潜水电泵排水系统设计方案论文

1矿井概况

贵石沟井设计生产能力4.0Mt/a，采用“主斜副立”开拓方式，核定生产能力7.7Mt/a，主要可采煤层为8、15号煤。赵家分区位于贵石沟井田西部，分区内布置有一个地面工业广场，工业广场内现建有辅助提升立井和回风立井，赵家分区设计生产能力为3.0Mt/a。该矿井正常涌水量为183.43m3/h，最大矿井涌水量为458.58m3/h。太原组8、15号煤层为带压开采，8号煤层带压开采含水层为太原组岩溶裂隙含水层和奥陶系岩溶裂隙含水层，15号煤层带压开采含水层为奥陶系岩溶裂隙含水层。经计算8号煤层突水系数为0～0.018MPa/m，15号煤层突水系数为0～0.046MPa/m，8、15号煤层突水系数均小于临界突出水系数，突水概率相对较低，各组煤层的开采不存在奥灰突水的必然性，是相对安全的，但8、15号煤层底板大部处在奥灰水头之下，井田内岩溶陷落柱发育，且随着开采层位及深度的延深，井田内煤层底板突水概率越来越高，将成为有突水淹井危险的矿井。根据《阳泉煤业(集团)有限责任公司贵石沟井带压开采水文地质条件评价》预测15号煤层回采中奥灰含水层疏降水量为710m3/h，依据《煤矿防治水规定》，贵石沟井赵家分区8号煤层水文地质类型为中等，15号煤层水文地质类型为复杂。因此，必须增建潜水电泵排水系统。

2潜水电泵排水系统设计方案

2.1潜水电泵排水方案

矿井潜水电泵排水系统主要包括以下几部分:排水水泵为潜水泵;排水管路由井下直达地面，独立于矿井井下现有的排水管路系统;供电电源由地面直供，独立于矿井井下供电系统。结合贵石沟井赵家分区井上下实际建设条件，提出了以下四个方案:

1)方案一:利用现辅助提升立井，调整辅助提升立井井筒装备布置。考虑到辅助提升立井井筒永久提升装备尚未安装，通过对井筒装备布置进行调整，取消交通罐，可满足潜水电泵排水管路及电缆的铺设，并可预留出两趟注浆堵水用灌浆管位置。井下布置潜水电泵排水泵房管子道，分别与强排泵房和辅助提升立井井筒连接。

2)方案二:布置一个潜水电泵排水管钻孔，潜水电泵排水系统电缆沿辅助提升立井井壁铺设。结合井上下条件，在现有的工业场地内西北部空地上布置一个潜水电泵排水管道钻孔，钻孔直径为650mm，潜水电泵排水系统电缆则沿现辅助提升立井井壁铺设。井下布置潜水电泵排水管线通道，分别与潜水电泵排水泵房和井底车场调车线相连。

3)方案三:新建管道立井。结合井上下布置情况，在副井工业场地西南，扩建现有的工业场地，新建管道立井，井筒净直径为3.5m，井筒落底标高与现辅助提升立井井底车场巷道一致，井筒深825m，布置单侧马头门，通过管道石门巷道与井底车场连接。井筒内安装两趟潜水电泵排水管及潜水电泵排水专用电缆，并预留两趟注浆堵水用灌浆管。

4)方案四:新建排矸立井。充分考虑矿井永久排矸的要求，结合井上下布置情况，在副井工业场地西南，扩建现有的工业场地，新建一个排矸立井，井筒净直径为7.0m，井筒马头门标高与现辅助提升立井井底车场巷道一致，井筒深855m，布置排矸井底车场，通过排矸井底车场进出车线巷道与现有井底车场连接。潜水电泵排水系统管线沿新建排矸立井井壁铺设。综合比较上述四个方案，考虑到方案三和方案四需新建立井，投资较大，工期较长，另外，方案三和方案四还需对工业场地进行扩建，工程量较大，因此设计暂时不推荐方案三与方案四，只对方案一和方案二进行比选。

