华秦煤矿煤矿井下联合排水试验报告.docx
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华秦煤矿煤矿井下联合排水试验报告
府谷县华秦煤矿有限公司
井下水泵联合排水试验
报告
府谷县华秦煤矿有限公司
二0一七年六月十二日
府谷县华秦煤矿有限公司
井下水泵联合排水试验
报告
试验单位：
府谷县华秦煤矿有限公司
试验地点：
中央水泵房
试验日期：
2017年6月12日
试验周期：
一年
目录
第一章水文概况3
第一节水文地质简述3
1、地形地貌3
2、水系4
3、矿区地下水类型及含水岩组4
4、隔水层4
6、涌水量5
7、矿区水文地质勘查类型5
8、矿井水害类型及突水威胁6
第二节矿井充水因素6
一、矿井充水水源6
1、大气降水6
2、地表水7
3、老空（窑）积水7
4、含水层水8
二、矿井充水通道8
1、断裂构造及裂隙8
2、煤层采动裂隙9
第三章排水设备9
第一节排水设备慨况9
第二节水泵技术特征9
第三节水管技术特征10
第四章联合排水试验的条件10
第一节联合排水试验目的10
第二节联合排水试验时间10
第三节联合排水试验指挥部10
第四节试验前的准备11
第五章联合排水试验12
第一节试验相关参数12
第二节联合排水试验12
第三节联合排水试验记录13
第六章结论15
一、水仓容量15
二、排水能力15
三、其它相关要求16
第一章水文概况
第一节水文地质简述
1、地形地貌
煤矿位于陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘，地貌单元属黄土梁峁区，地表基本被第四系黄土和新近系红土所覆盖，基岩在煤矿南部沟谷中出露，最高处位于煤矿中北部的敖包梁，标高1364.60m，最低处位于煤矿的西南部沙峁沟沟谷，标高1193.17m左右，相对最大高差171.43m。
按形态和成因分类，区内地貌可分为二大类，黄土梁峁区及河谷区，其中以黄土梁峁区为主。
（1）、黄土梁峁区
区内特点是黄（红）土覆盖于老地层之上，厚度较大，一般30m，由于受外营力作用，侵蚀强烈，形成一系列特殊的地貌，地形复杂，沟壑纵横，坎陡沟深，密布有疏密不等的短小冲沟，现代地质作用以流水侵蚀为主。
上峁下梁，峁梁起伏，峁多梁少，沟壑发育，地面破碎。
梁峁坡多为10～25°，沟谷坡多为25～45°。
坡面及沟壑流水侵蚀剧烈，水土流失极其严重。
本区裸露的黄（红）土为水土流失提供了丰富的物质来源，由于地形破碎，暴雨产生急剧的地表迳流，强烈侵蚀表层土壤，易形成水土流失。
（2）河谷区
煤矿北部的秦家沟、中南部的沙沟、南部的板凳沟，河谷平直宽阔，谷地宽30～100m，河谷呈明显的U型，一级阶地发育，高出河床1～3m，由冲积风积沙土组成。
由于河流侵蚀堆积，形成了河谷和河谷阶地地貌单元，河床、河漫滩和阶地次级地貌单元发育，阶地比较发育，阶地平缓，呈条带形。
以第四系冲积物为主，农作物及植物生长茂盛。
2、水系
煤矿属于黄河一级支流窟野河次级支流大板兔川的流域范围，虽然沟谷发育，但因气候干燥，降雨微弱、地形破碎、植被稀少、水土流失等因素，以致地表水流量有限，且多属季节性河流，较大的河流为北部的秦家沟、西部的沙峁沟、南部的板凳沟，均为季节性沟流，受降雨影响十分显著。
矿区范围内无地表水体的存在，因此，无需留设保护煤柱
3、矿区地下水类型及含水岩组
矿区内可分为三个自然地貌区，即沙漠滩地区（包括低缓黄土梁岗区），河谷阶地区及黄土梁峁区。
地下水的形成、分布和水化学特征主要受区域地貌制约，此外还受地层岩性、地质构造、古地理环境及水文气象诸因素的综合控制。
区内可分为新生界松散岩类孔隙潜水，中生界碎屑岩类裂隙孔隙潜水与层间裂隙承压水。
其主要水文地质特征及分布情况见图5-1。
