王家塔煤矿供排水系统优化改造.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 1 年第5 期 总第1 0 4 期 王家塔煤矿供排水系统优化改造 韩 亮 ，- ， 师 相 ，- ， 谢金富 ， 李红江 ( 1 北京天地华泰采矿工程技术有限公司。 北京 1 0 0 0 1 3 ； 2 新能矿业王家塔煤矿项目部。内蒙古 鄂尔多斯 0 1 7 0 0 0 ； 3 北京宝地益联地质勘查工程技术有限公司 ， 北 京 1 0 0 0 1 1 ) 摘要作为一个新成立不久的项目部， 王家塔煤矿在试生产期间的供排水系统还不 完善， 从供水的水压、 水质及供水量上， 矿井整个排水系统的布置上， 都不甚合理。通过布置 双回路的供排水管路， 将管路系统蝶阀改为闸阀并增加闸阀数量， 管路沿线增加过滤器， 工 作面加装增压泵及排水系统的相应改造 ， 极大地减少 了因供水系统问题而影响生产的时间， 使整个矿井的生产达到一个预期 的目标。 关键词供排水； 水压 ； 水质； 水量； 排水效果 中图分类号 ： T D 9 2 8 6 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 0 7 9 7 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 0 8 0 4 煤矿生产中不仅需要从地面将水送至井下用于 消防洒水、 降尘喷雾、 冷却降温等方面， 同时还要把生 产过程中产生 的污水排至地面。 这一循环往复的过程 需要耗费大量的人力、 物力和财力， 却往往由于水压， 水质和供水量不过关而达不到预期 的效果 ， 从而限制 矿井的正常生产， 甚至损坏设备； 相应的， 生产中的涌 水 以及设备产生的污水若不能及时排 出， 同样会制约 生产， 严重的还会威胁井下职工的生命安全。 因此， 高 效、 合理的供、 排水系统是一个矿井正常生产的保证， 是维系全矿井安全生产的前提。 1 原供 、 排水系统简介 王家塔煤矿 3 1 0 1 回采工作面为全矿首采工作 面 ， 布置 在 3 1煤层 中， 区域 煤层赋存 较缓 ， 倾 角在 1 。一 5 。左右 ， 浅埋 煤层 ， 深 2 5 0 m， 斜井 开拓 。 目前 整个矿井 的供 、 排水 系统分别为 ： 1 1 供水系统 地 面水池 ( 2 1 9 m m6 m) 一 主斜井井筒 ( 2 1 9 m m 6 m ) 一行人联络巷 ( 2 1 9 m m 6 m) 一胶运大 巷 ( 1 5 9 m m6 m ) - - 3 1 0 1 综采工作面胶运顺槽 ( 1 0 8 mm6 m) 和 回风顺槽( 1 0 8 m I n6 m卜 3 1 0 1 综采工作面 。见图 1 。 图 1 原矿井供 水 系统 采区使用的机电设备对冷却水压力的要求通常 不大于 3 MP a ， 而且压力过大亦会造成水资源的浪费， 因此合适的供水压力一般在 1 5 2 5 M P a 。上述两趟 供水管路 自然水压 即达 2 4 M P a ， 符合供水压力要求。 1 2 排水 系统 综采工作面一3 1 O l 胶 运顺槽 ( 1 5 9 ra m6 m) 和 3 1 0 1回风顺槽 ( 1 5 9 m m x 6 m) 一辅 运 大巷 ( 水 沟) 一中央水仓一中央水泵房一管子道( 2 1 9 m m 6 m) 主斜井 ( 2 1 9 m m6 m) 地面污水处理站 。 见图 2 。 