衰老矿井排水系统优化及选型设计方案.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 4 年第3 期 总第1 2 0 期 衰老矿井排水系统优化及选型设计方案 王兆祥 ( 河南能源化工集团鹤煤公司 河南宏福煤业有限公司徐庄矿， 河南 荥阳 4 5 0 1 0 0 ) 摘要河南宏福煤业有限公司徐庄矿位于荥阳市崔庙镇徐庄村 ， 矿 井始建于 1 9 5 8年 ， 属 于衰老矿 井。原排水 系统为三级排水 ， 在 日常生产期 间东 一 2 4 0泵房及东 一 1 2 0泵房 需要 同时开泵， 造成极 大浪 费。计划改为二级排水并对泵房进行设计选型。 关键词排水 系统 ； 优化 ； 选型 ； 设计 中图分类号： T D 7 4 4 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 — 0 7 9 7 ( 2 0 1 4) 0 3 — 0 0 9 1 — 0 2 1 概况 2目的及意义 1 ． 1 矿井概况 河南宏福煤业有限公司徐庄矿位于荥阳市崔庙 镇徐庄村 。矿井始建 于 1 9 5 8年 ， 设计生产能力为 1 5 万 t ／ a ，核定生 产能 力 为 2 2万 t ／ a 。煤 层平 均厚 度 1 ． 1 5 m， 煤质 为无烟煤 ， 属低 沼煤层 ， 煤层 倾角 平均 1 5 0 。 ， 煤层无 自然发火和无煤尘爆炸危险。矿井采 用立井单水平上下山开拓 ， 中央对角式通风 ， 通风方 法为抽出式 。目前主要采区为东翼 1 1 采区。采用走 向长壁式采煤方法， 炮采陷落法管理顶板， 工作面采 用单体液压支柱支护 。 1 ． 2 排水 系统概况 矿井 主排 水 系统 由东 、西 一 2 4 0泵 房一 东 、 西 一 1 2 0泵房一中央泵房一地面 ， 三级排水。 矿井正常涌 水量为 4 4 4 mV h ， 最大涌水量为 1 3 3 2 m3 ／ h ， 采用中央立 井 集 中 排 水 。 (东 翼 ： 正 常 涌 水 量 ： Q】 l ⋯= 6 0 8 ／ 2 = 3 0 4 m ／ h ； 最 大 涌 水量 ： Q1 1 ,~= 3 Q1 1 = 9 1 2 m 3 ／ h 。) 中央泵房正常运行 2台泵 ，东 、西 一 1 2 0泵房 ， 东 、 西 一 2 4 0泵房各正常运行 1台泵。 中央泵房安装有 7台 MD 6 0 0 — 5 54型水泵 ， 综 合井筒 内布置有 4趟排水管路 ， 直径为 3 2 5 m m。 东翼 1 1采 区 一1 2 0 m泵房 和 一2 4 0 m泵 房均 安 装有 4台 D 4 5 0 — 6 04型水泵 ， 排水管路 2趟 ， 为 3 2 5 mm。 西 翼 1 2采 区 一1 2 0 m 泵 房 安 装 2 台 MD 6 0 0 — 5 54型和 1台 MD 4 5 0—6 04型水 泵 ； 西 翼 一2 4 0 m泵房安装 4台水泵 ，型号均为 MD 4 5 0— 6 04型水泵。 在 日常生 产期 间东 一 2 4 0泵房及东 一 1 2 0 m泵房 需要同时开泵 ， 造成极大浪费。现对徐庄矿排水系统 进行 了优化设计 ， 即将西翼和东翼在 一 2 4 0 m处沟通 ， 西翼 1 2采区涌水流入东翼 ，由东翼 一2 4 0 m泵房直 接排入 + 3 7中央泵房 ， 改为两级排水。 