煤矿盘区排水系统设计合理性研究

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摘要：煤矿往往有多个盘区开采，盘区排水主要有集中排水系统和分区域排水系统，选择合理的盘区排水系统可以保证排水的可靠性，减少投资，节省电耗。根据红柳林煤矿西一盘区矿井涌水量及排水条件，并结合现有排水系统提出3种切实可行的排水方案。通过经济技术分析及可靠性分析，研究各方案优缺点，确定合理的排水方案。研究结果表明，盘区排水系统设计受排水条件、矿井现有排水系统、地面水处理系统等多因素制约，设计须因地制宜，择优确定，通过对红柳林矿井盘区排水系统的设计，为其他煤矿提供借鉴。

关键词：盘区开采；集中排水；分区域排水

1煤矿盘区排水系统

大型煤矿随着开采范围不断扩大，开采水平不断延伸，矿井排水系统服务范围也逐渐增大，对距离中央水泵房较远的盘区，需设置盘区排水系统以满足排水需要。盘区排水主要有集中排水系统和分区域排水系统。集中排水系统是将矿井不同盘区、不同水平的涌水排至中央水仓，由中央水泵房的水泵将水直接排至地面水处理站。集中排水系统优点是各盘区涌水全部排至同一个地面水处理站，管理简单，不需要增加地面场地，减少了地面工程，投资较少；缺点是盘区水泵房接力排水至中央水泵房，排水环节多，系统维护困难，且排水距离较远，排水管路投资较大。分区域排水系统是在不同盘区设置独立的排水系统，将井下涌水分别排至地面水处理站。分区域排水系统的优点是具有独立的排水系统，避免在中央水泵房排水系统出现故障时，矿井涌水无法及时外排，提高了排水系统的安全性和可靠性，同时减少了盘区水泵房向中央水泵房排水的环节，排水系统维护难度降低，缩短了排水距离，减少了排水管路投资；缺点是需要建设不同场地的地面水处理站，地面场地征地困难、工程量较大、投资较大，水处理站分散、管理困难。

2红柳林煤矿西一盘区排水系统设计

2.1矿井概况及排水设备现状

红柳林矿井井田位于陕西省神木市以西约15km，矿井设计生产能力15.0Mt/a，属于特大型矿井。井田东西长约20.0km，南北宽约8.0km。井下共划分为5个盘区，分别为北一盘区、南一盘区、北二盘区、南二盘区和西一盘区。矿井有3个地面工业场地，分别为位于井田东部边界附近的主工业场地、位于井田中部的二号风井场地和位于井田西部的三号风井场地。矿井一盘区、二盘区开采时正常涌水量700m3/h，最大涌水量1300m3/h。矿井井下已有的主排水系统由建于回风斜井井底附近的井下中央水泵房和主水仓组成，矿井涌水由各处临时水泵汇集至中央水仓，经由中央水泵房排至矿井工业场地井下水处理站，处理后复用。中央水泵房现已安装3台MD1000-72×4型矿用耐磨多级离心式水泵，每台水泵配套YB型隔爆电动机1台，功率1000kW，电压10kV，转速1480r/min，排水管路为2趟φ426mm×12mm无缝钢管。

