关于建立矿井排水系统提高矿井抗灾能力的探讨.docx

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关于建立矿井排水系统提高矿井抗灾能力的探讨

0问题的提出

矿井排水系统的建立是煤矿安全生产必备的环节，必须符合《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》等规定的要求。

那么，如何在认真落实现有规程、规定的基础上，又好又快地建立矿井尤其是水文地质条件复杂和极复杂型矿井排水系统，提高矿井抗灾能力，则是煤矿设计人员必须思考的问题。

1矿井正常排水系统的建立

1.1规定

《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》对建立正常排水系统有以下规定：

⑴矿井应配备与矿井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配电设备和水仓等，确保矿井排水系统的能力充足。

⑵矿井井下排水系统应满足矿井排水的要求。

除正在检修的水泵外，应有工作水泵和备用水泵。

工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。

备用水泵的能力，应不小于工作水泵能力的70％。

检修水泵的能力，应不小于工作水泵能力的25％。

工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

⑶排水管路应有工作和备用水管。

工作排水管路的能力，应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。

工作和备用排水管路的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

⑷配电设备的能力应与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，能够保证全部水泵同时运转。

⑸主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。

泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。

⑹井下中央变电所和主要排水泵房的地面标高，应分别比其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高出0.5m。

⑺矿井主要水仓应有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能够正常使用。

新建、改扩建矿井或者生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。

正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可以按照下式计算：

Ｖ＝2（Q+3000）

式中V——主要水仓的有效容量，m3；

Q——矿井每小时的正常涌水量，m3。

采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。

水仓进口处应设置箅子。

对水砂充填和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。

水仓的空仓容量应经常保持在总容量的50%以上。

⑻水泵、水管、闸阀、排水的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。

在每年雨季之前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理，提交联合排水试验报告。

水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。

⑼井下采区、巷道有突水危险或者可能积水的，应优先施工安装防、排水系统，并保证有足够的排水能力。

1.2对规定用意的理解

以上规定用意大部分是显而易见的，但对某些规定用意的理解仍有必要在这里探讨。

⑴井下中央变电所和主要排水泵房的地面标高，应分别比其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高出0.5m，是为了防止由井底车场或大巷等处的涌水往中央变电所和主要排水泵房内渗灌，更是为了当矿井发生意外水灾时，防止因来不及关闭泵房通道的防水密闭门，影响泵房的正常运行，为抢险赢得时间。

这也是抢险的第一道防线。

⑵主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。

泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。

单从防治水角度理解，主要是为了在发生突水后，当水头高度小于7m之前，确保泵房不进水，进而仍能维持中央泵房正常运转，同时为便于最后撤出人员留有逃生时间和逃生通道。

这也是抢险的第二道防线。

1.3落实规定存在的可操作性问题

大部分规定在现场都能得到落实，正常情况下操作起来也比较容易，但一部分规定落实起来比较困难，遇到突发情况可操作性差，有的设施形同虚设，必须加以解决。

图1标准泵房配水吸水立井

例如，为落实关于“泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门”的规定，现行的《矿井生产时期排水技术规范》明确了具体要求，如图1所示。

据此，图中的“配水闸门”即为泵房和水仓的连接通道的“控制闸阀”。

试想，如果矿井发生突水事故后，水头高度超过泵房地面标高后，能否做到通过闸门控制来实现泵的排水量与闸阀配水量相匹配？

显然很难实现——要么配水过多导致泵房进水，要么配水不足，泵不能连续排水，可操作性差，必须加以改进。

1.4改进建议

改进泵房和水仓的连接通道的联通方式，将目前的配水井联通方式改为斜巷联通方式，巷道设置密闭门，发生突水灾变时，完全阻隔泵房与水仓的直接联系。

如图2所示。

图2改进泵房配水吸水斜井

优点：

⑴巷道布置简单，易于施工。

⑵正常情况下泵房与水仓连接通道的密闭门可处于常闭状态，当水灾来临时，与其他设施配合很容易使泵房处于相对安全状态，维持正常排水，可操作性强。

⑶泵房与水仓连接通道的密闭门处于常闭状态，使井下中央变电所和主要排水泵房地面与其出口与井底车场或大巷连接处的底板处于或基本处于同一标高成为了可能，高出0.5m的功能就可以通过增加门槛即阻水措施来替代，换句话说，当灾变来临时，在不需人员任何操作的情况下，只要水头不超过门槛高度，泵房就不能进水，抢险的第一道防线的作用就可以实现，况且门槛高度可以大于0.5m，从这个意义上说，也相应地提高了抗灾能力。