结合实际情况进行研究， 计划将东翼 1 1 采区涌 水 由东 一 2 4 0 m水 平泵 房直 排至 + 3 7 m 水平 中央泵 房 ， 由原来的三级排水 改为二级排水 ， 利用减少工作 水泵数量来降低能耗 。考虑到随着矿井向深处延伸 ， 开采期问涌水会逐渐增大 ，再结合现有水泵扬程过 小 ， 无法实现直排至中央泵房 ， 所 以要想实现二级排 水必须对我矿东 一 2 4 0水平泵房水泵进行选型设计 ， 并进行更换。 3 方案设计 为 了降能减耗 、 减少排水环节 、 提高排水效率 ， 对 1 1 采区排水系统进行改造。改造后矿井为三级排 水 ， 需优化为二级排水 。1 2采区排系统水 与 1 1 采排 水系统 区合并 ， 1 1采 区 、 l 2采 区排 水均 由 I 1采 区 一 2 4 0泵房排至 + 3 7中央泵房 ， 然后排 到地面 。合并 后 采 区 涌水 量 与 矿 井 涌 水 量相 同 ，正 常 涌 水 量 Q z = 4 4 4 m ／ h ，最 大 涌 水 量 Q = 1 3 3 2 m3 ／ h ，排 水 高 度 H g = 2 7 7 m， 排水管路总长度 L = 9 7 5 m。 3 ． 1 计算依据 正常涌水量 ： Q z = 4 4 4 m s ／ h 最大涌水量 Q m = 1 3 3 2 m3 ／ h 排水高度 H = 2 7 7 m 排水管路总长度 L ~ = 9 7 5 m 3 ． 2 排水设备的选择与计算 按照正常涌水量确 定排水设备所必需 的排水能 力 ： 正常涌水量时排水能力 ： Q1 = 1 ． 2Q z = 1 ． 24 4 4 = 5 3 2 ． 8 m S ／ h HI = K( H【，+ 5 ． 5 ) = 1 ． 1( 2 7 7 + 5 ． 5 ) = 3 1 0 ． 7 5 m( 扬 程 损失系数 K = I ． 1 ) 根据计算 初步选用水泵型号 为 MD 5 8 0 — 6 06 ， 额定流量 5 8 0 m ／ h， 单级扬程 6 0 m。 9l 煤矿 现代化 2 0 1 4 年第3 期 总第1 2 0 期 正常涌水量水泵台数 Z l= ~ -= 9 1 台 式 中： Q为 5 8 0 m ／ h 正常工作 l台水泵。 最大涌水量时排水能力 ： Q 2 = 1 ． 2Q m= i ． 2 X 1 3 3 2 = 1 5 9 8 ． 4 m 水 泵 台 数 z ： 争= = 2 ．7 5 台 根据计算结果 ， l台T作水泵 、 2台备用泵 ， 1台 检修泵。 正常涌水量期间水泵T作时间： T 丝姿 ： 丝 丝 ： 1 8 ．3 7 h Q 1 58 0 ‘ 确定排水管路直径及壁厚 ： 、／／ 丽 3 6 = 、 ／ = 0 ．3 2 m 排水管路选用标准管径 ： D g = 3 0 0 m m 8= 一 + ( ) ． 2 =0． 7 7c IT I 排水管路壁厚选用 8 mm。 排水管路实际流速 ： V { =4 x Q =4x 5 8 O x 1 = 2 ．28 m／ s 吸水管径为 D s = D g + 2 5 = 3 2 5 mm。 估算管路附件扬程损失 2 1 m， 管路扬程损失 5 m。 管路实际扬程损失为 ： H=Ha +Hs +2 0 +5 =2 7 7+2 1 +5 +2 =3 0 5m 根据计算扬程在选择水泵时应 比计算值 大 5 ％ ～ 8 ％ 。 H=3 0 5 1 ． 08 =3 2 9． 4m 水泵工况点。 ， 水泵级数 X a = ： = 5 ． 4 9级 选 用 6级 3 ． 3 根据计算 。 