2.2方案设计

西一盘区服务年限约20a，西一盘区开采时，正常涌水量2055m3/h，最大涌水量3025m3/h，新建西一盘区水泵房。根据红柳林煤矿西一盘区涌水量及排水条件并结合矿井现有排水系统，提出3种可行的排水系统方案。2.2.1方案一采用分区域排水系统。西一盘区涌水通过西一盘区水泵房排水设施排至三号风井场地井下水处理站，选用7台MD1100-86×5(Y)型多级离心泵，正常涌水量时，水泵3台工作，3台备用，1台检修；最大涌水量时4台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-560—4型隔爆电动机1台，功率1800kW，电压10kV。设置4趟φ426mm×12mm无缝钢管排水管路。本方案需在三号风井场地新建水处理能力3025m3/h的井下水处理站。排水系统流程如图1所示。方案二采用分区域排水系统和集中排水系统相结合的排水方式。西一盘区共设置2套排水系统。1号排水系统排至三号风井场地井下水处理站，选用5台MD1100-86×5(Y)型多级离心泵，正常涌水量时，水泵2台工作，2台备用，1台检修；最大涌水量时3台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-560—4型隔爆电动机1台，功率1800kW，电压10kV。设置3趟φ426mm×12mm无缝钢管排水管路。2号排水系统排至井下主水仓，再利用中央水泵房排水设施排至矿井工业场地井下水处理站，选用3台MD1100-86×3(Y)型多级离心泵，正常涌水量时，水泵1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水量时2台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-450—4型隔爆电动机1台，功率1000kW，电压10kV。设置2趟φ450mm×12mm无缝钢管排水管路。本方案需在三号风井场地新建水处理能力1725m3/h的井下水处理站。排水系统流程如图2所示。2.2.3方案三采用集中排水系统。西一盘区涌水通过西一盘区排水设施排至井下井下主水仓，再利用中央水泵房排水设施排至矿井工业场地井下水处理站。西一盘区水泵房选用7台MD1100-86×3(Y)型多级离心泵，正常涌水量时，水泵3台工作，3台备用，1台检修；最大涌水量时4台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-450—4型隔爆电动机1台，功率1000kW，电压10kV。设置4趟φ450mm×12mm无缝钢管排水管路。中央水泵房增加4台MD1000-72×4型矿用耐磨多级离心式水泵，增加后共7台水泵，正常涌水量时，水泵3台工作，3台备用，1台检修；最大涌水量时4台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-450—4型隔爆电动机1台，功率1000kW，电压10kV。增加2趟φ426mm×12mm无缝钢管排水管路，增加后共设置4趟排水管路。本方案需在工业场地新建水处理能力1725m3/h的井下水处理站。排水系统流程如图3所示2.2.21000kW，电压10kV。设置4趟φ450mm×12mm无缝钢管排水管路。中央水泵房增加4台MD1000-72×4型矿用耐磨多级离心式水泵，增加后共7台水泵，正常涌水量时，水泵3台工作，3台备用，1台检修；最大涌水量时4台水泵同时工作。每台水泵选配YB3-450—4型隔爆电动机1台，功率1000kW，电压10kV。增加2趟φ426mm×12mm无缝钢管排水管路，增加后共设置4趟排水管路。本方案需在工业场地新建水处理能力1725m3/h的井下水处理站。排水系统流程如图3所示2.3方案比选上述3种排水系统设计，各方案技术特征及可靠性分析见表1。经济投资方面，通过表2可知，方案一设备、管路及矿建投资最低，由于排水距离最短，年运行费用也最低。方案二设备、管路及矿建投资高于方案一，年排水费用亦高于方案一。方案三设备、管路及矿建投资最高，由于排水距离较长，年排水费用最高。但方案二、方案三均利用了已有的排水系统和水处理系统，分别在风井场地、工业场地新建一样规模的水处理站，水处理站投资一样，方案二建设投资及年排水费用均低于方案三。方案一年排水费用低于方案二74.5万元，在西一盘区服务年限内排水费用节省约1490万元。方案一设备、管路及矿建投资低于方案二1306.2万元，但新建水处理站规模是方案二的1.8倍，水处理站投资高于方案二约5000万，方案一建设投资高于方案二约3700万元。方案一节省的排水费用远低于建设投资费用，最终确定方案二作为红柳林煤矿西一盘区排水系统。

3结论

（1）盘区涌水量逐渐增大、排水距离较远的矿井，中央水泵房集中排水系统已不适用，中央水泵房扩建投资高，排水费用高。（2）分区域设置独立的排水系统，井下排水系统投资低，排水费用低，但由于地面新建水处理西一盘区水泵房7台水泵4趟管路中央水泵房已有3台水泵新增4台水泵2趟管路2趟管路工业场地井下水处理站已有水处理量1300m3/h新增水处理量1725m3/h站规模大、投资高，分区域排水系统建设投资较大。（3）采用分区域排水系统和集中排水系统相结合的方法，合理利用了矿井已有排水系统、水处理系统，降低了新建水处理站规模，减少了排水系统建设投资。由于仅部分涌水采用集中排水系统，总体排水费用也较低。（4）设计大型煤矿盘区排水系统时，应统筹兼顾矿井井下条件、已有设计状况、增量投资情况等各种客观因素，进行详细的技术经济比选来择优选取。

参考文献：

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[2]杨龙龙.分区排水在大型矿井的应用[J].内蒙古煤炭经济，2017（12）：4-11.

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作者：孙露 单位：中煤西安设计工程有限责任公司