同时取消0.5m限制后，不但为泵房施工带来了便利，还可以降低水仓标高，因而可以大大提高水仓的有效容积，同时也可以简化水仓与其他巷道立体交叉施工问题。

图3改进前泵房水仓及大巷关系

图4改进后泵房水仓及大巷关系

2潜水泵排水系统的建立

2.1规定

考虑到水闸门在煤矿实际生产应用过程中存在诸多问题：

如质量要求高，建设困难，建筑成本高；一些老矿井不具备建筑水闸门的隔离条件，或深部水压大于5MPa，高压水闸门尚无定型设计；耐水密封性检测困难，维护费用高，每年关闭试验困难；常与生产互有干扰；突水后井下人员能否全部撤出，井底防水闸门能否下决心关闭；需关闭水闸门时过水量大、水中杂物多，人工关闭、关严困难等。

而高扬程、大排量的潜水泵已经在煤矿广泛使用，并在矿井救灾中能起到快速排水的作用，因此,《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》对此作出了如下规定：

⑴《煤矿安全规程》规定：

水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。

⑵《煤矿防治水规定》规定：

水文地质条件复杂、极复杂的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。

不难看出，关于建立潜水泵排水系统的规定，两者是有出入的，《煤矿安全规程》晚于《煤矿防治水规定》，理应遵循《煤矿安全规程》的规定，但《煤矿安全规程》的规定又比较模糊，虽然增加了“具有独立供电系统”的内容，但对建立潜水泵排水系统的说法不完整，因此，建议统一为：

水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵排水系统。

2.2落实规定存在的可操作性问题

新建矿井建立潜水泵排水系统甚至建立直排地面的潜水泵排水系统相对比较容易，但作为老矿井，尤其是多水平开采的老矿井，若建立井下直排地面的潜水泵排水系统，存在着投资高、工期长、设备选择困难等问题。

2.3处理建议

2.3.1将转排（水）作为建立潜水泵排水系统的模式

⑴考虑到分水平井底车场周围均安设潜水泵排水系统意义不大，为此，应将潜水泵泵房设在最下一个开采水平，即安设在真正意义上的矿井井底。

⑵将水转排至几乎没有被淹可能的上一个水平或更高水平。

⑶为降低投资，减少电压降，也可将其供电电源取自转排水平或更高水平，并实现就地、远方控制。

2.3.2以生产及延深水平最大涌水量作为潜水泵选型依据

以有采掘活动的生产及延深水平最大涌水量作为潜水泵选型的依据，主要考虑了以下因素：

⑴多年的统计资料表明，没有采掘活动的水平涌水量基本稳定，而且随着下部水平的开采呈逐年减少的趋势；

⑵没有采掘活动的水平几乎没有突水的可能，对矿井影响不大。

2.3.3供电系统体现可靠、实用的原则

如前，供电电源取自转排水平或更高水平的中央变电所，中央变电所母线上接有排水负荷和非排水负荷，当发生水灾时，断开或停用变电所母线上的所有非排水负荷（局部通风机供电负荷除外），专为排水系统供电，这与真正意义上的独立供电系统有一定出入。

考虑到矿井发生突水时，矿井必须停止生产，大多数矿井非排水负荷远大于潜水泵及其他排水系统负荷，因此发生突水时完全可以用停止非排水负荷来保证潜水泵负荷的方式来解决，因此，潜水泵投入时不必增加矿井总负荷。

3正常排水系统和潜水泵排水系统的关系

单从建立潜水泵排水系统的初衷可以理解为用来替代防水闸门，即突水后正常排水系统失效，启用潜水泵排水系统，其实不然。

由于在建立正常排水系统时，已经考虑了应对一般突水情况的措施，出现水患后，正常排水系统仍能工作一段时间，与此同时应启动潜水泵排水系统，即两套排水系统参与抢险，这样可以大大提高抗灾能力，因此，规定潜水泵排水系统必须在建立正常排水系统的基础上进行。

同时需要指出的是，潜水泵排水系统的排水能力是不小于最大涌水量，而最大涌水量是指：

矿井生产期间，正常情况下矿井涌水量的高峰值。

显然，单一的潜水泵排水系统并不能满足突水时的抢险要求，因此，更有必要两套系统同时并存，平时启用正常排水系统，发生灾变是两套系统同时参与救灾。

实际上两套系统同时启用保住矿井的案例并不鲜见。

4结束语

矿井排水系统的建立应体现管用、能用的原则，在符合规程、规范要求的前提下，积极探索新技术、新方法、新途径，解决规程、规范中存在的实际问题，最大限度地满足矿井安全生产需要。

近几年，作为设计单位在这方面有过一些的思考和实践，也取得了较好效果，通过这种方式，与大家交流，希望能起到抛砖引玉的作用。