4、隔水层
主要是新近系上新统保德组红土，广布全区，厚度一般20～60m，钻孔揭露最大厚度95m，系新生界与基岩之间的隔水层，此外还有厚度连续分布且面积较大的泥岩及粉砂质泥岩等。
5、地下水的补、迳、排条件
由本区独特的地层、地貌条件，决定了各类地下水补、迳、排条件的一般性和特殊性。
区内潜水主要接受大气降水的入渗补给，还接受部分层间水和凝结水补给。
径流方向受区域地形控制，总体由南往北运动。
局部受地貌地形控制，一般由地势高的河间区向河谷区径流。
本区潜水主要以泉或泄流形式排泄，人工开采及垂向蒸发亦是排泄方式之一。
本区承压水除裸露区通过风化裂隙带间接得到大气降水渗入补给外，主要接受就近潜水的补给，并以短途迳流后在隔水层作用下形成承压水，位于河间区的承压水，多数地段水头低于潜水位，使得潜水便可通过承压水和隔水顶板中的透水“天窗”或弱含水层越流补给承压水。
迳流方向主要受地形地貌控制，在河间区，浅层承压水可由地势较高的分水岭部位向沟谷区运移；在河谷区，承压水总趋势由北西向南东顺层迳流。
其排泄方式为部分地段承压水顶板被沟谷切穿而混入潜水或形成水泉，其次使承压水有可能沿弱含水层或透水“天窗”顶托补给潜水。
6、涌水量
根据《陕西煤矿安全监察局关于同意府谷县华秦煤矿有限公司煤炭资源整合安全设施设计变更变更的函》陕煤安监一函字【2015】3号批复，矿井正常涌水量30m3/h，最大涌水量为45m3/h。
7、矿区水文地质勘查类型
煤矿地质构造简单，矿床直接充水含水层的单位涌水量小于0.1L/s·m。
地表水水量稀少，大气降水为地下水的主要补给来源，煤矿主要可采煤层及含水层均位于当地侵蚀基准面以上，地形有利于地表水及地下水的天然排泄。
因此，根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-9）及《煤、泥炭地质勘查规范》中有关规定，本煤矿属于以裂隙含水层为主的水文地质条件简单类型（二类一型）。
8、矿井水害类型及突水威胁
华秦煤矿自建井以来，从未发生过有突水事故。
原府谷县老高川乡秦家沟林喜煤矿自生产后也为发生过突水事故。
目前华秦煤矿所面临的最大的水害问题为老窑积水、地表水、2-2煤层上覆基岩含水层水。
由于上覆基岩含水层为富水性极弱的含水层，因此煤层采动造成的导水裂隙而发生的含水层直接进入采动空间的威胁较小。
原喜林煤矿、沙峁沟盗采区、井田内多处老井等2-2煤层采空后积水已通过地表的开挖、黄土回填等方式进行了地质灾害的治理，目前两处采空区的老空积水已治理完成。
总体评价华秦矿井受水害影响程度为简单类型。
第二节矿井充水因素
一、矿井充水水源
1、大气降水
大气降水是地下水及地表水的补给来源。
因此，矿床充水都直接或间接与大气降水有关。
区内多年平均降水447.12mm，且多集中在7～9月份，占全年降水量的55.5%，最大日降水量136.3mm。
根据周边矿井调查资料，小煤窑的矿井涌水量随季节有不同的变化，一般滞后半天至一天时间，大气降水为矿区内各含水层的的间接充水水源。
根据最新的“三下采煤规程”中导水裂隙带发育高度计算公式，华秦煤矿开采2-2煤层时，其导水裂隙带不会发育至地表，但在开采3-1煤层、3-2煤层时的导水裂隙带会发育至2-2煤层底板，特别是在沟谷地段，3-1煤层、3-2煤层的导水裂隙带将发育至地表。
因此，矿井在开采3-1煤层、3-2煤层时，大气降水将成为矿井的直接充水水源。
若遇暴雨、长时期降雨过程时，增加了大气降水的入渗，或大气降雨转变为沟谷径流后直接沿沟谷版裂缝溃入井下采空区，成为影响矿井安全生产的重要威胁因素。
2、地表水
区内地表水体主要是北部的秦家沟、西部的沙峁沟、南部的板凳沟，局部地段煤层开采后形成的冒落带及导水裂隙带将沟通地表水体，使其成为直接充水水源，局部地段导水裂隙带与风化裂隙带勾通，地表水通过风化裂隙带进入矿坑，成为间接充水水源。
