤層帶壓開采含水層為奧陶系巖溶裂隙含水層。經計算8號煤層突水系數為0～0.018MPa/m，15號煤層突水系數為0～0.046MPa/m，8、15號煤層突水系數均小于臨界突出水系數，突水概率相對較低，各組煤層的開采不存在奧灰突水的必然性，是相對安全的，但8、15號煤層底板大部處在奧灰水頭之下，井田內巖溶陷落柱發育，且隨著開采層位及深度的延深，井田內煤層底板突水概率越來越高，將成為有突水淹井危險的礦井。根據《陽泉煤業(集團)有限責任公司貴石溝井帶壓開采水文地質條件評價》預測15號煤層回采中奧灰含水層疏降水量為710m3/h，依據《煤礦防治水規定》，貴石溝井趙家分區8號煤層水文地質類型為中等，15號煤層水文地質類型為復雜。因此，必須增建潛水電泵排水系統。

2潛水電泵排水系統設計方案

2.1潛水電泵排水方案

礦井潛水電泵排水系統主要包括以下幾部分:排水水泵為潛水泵;排水管路由井下直達地面，獨立于礦井井下現有的排水管路系統;供電電源由地面直供，獨立于礦井井下供電系統。結合貴石溝井趙家分區井上下實際建設條件，提出了以下四個方案:

1)方案一:利用現輔助提升立井，調整輔助提升立井井筒裝備布置。考慮到輔助提升立井井筒永久提升裝備尚未安裝，通過對井筒裝備布置進行調整，取消交通罐，可滿足潛水電泵排水管路及電纜的鋪設，并可預留出兩趟注漿堵水用灌漿管位置。井下布置潛水電泵排水泵房管子道，分別與強排泵房和輔助提升立井井筒連接。

2)方案二:布置一個潛水電泵排水管鉆孔，潛水電泵排水系統電纜沿輔助提升立井井壁鋪設。結合井上下條件，在現有的工業場地內西北部空地上布置一個潛水電泵排水管道鉆孔，鉆孔直徑為650mm，潛水電泵排水系統電纜則沿現輔助提升立井井壁鋪設。井下布置潛水電泵排水管線通道，分別與潛水電泵排水泵房和井底車場調車線相連。

3)方案三:新建管道立井。結合井上下布置情況，在副井工業場地西南，擴建現有的工業場地，新建管道立井，井筒凈直徑為3.5m，井筒落底標高與現輔助提升立井井底車場巷道一致，井筒深825m，布置單側馬頭門，通過管道石門巷道與井底車場連接。井筒內安裝兩趟潛水電泵排水管及潛水電泵排水專用電纜，并預留兩趟注漿堵水用灌漿管。

4)方案四:新建排矸立井。充分考慮礦井永久排矸的要求，結合井上下布置情況，在副井工業場地西南，擴建現有的工業場地，新建一個排矸立井，井筒凈直徑為7.0m，井筒馬頭門標高與現輔助提升立井井底車場巷道一致，井筒深855m，布置排矸井底車場，通過排矸井底車場進出車線巷道與現有井底車場連接。潛水電泵排水系統管線沿新建排矸立井井壁鋪設。綜合比較上述四個方案，考慮到方案三和方案四需新建立井，投資較大，工期較長，另外，方案三和方案四還需對工業場地進行擴建，工程量較大，因此設計暫時不推薦方案三與方案四，只對方案一和方案二進行比選。

2.2方案比選

2.2.1方案一優缺點

1)優點為:①輔助提升立井井筒永久裝備尚未訂貨、安裝，井筒裝備布置還有改裝的可能，利用現有井筒，僅在井底布置強排水硐室、巷道，工程量小、投資少，強排水系統施工工期短;②利用現有井筒敷設強排水管、電纜，工程量小、工期短;③利用現有井筒，不需要擴建現有工業場地，不需購地等問題。

