矿井排水系统优化运行的控制系统设计分析

孔凡鹏 杨恭利 李亮

摘 要：矿井水害作为影响矿井安全运行的五大灾害之一，对矿井运行的安全性有重要影响。随着矿井生产能力、开采范围等变化，矿井排水系统需进行针对性的优化，从而更好满足矿井安全排水的需要。本文将某矿井排水系统作为研究对象，分析了矿井排水系统优化的必要性，并从几个方面对矿井排水系统进行了针对性优化，从工程应用实际表明，优化方案取得了较好的实践效果。

关键词：矿井排水系统；优化运行；控制系统；设计；分析

某矿设计生产能力为1.2Mt/a，立井开拓，主要开采3#、5#煤层。根据地质报告，矿井总体的水文地质条件相对简单，煤层的顶板、底板均为弱富含水层，矿井正常涌水量为480m3/h，最大涌水量为610m3/h。

1、矿井排水系统优化的必要性

1.1矿井泵房和水仓连接通道优化的必要性

在本矿井设计的过程中，根据《煤矿安全规程》中的相关规定，设计采用矿井泵房配水吸水立井，但是从该矿井实际运行的情况来看，若矿井出现了突水事故，随着水头高度的不断提升，当其超过了泵房地面高度后，要想实现通过闸门来控制整个水泵的排水量和闸阀配水量之间的达到相互匹配的效果是非常困难的，在这种情况下，若不对其进行优化，会出现两种情况，（1）泵房出现了配水过多的问题，导致矿井泵房出现进水；（2）泵房出现配水不足的问题，导致水泵连续排水功能受到限制，整体的操作性能较差。因此，针对这种情况，应当对该矿井的泵房和水仓连接通道进行针对性的优化设计。

1.2矿井排水系统排水能力不能满足矿井排水工作的实际需求

在本矿井试生产的过程中，在回采工作面开采到68m时，矿井涌水量出现了明显的增加，从50m3/h迅速增加到了300m3/h，同时，随着工作面的不断向前推进，矿井总体的涌水量出现了更为明显的增加，最大涌水量达到了700m3/h，已经明显超过矿井系统设计生产能力，导致矿井出现了停产，严重影响到矿井生产的连续性与安全性。

2、矿井排水系统优化方案设计

2.1针对矿井泵房和水仓连接通道优化设计方案

为了确保矿井泵房和水仓在实际使用的过程中，能够满足矿井水害的有效排出，需对矿井泵房和水仓的连接通道进行针对性的优化。考虑到矿井当前泵房和水仓的实际情况，对水仓与泵房之间的通道的具体联通方式进行了优化，将配水井的联通方式设计为斜巷联通，同时，在巷道中设计密闭门，若矿井出现了突水情况，可以将水仓和泵房之间的连接完全隔离。

通过上述方式对泵房和水仓之间的连接方式进行重新设计，在较多方面表现出明显的优势，整个矿井排水系统相对于先前在合理性、科学性方面有了较大的提升。

（1）巷道总体的布置方面更为简单，在具体施工时也更加容易进行。

（2）在矿井正常运行条件下，矿井的水仓和泵房之间的连接通道处于常闭的状态，若一旦矿井出现了水灾，在相互配件的共同作用下，整个泵房能够保持安全运行，从而确保了矿井排水系统的正常工作，整体的可操作性非常强。

（3）矿井水仓和泵房之间连接的密闭门处于常闭的情况，整个矿井的中央变电所、泵房的地面和井底车场的底板基本上处于同一标高，对于部分稍高的位置，可以设计增加门槛的方式来实现对水的有效阻隔，也就是说，一旦矿井出现了水害，在不需要技术人员进行操作的前提下，若水体在门槛的高度之下，本矿井的泵房就不会出现进水的情况，也就是构筑了坚实的第一道防线，同时，在本次设计中，将门槛的高度设计为0.5m，这对于整个矿井抗灾能力的提升是较为明显的。同时，随着原有设计中0.5m高度的降低，泵房在进行施工时，整个施工过程更为简单，水仓的标高也实现了下降，水仓的有效容积也实现了增加。在该种设计条件下，水仓和其他巷道之间的交叉施工问题也得到了较好的解决。

