矿井排水系统及其设备概述

【任务描述】

本课题主要对矿井排水系统、矿井排水设备、矿井主排水系统图等概念和基本知识做介绍。通过本课题的实施，使学生理解掌握采区排水、大巷排水、井底排水等矿井排水系统的内容；理解掌握水泵、水管和附件及配电装置等矿井主要排水设备的概念及对主要排水设备的要求；理解掌握矿井主排水系统图的主要内容及用途。

【知识学习】

在矿井建设、生产过程中，雨水、地表水、含水层水、断层水、老窑水等互相联系沟通，随时可能通过各种渠道涌入矿井。涌入矿井内的水统称矿井水。对于水采和水砂充填的矿井，矿井水还包括水采和水砂充填后的废水。

矿井水可造成顶板淋水，使巷道中空气的湿度增高，井巷围岩膨胀变形，支护困难，甚至导致矿井水灾，不仅影响劳动生产率的提高，且严重威胁井下作业人员的身体健康和人身安全。

为保证井下作业人员的人身安全、设备的正常运转和矿井的安全生产，为矿井建设、生产创造良好的工作条件和工作环境，需将矿井水及时排到地面。

一、矿井排水系统

1.采区排水

在采区上、下山巷道一侧设置永久水沟，在区段巷道一侧设置毛水沟。

上山采区、区段巷道为平巷时，一般均有5‰的流水坡度，采煤工作面及区段巷道内的积水可沿区段平巷内的水沟自流至采区上山；区段平巷起伏不平时，区段巷道低洼处的积水可采用小水泵排至采区上山。排至采区上山的积水可沿采区上山巷道内的水沟自流至下部主要运输大巷的水沟内，然后流入井底水仓内，再通过井下中央水泵房的水泵把水排到地面。

下山采区可在采区下山底部设置采区水仓和水泵房，采区各区段的积水由采区下山汇集到采区下山底部的水仓后，可用采区水泵房的水泵排至上部主要运输大巷的水沟。

2.大巷排水

主要运输大巷的一侧设有永久水沟，水沟向井底车场方向有3‰～5‰的下坡，汇集于主要运输大巷水沟内的水可自动流入井底车场的井底水仓中。

3.井底排水

一般矿井在井底车场均设有井下中央变电所、中央水泵房和井底水仓。井底水仓用于汇集全矿井的涌水，通常用配水沟和吸水小井与中央水泵房相连；中央水泵房又通过管子道与专用管子道或副井相连；专用管子道或副井内设置两趟以上的排水管路。在中央水泵房内设若干台水泵，水泵与排水管道相连，矿井水经水泵吸入加压后通过排水管道排到地面，完成排水任务，其排水过程如图6-12所示。矿井水沿运输大巷一侧的水沟自流到水仓1，后流入到水泵房4内的吸水小井2中，水泵运转后，将矿井水经排水管5排到地面。排到地面的矿井水再经过污水处理厂净化处理后，可作为地面消防或井下洒水房车及消防用水等工业用水。

井底水仓的容量，一般按能容纳8h的矿井正常涌水量考虑。若矿井最大涌水量与正常涌水量相差很大时，需对井底水仓进行专门设计。

图6-12 排水过程示意图

1—水仓 2—吸水小井 3—水泵 4—水泵房 5—排水管 6—管子道 7—井筒

中央水泵房一般设在副井井底车场附近，与中央变电所相通，以便向水泵提供电源。泵房和水仓的连接通道应设置可靠的控制闸门。

二、矿井排水设备

1.矿井涌水量

通常把单位时间内涌入矿井的水量称为涌水量，一般用单位时间涌水的体积表示，如80m³/h。不同的矿井位置、地形、水文地质、开采方法等，都对涌水量大小有影响。同一矿井在不同季节，涌水量也有区别，如雨季和融雪时期涌水较多。矿井开采期间，单位时间内流入矿井的水量称为矿井正常涌水量。正常情况下，矿井涌水量的高峰值称为矿井最大涌水量。矿井最大涌水量一般是正常涌水量的1.7倍左右。

目前，我国根据每小时涌入矿井水量Q值的大小不同，把矿井划分为以下类型。

1）涌水量小的矿井：Q＜100m³/h。

2）涌水量中等的矿井：Q=100～500m³/h。

3）涌水量大的矿井：Q=500～1000m³/h。

4）涌水量很大的矿井：Q＞1000m³/h。

2.矿井排水设备

排水设备是矿山必备的设备之一。为使排水设备安全、可靠、经济、合理地运行，确保矿井安全，必须按国家有关技术规定和设计规范选择排水设备及其布置方式，且在技术合理的前提下，应尽可能提高设备的装置效率和设备本身的完好率。

矿井排水设备包括水泵、水管和附件及配电装置。

（1）水泵 煤矿最常用的水泵是离心式水泵，如图6-13所示。它由外壳、泵轮、排水管和吸水管等组成。吸水管插在吸水井中，排水前应将泵体和吸水管灌满水，当电动机带动叶轮高速旋转时，叶轮的吸水口处呈负压，吸水井内的水在大气压力作用下进入水泵，水受叶轮离心力作用加压被甩到叶片四周，压入排水管内排出。