因此，在未来涉及3-1煤层、3-2煤层过沟开采区域，必须进行充分的分析及评价。
3、老空（窑）积水
整合区内存在一处小煤窑采空区、一处非法盗采采空区，同时，井田内存在十几处2-2煤层露头盗采老井。
根据分析，3-1煤层、3-2煤层导水裂隙带均可发育至上覆煤层，随着这些采空区的存在成为地下水聚集的空间，老空水的存在威胁着煤层的安全开采。
据调查，在井田东北部秦家沟喜林煤矿采空区内存在近100万m³的积水区。
2-2煤层积水区的存在，既威胁着3-1煤层、3-2煤层的开采，同时也威胁着相邻工作面的开采。
因此必须对井田内的2-2煤层采空区进行有效的治理，对2-2煤层采空积水区进行有效的探测和防治。
4、含水层水
前已述及，开采3-1煤层、3-2煤层的直接充水含水层为煤层顶板砂岩含水层中的裂隙水。
由于受沉积作用的控制，含水层与隔水层相间存在，形成多层结构的复合承压含水体。
含水层富水性与透水性均不好，水力联系差，加上地形复杂，地表径流条件好，渗透有限，补充量不足，故含水量不大，同时受隔水层阻隔，各含水层之间多无水力联系，充水方式为顶板进水型。
1）顶板裂隙水
开采2-2煤层、3-1煤层、3-2煤层时，顶板冒裂带范围内的含水层将成为主要充水含水层，但主要为静储量水为主，水量少。
2）构造裂隙水
通过以往矿井调查，矿井内大型断层不发育，不成为矿井充水的主要来源，但在开采过程中发现的小裂隙构造（褶皱轴部、二维地震发现的一处断层）亦是局部地段的各含水层的导通通道，矿井开拓经过裂隙带时，应密切观测开采面出水情况。
二、矿井充水通道
1、断裂构造及裂隙
华秦煤矿井田内地质构造较为简单，二维地震勘探发现有小型断裂构造1条存在。
且均分布在井田的南部，未来三年开拓范围内不存在断裂构造。
断层的存在破坏了岩层的完整性，因而成为了水力联系的通道。
由于2-2煤层开采完毕后将存在积水情况，因此未来矿井南部在对3-2煤层开采时应留设断层煤柱进行防治老空水。
2、煤层采动裂隙
煤层开采所形成的导水裂隙带是含水层水涌入工作面与采空区的主要通道，而开采引发的地表塌陷裂缝，虽然经过一定的回填处理，仍有可能是大气降水进入井下采空区的通道之一。
第三章排水设备
第一节排水设备慨况
本矿在3-2水平主井底设有中央水泵房，主、副水仓。
现有工作，备用，检修水泵三台。
其型号：
MD46-30×4，水泵额定排水量46m3/h，水泵额定扬程120m，电机30kw/660v。
效率：
75%。
两趟无缝钢管管路，主排水管ø108×6无缝钢管，备用排水管ø108×6无缝钢管.排水高差92m，水仓容积：
主水仓1200m3，副水仓900m3。
第二节水泵技术特征
水泵技术特征表
水泵编号
水泵型号
额定排水量
（m3/h）
额定扬程
（m）
电机型号
电压/功率
生产日期
生产厂家
（1号）
MD46-30×4
46
120
Y200L1-2
660v/30kw
2016.11
长沙泵厂
（3号）
MD46-30×4
46
120
Y200L1-2
660v/30k
2016.11
长沙泵厂
（2号）
MD46-30×4
46
120
Y200L1-2
660v/30kw
2016.11
长沙泵厂
第三节水管技术特征
水管技术特征表
水管编号
直径
（mm）
壁厚
（mm）
排水高度
（m）
敷设长度
（m）
敷设角度
（°）
敷设途径
1号
108
6
92
360
14
主斜井
2号
108
6
92
360
14
主斜井
第四章联合排水试验的条件
第一节联合排水试验目的
为认真贯彻落实煤矿井下排水联合试验，提高矿井防灾抗灾能力，确保雨季安全渡汛工作，根据《煤矿安全规程》第二百八十一条规定，检验工作、备用、检修水泵同时运行情况，主排水管、备用排水管同时排水状况，能否满足矿井最大涌水量时排水要求。