2.2矿井排水系统优化设计方案

在本矿井出现了涌水量明显增加而导致矿井停产之后，对工作面的顶板与底板进行了物探，根据得到的勘探结果可发现，煤层底板的寒武系灰岩水带在矿压和水压的共同作用下，导致底板出现了灰岩水突水，从而导致矿井涌水量明显增加，针对这种情况，虽然进行了注浆堵水，且进行了底板加固，但是从处理效果来看，并没有取得明显的效果，因此，需要对整个矿井的矿井排水系统进行针对性的优化设计。

（1）对布置情况进行了优化

首先是排水管路接入到矿井主井方案设计。排水管道只能布置在主井中，但是对管子如何进入到主井中，需进行设计，本次设计了两个方案：

方案1，管子道從清理撒煤硐室与箕斗装载硐室之间开口接入；

方案2：排水管子从-600m的水平进风石门中进入；

对比两个方案，可以得到方案2的主要优点主要表现在：其在主井井壁上不需要进行重新开口，较好的保证了整个井壁的完整性，但由于-600m水平进风石门在主井井筒的联接点较高，与主井底高差约62m，而泵房、变电所又不宜离主井太远，致使管子道的角度达45～60°，不能铺设轨道，这对于施工来讲是非常不利的，整体的工程量也非常大，所以，在进行具体优化时，本次应当选择方案1。

（2）矿井排水系统总体布置方案优化设计

根据矿井排水系统中管子道、变电所、泵房等具体的位置关系，设计了2个优化方案：

方案1：水仓入口选在现有水仓清仓绞车硐室处，内外水仓平行布置，与现有水仓成对称形式；泵房布置在主井南侧，与石门平行布置，与主井中心相距42.5m，泵房通道接入主井施工临时绕道；变电所位于泵房北端，与泵房成135°，通道接入乘人车场；管子道从主井北侧接入。

方案2：将矿井排水系统中水仓的入口位置设置在原清理撒煤硐室通道的交岔点的位置，将矿井排水系统的内水仓全部布置在砂岩当中，外水仓则需要穿过一段泥岩，水仓的多数需要布置在两层不同的砂岩当中，矿井的泵房设计在矿井主井的北侧，同时，在泵房的南侧布设矿井变电所，整个通道直接进入到矿井的临时入车绕道中，管子道在进行布设时，仍旧从主井北侧进行接入。

对比方案1、2，且根据矿井水仓当前的使用情况，若将矿井水仓设计到砂质泥岩、泥岩当中，将会给水仓的安全使用带来较大的隐患，整体的维护难度也会明显增加，相对的费用也较高。综合考虑上述两个方案，决定选择方案2作为本次优化设计的方案，这里主要考虑到需要确保矿井水仓的顶板和底板均留设有厚度超过1m的砂岩，同时将水仓的入口通道设计在垂直于石门的方向，与矿井主井中心的相距的距离为55m。内水仓在进行布置时，全部布置在砂岩层中，外水仓在进行布置时，首先穿过砂质泥岩层，约68m布置在28m宽的砂岩层中，再从33m宽的砂质泥岩穿回，同内水仓平行布置，接入吸水井。

除了对上述地点进行优化之外，在本次优化时还对矿井的排水系统的水分入口通道及泵房通道接入等位置进行了针对性的优化，取得了较好的优化效果。

3、结束语

通过在本矿井的排水系统中，采取上述针对性的优化设计方案，从矿井排水系统后期的实际运行情况来看，总体取得了非常好的排水效果，较好满足了矿井排水工作的实际需求，保证了矿井生产的安全性。

参考文献：

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[2]程建业.基于压力表和真空表读数特征诊断矿井主排水系统故障[J].煤炭工程，2012（10）：48-49+52.