2.2方案比选

2.2.1方案一优缺点

1)优点为:①辅助提升立井井筒永久装备尚未订货、安装，井筒装备布置还有改装的可能，利用现有井筒，仅在井底布置强排水硐室、巷道，工程量小、投资少，强排水系统施工工期短;②利用现有井筒敷设强排水管、电缆，工程量小、工期短;③利用现有井筒，不需要扩建现有工业场地，不需购地等问题。

2)缺点为:①调整了井筒装备布置，取消交通罐，交通罐作为长材料下井及检修用罐笼，交通罐取消后，会对长材料的下井和井筒装备检修有所影响，在考虑井筒永久装备时，原一宽一窄罐笼需统一考虑，解决长材料的下井问题;②新补强排水泵房管子道，需在井筒井壁新开口，对井筒井壁支护有一定的影响。

3)需施工井下巷道及硐室共计240m，投资609万元，工期为5.5月。

2.2.2方案二优缺点

1)优点为:①可利用现有工业场地，不需要新增购地;②强排水管线通道与井底车场巷道相对独立，管线的布置不会影响井底车场巷道管线布置。

2)缺点为:①钻孔深度约791m，施工技术要求高，施工困难;②钻孔施工工期约4个月;③布置一个钻孔，仅解决强排水系统，赵家分区全部带压开采，井下采掘过程中如需注浆堵水措施，还需另行考虑注浆堵水管路系统。

3)需打钻孔791m，施工井下巷道及硐室216m，共需投资813万元，工期为8月。综合上述优缺点，方案一虽然在投资和工期方面有优势，但出于安全考虑，最终确定采用方案二，即由地面布置一个潜水电泵排水管钻孔，潜水电泵排水系统电缆沿现辅助提升立井井壁铺设。

3潜水泵布置方式

3.1潜水泵布置方案

潜水泵的布置方式有两种:卧式与立式。不同的布置方式对泵房的要求也不同，具体布置方案如下:

1)采用卧式布置，该布置方式井巷工程量总长度为950.7m，均为岩巷，掘进体积为2963.9m3。

2)采用立式布置，该布置方式井巷工程量总长度为923.9m，均为岩巷，掘进体积为3203m3。

3.2技术经济比选

3.2.1技术比选

1)卧式布置方式主要优点有:①强排水泵房硐室跨度较小，施工容易，可利用空间地段蓄水、排水;②蓄水空间不用穿很深底板，避免底板出水;③水泵的搬运、安装、检修方便，对起重设备要求不高;④可利用通道机泵房内敷设轨道清理蓄水空间内淤泥，清理方便。缺点有:①排水管路较长，压力损失较多，排水效率较低;②水泵卧式布置，煤泥淤积对水泵使用寿命有一定的影响，使用寿命较立式布置短。

2)立式布置方式主要优点有:①管路最短压力损失小，排水效率高;②水泵可潜入吸水井井底，不间断地把水位降到最低，抗灾能力强;③潜水电泵悬吊在吸水井内，受力方式合理，运行寿命长。缺点有:①强排水泵房硐室跨度大，吸水井较深，泵房及吸水井施工困难，一次性投资大;②吸水井需穿过很深的底板，底板出水的可能性增大;③对起重设备要求较高;④水泵安装、检修难度大。

3.2.2经济比选

卧式布置与立式布置其巷道硐室工程量、投资及工期具体情况，潜水泵采取卧式布置在投资和工期方面都具有优势。潜水电泵卧室布置与立式布置工程量及经济比较比较内容卧式立式巷道及硐室工程量/m156.1129.0掘进体积/m32700.12939.1投资/万元490524建设工期/月56综合技术及经济比选，最终采用卧式布置。

4结语

随着开采深度的增加，煤炭开采条件也变的越来越复杂，大部分原先水文地质条件简单的矿井，面临着带压开采、突水危险的问题。新建潜水电泵排水系统是煤矿安全生产的保障，但对于开拓系统已经形成的矿井，如何建立井下直达地面的潜水电泵排水系统成为了一个难点。论文通过对潜水电泵排水系统建设及水泵布置方式进行了多方案的比选及详细的设计，可为其他条件相似的矿井提供了借鉴意义。

作者:李占山单位:山西国辰建设工程勘察设计有限公司