2)缺點為:①調整了井筒裝備布置，取消交通罐，交通罐作為長材料下井及檢修用罐籠，交通罐取消后，會對長材料的下井和井筒裝備檢修有所影響，在考慮井筒永久裝備時，原一寬一窄罐籠需統一考慮，解決長材料的下井問題;②新補強排水泵房管子道，需在井筒井壁新開口，對井筒井壁支護有一定的影響。

3)需施工井下巷道及硐室共計240m，投資609萬元，工期為5.5月。

2.2.2方案二優缺點

1)優點為:①可利用現有工業場地，不需要新增購地;②強排水管線通道與井底車場巷道相對獨立，管線的布置不會影響井底車場巷道管線布置。

2)缺點為:①鉆孔深度約791m，施工技術要求高，施工困難;②鉆孔施工工期約4個月;③布置一個鉆孔，僅解決強排水系統，趙家分區全部帶壓開采，井下采掘過程中如需注漿堵水措施，還需另行考慮注漿堵水管路系統。

3)需打鉆孔791m，施工井下巷道及硐室216m，共需投資813萬元，工期為8月。綜合上述優缺點，方案一雖然在投資和工期方面有優勢，但出于安全考慮，最終確定采用方案二，即由地面布置一個潛水電泵排水管鉆孔，潛水電泵排水系統電纜沿現輔助提升立井井壁鋪設。

3潛水泵布置方式

3.1潛水泵布置方案

潛水泵的布置方式有兩種:臥式與立式。不同的布置方式對泵房的要求也不同，具體布置方案如下:

1)采用臥式布置，該布置方式井巷工程量總長度為950.7m，均為巖巷，掘進體積為2963.9m3。

2)采用立式布置，該布置方式井巷工程量總長度為923.9m，均為巖巷，掘進體積為3203m3。

3.2技術經濟比選

3.2.1技術比選

1)臥式布置方式主要優點有:①強排水泵房硐室跨度較小，施工容易，可利用空間地段蓄水、排水;②蓄水空間不用穿很深底板，避免底板出水;③水泵的搬運、安裝、檢修方便，對起重設備要求不高;④可利用通道機泵房內敷設軌道清理蓄水空間內淤泥，清理方便。缺點有:①排水管路較長，壓力損失較多，排水效率較低;②水泵臥式布置，煤泥淤積對水泵使用壽命有一定的影響，使用壽命較立式布置短。

2)立式布置方式主要優點有:①管路最短壓力損失小，排水效率高;②水泵可潛入吸水井井底，不間斷地把水位降到最低，抗災能力強;③潛水電泵懸吊在吸水井內，受力方式合理，運行壽命長。缺點有:①強排水泵房硐室跨度大，吸水井較深，泵房及吸水井施工困難，一次性投資大;②吸水井需穿過很深的底板，底板出水的可能性增大;③對起重設備要求較高;④水泵安裝、檢修難度大。

3.2.2經濟比選

臥式布置與立式布置其巷道硐室工程量、投資及工期具體情況，潛水泵采取臥式布置在投資和工期方面都具有優勢。潛水電泵臥室布置與立式布置工程量及經濟比較比較內容臥式立式巷道及硐室工程量/m156.1129.0掘進體積/m32700.12939.1投資/萬元490524建設工期/月56綜合技術及經濟比選，最終采用臥式布置。

4結語

隨著開采深度的增加，煤炭開采條件也變的越來越復雜，大部分原先水文地質條件簡單的礦井，面臨著帶壓開采、突水危險的問題。新建潛水電泵排水系統是煤礦安全生產的保障，但對于開拓系統已經形成的礦井，如何建立井下直達地面的潛水電泵排水系統成為了一個難點。論文通過對潛水電泵排水系統建設及水泵布置方式進行了多方案的比選及詳細的設計，可為其他條件相似的礦井提供了借鑒意義。

作者:李占山單位:山西國辰建設工程勘察設計有限公司