特大型立井井下给排水系统设计方案

摘要：随着我国煤矿企业开采技术的发展，井下给水排水系统不断趋于完善。但是许多特大型千米立井，由于其具有涌水量大，井下给水减压难度大，排水费用高等特点，普通的给水排水系统设计方案不能满足现实生产的要求。本文以济三煤矿为例，设计了井下给水排水以及井下水处理等相对独立的技术方案，不仅可以解决给水减压以及排水设备磨损等严重难题，同时也降低了工程的成本。

关键词：井下给水 井下排水 给水减压

引言

济三煤矿开采作业面是在-950米处，井口34米，平时的涌水量是410立方米/h，在井下煤壁注水和消防涌水量为1250立方米/吨，在井下-950米水平处设有水仓。根据这些数据表明，济三煤矿为特大型千米立井。常规的井下给水排水系统应用到济三煤矿，具有运行设备电费高、设备使用周期短、维修费用高、减压方式安全性差等缺点。本文所提出的设计方案为一种新的井下给水排水系统，着力于改进这些生产中的实际问题。

一、 煤矿企业中给排水系统的常规设计方案和问题

在通常的立井矿井下给水排水系统设计可分为三个部分，井下给水，井下排水和井下水处理。这三个部分是作为单项工程分开设计的，几乎没有什么关联和相互影响。常规的系统将井下的涌水释放到井下水仓，然后再用排水泵将水抽至地面，经过地面的水处理站进行处理，被处理后的达标水一是用于井下的生产系统，二是排放。地面的消防蓄水池通过静压管道输送到井下各个消防用水点，当工作面超过-400米时，要在中间设立减压阀或者减压水池。

济三煤矿由于是特大型千米立井，井深度接近-1000米，而且矿井用水量很大，它的开采工作面太深，涌水量也非常大，常规的井下排水给水系统不能满足特大千米立井的需要。如果在济三煤矿中使用常规的给水排水设计方案会存在以下几个问题：

（ 1）特大型千米立井，矿井涌水量大，扬程很高，不考虑回送到井下生产利用的费用的话，竟是全部外排，每年在排水上所消耗的电费就将近1300万元。

（ 2）由于千米立井的扬程很高，在矿井涌水中像煤尘和岩尘等大颗粒对排水水泵的叶轮磨损严重，大大的缩短了水泵的使用周期，提高了维修费用。

（3）济三煤矿的矿井的表土层比较厚，如果在矿井中安设减压水池，需要在中间开凿硐室，所以有较大的施工难度，就目前来说，在矿井中设立中间减压池，管理不是很便利，安全性也得不到保障。

我们依据设计规范的要求，济三煤矿的矿井必须要设置静压减压设备，在常规的给水排水系统中，减压阀和中间减压水池为常用的减压方式。目前来说，最好的减压阀的最大的承受能力也仅仅为4 MPa。济三煤矿的矿井如果按照常规的给水方式来设计的话，地面的消防蓄水池通过静压管道输送到井下各个消防用水点，在接近千米的工作面，静压就要达到10MPa。所以即使是最好的减压阀也不能满足济三煤矿的矿井的给水需求。在实际生产中，减压阀也会应用在部分静压大于4MPa煤矿，但是减压阀的工作情况不是很乐观，经常出现问题，这样一来就大大的增加了安全隐患。综合以上几点问题，减压阀和中间减压池对于济三煤矿的矿井的给水来说都不是很适用。

二、济三煤矿井下给水排水系统设计方案

济三煤矿的矿井的排水给水系统如果按照常规来设计的话，在现实生产中有很多问题难以得到圆满的解决，所以我们把井下给水排水和水处理三个系统来整合起来，作为一个整体来考虑。该方案设计上的一个关键点就是，改善井下排水的水质的同时还要为井下提供充足的生产用水，将济三煤矿的矿井的水处理机制安设到井下。井下涌水中的大悬浮颗粒全部在井下水处理设备中进行预处理。预处理的水有两部分用途，一部分是通过井下水处理设备对水质进行深度处理，然后提供给井下消防和生产。另外一部分由排水泵抽到井上的水处理站进行处理，检验合格后或者排放或者提供给地面生产。