图6-13 离心式水泵原理示意图

1—外壳 2—泵轮 3—吸水管 4—排水管 5—逆止阀 6—闸阀 7—底阀 8—滤水器 9—充水漏斗

水泵每小时的排水能力称为流量（m³/h）；水泵排水的垂直高度称为扬程（m）。水泵的扬程决定于水泵的构造与叶轮的数目，一个叶轮称为一级，级数越多，扬程越高。矿井主水泵都是多级的，即把几个叶轮串联在一起，对水流串联加压，这时水泵的总扬程等于各个叶轮扬程之和。

（2）排水管道及附件 矿井排水用的管道有铸铁管、焊接管和无缝钢管等，直径一般为75～250mm，管道的附件有各种接管（三通、四通、弯头和异径管等）法兰盘和阀件等。阀件主要有底阀、闸阀和逆止阀等。逆止阀的作用是当水泵突然停止运转时（如突然停电），或者在未关闸阀的情况下停泵时，能自动关闭排水管，切断水流，防止排水管中的水猛烈倒入水泵，把泵轮击坏；底阀装在吸水管的底部，也是一个逆止阀，它的作用是当水泵灌水或停泵时，使水泵内和吸水管内的水不至于漏掉，它的外面装有一个滤水器，可防止杂物、硬块进入水泵；闸阀装在排水管上，用来打开或切断水路，并可调节排水量的大小和使水泵空载启动。

图6-14所示为设置3台水泵时水泵房内的管道布置。井筒内安设两趟排水管道1和2；每台水泵3（图中只画一台）分别连接于各自的接管4和吸水管5上；6为闸阀，7为逆止阀；用闸阀8可使水泵与任一趟管道相通；带闸阀9的接管10为放水管。

图6-14 水泵房内管道布置示意图

1、2—主排水管 3—主水泵 4—接管 5—吸水管 6、8、9—闸阀 7—逆止阀 10—放水管 11—吸水小井 12—底阀

3.对排水设备的要求

为确保矿井安全生产，主要排水设备应符合下列要求。

（1）水泵 必须有工作泵、备用泵和检修水泵。工作泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）；备用泵的能力不小于工作泵的70%，并且工作泵和备用泵的总能力应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。

（2）水管 必须有工作水管和备用水管，工作水管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。工作水管和备用水管的总能力，应能配合工作泵和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

（3）配电设备 应同工作泵、备用泵和检修水泵相适应，并能够满足同时开动工作泵和备用泵的要求。

有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。(www.xing528.com)

目前，我国煤矿在排水方面采用了许多新技术和新设备，如加大排水能力，采用水泵自动控制技术，采用大孔径直通式排水孔分散排水技术以及密封水泵房等，均取得了良好的效果。

三、矿井主排水系统图

矿井主排水系统图是反映井下中央水泵房水泵布置，排水管路规格和安设情况，水泵型号、扬程、流量、数量以及排水管路长度等矿井主排水系统要素的系统图，一般用示意图表示，如图6-15所示。

图6-15 矿井主排水系统示意图

1—副井 2—管子道 3—中央泵房 4—焊接钢管 5—副井水管 6—无缝钢管

1.矿井主排水系统图的主要内容

1）水泵布置，水泵型号、扬程、流量、数量。

2）排水管路、管道规格和长度。

3）矿井涌水量及水仓的容量等。

2.矿井主排水系统图的用途

1）了解矿井排水路线、排水设备及其排水能力，掌握井下排水情况，分析解决矿井排水问题。

2）便于检查排水设备、管路的布置是否合理，以便改进矿井排水工作。

3）作为井下排水、防水、处理水害的参考图样。

4）作为编制年度计划和远景规划的基础资料。

【任务考评】

本课题的考评表见表6-3。

表6-3 任务考评表

（续）

【思考与练习】

1.矿井水的危害有哪些？

2.简述采区排水、大巷排水、井底排水等矿井排水系统的内容。

3.矿井主要排水设备应符合哪些要求？

4.简述矿井主排水系统图的主要内容及用途。

【知识拓展】

《煤矿安全规程》对井下主要排水设备设施的相关规定

第二百七十八条 矿井应当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，确保矿井排水能力充足。

矿井井下排水设备应当满足矿井排水的要求。除正在检修的水泵外，应当有工作水泵和备用水泵。工作水泵的能力，应当能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应当不小于工作水泵能力的70%，检修水泵的能力应当不小于工作水泵能力的25%。工作和备用水泵的总能力，应当能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

排水管路应当有工作和备用水管。工作排水管路的能力，应当能配合工作水泵在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，应当能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

配电设备的能力应当与工作、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。

第二百七十九条 主要泵房至少有两个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房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。

第二百八十条 矿井主要水仓应当有主仓和副仓，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当能容纳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——矿井每小时正常涌水量（m³）。

采区水仓的有效容量应当能容纳4h的采区正常涌水量。

水仓进口处应当设置箅子。对水砂充填和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应当设置沉淀池。水仓的空仓容量应当经常保持在总容量的50%以上。

第二百八十一条 水泵、水管、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修一次，并对全部工作水泵和备用水泵进行一次联合排水试验，发现问题，及时处理。

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一次。

第二百八十二条 新建矿井揭露的水文地质条件比地质报告复杂的，应当进行水文地质补充勘探，及时查明水害隐患，采取可靠的安全防范措施。井下探放水应当采用专用钻机、由专业人员和专职探放水队伍进行施工。

第二百八十三条 井筒开凿到底后，井底附近必须设置具有一定能力的临时排水设施，保证临时变电所、临时水仓形成之前的施工安全。

第二百八十四条 井下采区、巷道有突水或者可能积水的，应当优先施工安装防、排水系统，并保证有足够的排水能力。