第二节联合排水试验时间
联合排水试验时间：
2017年6月12日。
第三节联合排水试验指挥部
为确保本次联合排水泵试验能够顺利进行，成立联合排水试验指挥部：
总指挥：
白国庆（矿长）
副总指挥：
孙成云（机电副矿长）、薛尧明（总工程师）、佟久德（生产副矿长）、杨建波（安全副矿长）、刘从圣（通风副矿长）
成员：
宁宝宝（机电队长）、刘志荣（车间主任）、李虎（技术科长）、唐毅（调度中心主任）、刘建雄（技术科）、电工：
黄德阳、杨维进、王树权。
一、指挥部设在矿调度室，统一指挥试验工作。
二、为确保试验安全顺利进行，同时成立电气、机械、地面测水、监测监控、资料五个专业组。
1、电气组由宁宝宝任组长，负责井上下供电；
2、机械组由刘志荣任组长,负责泵房的开停泵及管路检查维护等工作;
3、地面测水组由李虎任组长，负责测定水量工作，并做好记录；
4、监测监控组由唐毅任组长，负责监测监控检查维护工作；
5、资料组由刘建雄负责，做好试验技术资料的记录收集、归档工作。
第四节试验前的准备
1、由调度室安排人员，试验前将井下主、副水仓的吸水井进行清淤，做好储水准备，并对管路进行检查，保证能正常供排水。
2、安排机电人员，试验前将供电线路、水泵、电机、启动开关及附属设备等检查、检修完毕，保证设备处于完好状态。
3、准备好各种相应工具。
4、各级排水泵房主、备排水泵安装到位，井下有检修泵，排水泵电源双回路，两趟排水管路能互相置换。
第五章联合排水试验
第一节试验相关参数
1、主、副水仓容积能满足8h以上矿井最大涌水量要求。
矿井8h最大涌水量Q=30m3/h×8h=240m3。
2、单台泵排水能力能满足20h内能排出矿井24h正常涌水量。
矿井24h正常涌水量Q=20m3/h×24h=480m3。
3、主、备二台水泵排水能力能满足20h内能排出矿井24h最大涌水量。
矿井24h最大涌水量Q=30m3/h×24h=720m3。
4、检验各种设备、各部门联合协调能力。
第二节联合排水试验
2017年6月12日10:
10，总指挥白国庆在调度室下达开始命令，地面皮带机、地面空压机和井下液压泵停止供电和运转，副总指挥孙成云在中央水泵房下达开始联合排水试验命令。
1、水泵操作人员接到命令后，按下1号主排水泵启动按钮，启动电机。
2、启动电机5秒钟后，打开水阀，进行排水。
3、然后依次间隔10分钟启动2号泵和3号泵，即先启动工作水泵—再启动备用水泵—最后启动检修水泵，进行联合排水。
4、正常运转后每开一台水泵必须向指挥部汇报，待地面测完出水量后由地面负责人通知增开一台水泵。
5、技术员每隔10分钟在各点记录水泵运转前、后的有关电压、电流、压力和真空度等数据。
6、水文人员在地面水沟水文观测点对每增开一台水泵所排出的水量、流速进行测量并记录，并及时向调度指挥中心汇报运行状况。
经过两个小时的紧张演习，水泵工接到总指挥结束命令后，根据井下涌水量逐台关机。
第三节联合排水试验记录
1、试验性质：
联合排水试验
2、实验地点：
3-2水平中央水泵房
3、试验时间：
2017年6月12日
水泵运行记录表
泵房名称：
井下3-2中央水泵房日期：
2017年6月12日
水泵
编号
启泵
时间
停泵
时间
运行电压（v）
运行电流（A）
工况流量（m3/h）
压力
（MPa）
真空度
（MPa）
（1号）
10:
10
12:
05
675
29.6
42
11.5
（2号）
10:
30
12:
10
675
28.5
41
11.3
（3号）
10:
40
12:
15
675
29
42
11.5
总回路电流：
55（A）Ⅰ回路电流：
28（A）Ⅱ回路电流：
55（A）
水泵排水运行记录