经过井下矿井水处理设备预处理后SS为240～ 480 mg/L， PH为7.2-8.4，CODcr为435-826mg/L，根据《煤矿井下消防、洒水设计规范》（ GB 50383-2006）的规定“1井下消防洒水水质标准为：SS不超过30立方米/H，悬浮物粒径不大于0.3 mm， PH为6.5-8 ，大肠杆菌群不超过3个/L，根据井下生产和消防需要，生产和消防用水量为1200立方米/D。设计矿井井下水处理量为230 立方米/H。”通过对水质试验结果认定和对类似系统的比对，该系统的矿井水处理系统应用主要有以下几点技术：

（1）旋流反应。旋流反应是通过孔室反应池来完成的。该池是由四角被抹成圆弧形的许多方格组成，这样做是为了避免出现死角。由6-11格组成，格数是根据矿井用水量来决定的。12个孔室串联起来组成一个反应池，其尺寸12.5m x3.2m，7.6m x6.5m，孔室的尺寸为1.65 m x 1.65 m，每个孔室相同，总容积为145.6立方米。

（2）斜管沉淀。斜管沉淀池的清水区上升流速2.9mm /s，颗粒沉积速度为0.5 mm/s，布水区和清水区的高度分别为1.6M和1.3M，超高0.25 mm，六角形玻璃钢斜管臂厚度为0.35MM，边距29MM，水平倾角60度，气斜管长1m，垂直高度870 mm。我们将旋流反应池于斜管沉淀池联合在一起，为了己形成的絮凝颗粒在经过连接管时被水流打散。

（3）压滤成型。泥浆泵将污泥从调节池中打入浓缩池，该浓缩池的容积为230立方米，经过浓缩后，泥浆的含水量大大降低，从原来的94%-96%下降到现在的59%-78%。浓缩的时间是以地面的洗煤数据为依据，设定为9小时。渣浆泵将浓缩后的煤泥打入压滤机，经过压滤成型的煤泥运走处理。矿井内的加压泵将处理后的矿井水通过供水网络提供给生产消防等地点。

三、济三煤矿井下给水排水系统实施效果

1、混凝沉淀预处理的设计把进入水仓的煤矿井涌水进行了预处理，去除了大部分的悬浮颗粒，所以很大程度上改善了井下水仓的水质量。这样依赖大大的延长的清理水仓的周期，从而降低了清理水仓的成本和劳动强度。

2、该系统的设计使得应用在井下排水上的动力消耗大大的的降低了，约为18%。这是因为该系统将部分水提供给井下生产，所以每天正常的外排水量降低1200立方米。

3、利用该系统处理过的水质很好，那些像岩粉盒煤尘等大颗粒得以去除，排水设备的磨损率也大大降低了，同时也延长了排水设备的使用寿命，维修成本也得到了很好的控制。

4、在地面的静压供水所往往存在降压的问题，该系统的设计解决了这一难题，在该系统中，井下动压给水设备提供井下用水，在实际生产中，动压设备根据实际需求设定给水压力，所以大大的提高了给水的可靠性和安全性。

5、该系统在井下设立了水处理构筑物，所以大幅度的缩小了地面煤矿水处理站的规模，犹豫污泥量的减少，所以对地面环境也极大程度的进行了改善。

6、该系统能有效的改善矿山的经济效益，虽然大部分水处理设施安排在井下，这样安装成本和设备投资都比较高，比传统的中间降压水箱方案的总投资增加了130万元，但是该系统的设计能大幅度的减少维修费用和排水能耗，所以运行成本每年可节省150万元，所以投资是有很大的回报。

四、结束语

通过对济三煤矿井下给水排水系统生产实际进行调研考证，我们看出，该矿井下给水排水系统整体得到了很大的改善。不但提高了井下水仓的水质量，延长了设备的使用寿命，降低了能耗，也提高了给水排水系统的可靠性和安全性，同时还提升了煤矿生产的经济效益。

参考文献：

1. 冯伟，王庚. 井下排水系统的自动化实现 [J]. 煤炭技术. 2011年09期

2. 苏夏收. 木瓜井田淤地坝下采煤安全性研究 [J]. 煤炭技术. 2009年01期 科技. 2008年06期