设备确定如下 ： 水 泵 4台，型号为 MD 5 8 0 — 6 06 ，配套电机 4 台， 9 0 0 k W， 1 台T作水泵 、 2台备用泵 ， 1台检修泵 。2 趟排水管路 ， 管路采用 3 2 58无缝钢管 。 l 1采 区原 一 2 4 0泵房安装 4台 D 4 5 0 ～ 6 04型 水 泵，改造后更换为 4台 M D 5 8 0 — 6 06型号水泵 ， 原 一 2 4 0泵房 变 电所长 2 8 m， 需要 扩修至 6 5 m， 扩修 1 程量为 3 7 m。 3 ． 4采区设计生产能力及服务年限、 储量 3 ． 4 ． 1 采 区设 计 生 产能 1 1 采区煤层分布稳定 ， 地质构造简单 ， 该 区为双 9 2 翼采区 ， 根据煤层赋存条件 ， 开采技术条件和建设单 位意见， 1 1 采 区的生产能力确定 为 0 ． 1 5 Mt ／ a 。 3 ． 4 ． 2服务 年 限 ( 1 ) 采区服务年限。 T = = 苦= 4 ．4 3 a 式 中： T为计算服务年限 ， 年 ； Z 为可采储量 ， 万 t ； A为年产量 ， 万 t ； K为储量备用系数 ， 取 1 - 3 。 ( 2 ) 工作制度 ： 按 矿井设计规范规定 ， 年T作 制 度 3 3 0 d ， 每 天三班作业 ， 每天净提升时间 1 6 h 。 3 ． 4 _ 3 储量计算结果 1 1采区一 煤储量计算平 面积 1 4 6 ． 4 8万 m 。 ， 地 质储量 2 1 4 ． 8万 t ， 可采储量 8 6 ． 3万 t ， 见表 l 。 表 1 采区储量计算 总表 煤 层范 同 粪 星 i 骜翥 蚕 煤层1 1 采 区2 1 4 ．8 8 91 2 3 ． 5 1 3 2 1 2 5 8 2 ．7 8 6 3 合计 2 1 4 ．8 8 91 2 3 5 I 3 ． 2 1 2 5 8 2 ．7 8 6 3 4结论 通 过 对 矿 井 排 水 系 统 优 化 ，西 翼 和 东 翼 在 一 2 4 0 m处 沟 通 ，西 翼 l 2采 区 涌 水 流 入 东翼 ， 由 一 2 4 0 m泵房直接排入 + 3 7中央泵房 。由原来东西两 翼三级排水改为东翼二级排水 ，五个泵房改为两个 泵房 ， 系统简单 ； 投入新泵 、 电机和更新东西两翼 电 机相 比， 投人减少 ； 优化后可以充分利用 一 2 4 0 m泵房 仓容进行避峰填谷排水 。解放 了西翼 l 0万 t 煤柱和 东翼 一 1 2 0 m泵房 3 ． 2万 t 煤 ，可以布置一个工作面 ， 弥补 了徐庄矿产能力不足 ， 为回采奠定了基础。 参考文献 ： [ 1 】叶方清， 徐得潜． 满广生． 输水管道优化设计方法研究【 J 1 _ 基 建优化， 2 0 0 1 ( 5 ) ． [ 2 】赵应华． 多通道供排水方式在矿井中的实践l J J ． 陕西煤炭， 2 0 1 l ( 3 ) ． [ 3 ] 张荣立 ， 何 国纬 ， 李铎． 采矿 工程设计 手册． 北京 ； 煤炭 工业 出版社 ． 2 0 0 3 ． 作者简介 ： 王 兆祥( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 河 南省鹤 壁人 ， 专科 学历 ， 汉族 ， 助 理工程师， 2 0 0 9年毕业于平顶山工业职业技术学院煤矿开采 专业 ，现在 河南能源化工集 团鹤 煤公 司河南宏福煤业 有限公 司徐庄矿掘 一队工作。 ( 收稿 日期： 2 0 1 4 — 3 — 2 6 )