泵房名称：
井下3-2中央水泵房日期：
2013年4月16日
投入运行水泵型号
启泵
时间
停泵
时间
运行电压（V）
运行电流（A）
压力
（Mp）
真空度（Mp）
记录人员
1#泵
6月12日
10时10分
6月12日
10时25分
675
29.6
11.5
0.1
刘建雄
2#泵
6月12日
10时30分
6月12日
10时45分
676
28.5
11.3
0.1
刘建雄
3#泵
6月12日
10时50分
6月12日
11时10分
675
29
11.5
0.1
刘建雄
1#、2#
6月12日
11时20分
6月12日
11时40分
670
55
11.7
0.1
刘建雄
1#、3#
6月12日
11时45分
6月12日
11时50分
670
56
11.7
0.1
刘建雄
2#、3#
6月12日
11时55分
6月12日
12时15分
671
55
11.6
0.1
刘建雄
排水试验汇总表
水泵编号
实际扬程
（m）
泵的效率
（％）
系统效率
（％）
流量
（m3/h）
（1号）
120
87.1
70.24
42.5
（2号）
120
91.5
73.79
41.6
（3号）
120
87.1
70.24
42.8
4、一管一泵实测记录：
在2小时排完水仓2403的蓄水，按一台水泵开启运转计算，抽出水仓24h正常涌水量所需时间：
h=169.92m3÷144.6m³÷2h=1.18h。
5、两管两泵实测记录：
2小时能抽完水仓425.6m³蓄水。
按两台水泵排水计算，抽出水仓24h最大涌水量所需时间：
h=847.92m3÷292.8m³÷2h=2.9h。
设备实测记录：
电动机轴温为35℃，泵房温度18℃，水泵运转正常,平均1台水泵流量:
72.9m³/h，水泵平均效率：
72.9÷83=87.8%。
管路无漏水迹象。
第六章结论
技术员在各点记录水泵运转前、后的有关电压、电流、压力和真空度等数据，符合规定值。
一、水仓容量
矿井正常涌水量1小时为7.08m3/h，8小时正常涌水量：
Q=7.08m3/h×8h=56.64m3。
水仓容积：
主水仓1200m3，副水仓900m3。
结论：
水仓容积大于8小时正常涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百八十条要求。
二、排水能力
1、按一台水泵开启运转计算，20h排水能力为：
Q排=54.6m3/h×20h=1092m3。
矿井24h正常涌水量Q=7.08m3/h×24h=169.92m3。
结论：
20h排水能力大于矿井24h正常涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百七十八条要求。
2、按二台水泵同时开启运转计算，20h排水能力为：
Q排=109.2m3/h×20h=2184m3。
矿井24h最大涌水量Q=35.33m3/h×24h=847.92m3。
结论：
20h排水能力大于矿井24h最大涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百七十八条要求。
三、其它相关要求
水泵联合运行中，水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路运行正常，矿井排水系统满足《煤矿安全规程》第二百七十八条、第二百八十条、第二百八十一条的规定要求。
四、结论
这次联合排水试验，用时两个小时，通过对排水系统的联合排水能力各项指标的测定，矿井排水系统满足《煤矿安全规程》第二百七十八条、第二百八十条、第二百八十一条的规定要求。
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