图 2原矿井排 水 系统 2 原系统存在的问题 2 1 无法保证 系统的可靠运行 ( 1 ) 原设计方案 中只布置 了一路从 主斜井通往 井下的供水管路 ，一方面加大了主斜井供水的压 力 ， 同时也降低 了整个 矿井供 水的可靠 性 ， 尤其 是 试 生产初期 ， 供水管路 沿线 的阀 门、 接头开焊 等事 故频繁发生， 导致因管路检修而使综采工作面及掘 进迎头供水 不足 ， 严重影 响综采工作 面及各个 掘进 迎头正常生产。从 而制约 了整个矿井 的正常生产及 各掘进工作面的正常接续。 ( 2 ) 实际生产过程中发现矿井的真实涌水量比 设计初期的涌水量要大( 每天多 l O O m ， ) ， 这样一路 排水管路并不能满足矿井 的排水需求。同时考虑到 矿井的突发性涌水等特殊情况 ， 一路排水管路并不 可靠 。 2 2 无法 中止管路事故的扩大 8 煤矿现代化 2 0 1 1 年第5 期 总第1 0 4 期 原设计 方案 中对于管 路沿线 阀 门的选取 最初 考虑使用蝶 阀，分别在供水沿线主斜井皮带机头 、 行人联络巷与胶运 大巷交叉 点以及 3 1 0 1胶运顺槽 机头各安装一个 。 相对 于其他种 类 的阀 门 ，蝶 阀压力 损失 比较 大 ， 适用于压力损失要求不严的管路系统 中。蝶 阀 仅旋转 9 0 。 就能开启或关闭 ，适用 于启 闭要求快 的 场合 。然而 ， 蝶阀的密封性能不尽如人意 ， 并且 承压 性能不够稳定 。 在供水管路的改造中由于另加了一趟 1 5 9 m m 供水管路， 主斜井与副斜井的两趟供水管分别与其串 联在一起 ， 供水压力必然会有所增加 ， 针对这种情况 ， 蝶 阀的优势难以发挥 。另一方面 ， 由于在矿井生产初 期 ，供水管路沿线的阀门 、接头开焊等事故频 繁发 生 ， 当事故发生时， 需要在第一时间将损坏管路截 流 ， 以避免水资源的浪费。蝶阀关 闭时 ， 管路 中的水 压 瞬间增大 ， 蝶 阀不能完全阻止水流 ， 漏液严重 。整 个 供水管路 沿线 的阀门较少 ， 距 离胶远 ， 出现漏 水 事故时 ， 事故 往往不 能及 时得 到有效 的控制 ， 且 波 及范围较大 ， 不利于矿井 的正常生产 。 2 3 无法避免设备的非正常损耗 矿井设备对供水系统的水质要求较高 ，特别是 综采工作面的某些机电设备 ， 例如刮板运输机充液式 液力偶合器的电磁阀 、 液压支架 电液控系统等高精度 元件 ， 往往会 因为供水管路 中的杂质导致这些机电设 备堵塞 ， 甚至损坏 。王家塔煤矿试生产初期 ， 由于没 有对管路 中的水质进行严格 的控制 ， 致使 上述机 电 设备频频 出现问题 ， 严重制 约了矿井的正常生产。 2 4 无法为生产提供有力的保障 矿井的 自然供水压力 可以满足一般巷道的消防 洒水及喷雾降尘， 却无法满足工作面生产设备诸如采 煤机的冷却喷雾、 运输机充液式液力偶合器所需的压 力要求 ， 这就导致采煤机的冷却 系统常常无法正常工 作 ， 设备温度较高 ， 损坏频繁 ， 运输机液力偶合器经常 充液 、 排液超 时。无法保证工作面的正常生产。 2 5 无法及时排水 矿井在开采过程 中发现工作 面淋水普遍较 大 ， 工作面没有合理的排水设施 ， 导致积水较多 ， 开采出 的煤炭随着水流被刮板输送机一起转移至顺槽皮带 ， 混入煤流系统。 一方面， 工作面的水不能及时排出， 严 重影响了煤质； 另一方面， 混入煤流系统的积水与淤 煤一起最终被拉至井底煤仓。当开动给煤机放煤时， 这部分水煤浆便流入主斜井井底 ， 由于主斜井井底是 目 前矿井的最低点， 日积月累， 这部分水煤浆无法排 出， 导致主斜井井底被严重堵塞 ， 人工清淤不便 ， 给 井底设备 的安装 及维护带来 了极大 的困难。 9 同时 ， 巷道顶板淋水及工作面刮板输送 机带 出 的积水流人两 个顺槽 ， 致使巷 道积水严 重 ， 不 仅影 响车辆 的正 常运输及行人 ， 还破坏 了巷道整 体文 明 形象 。 3 优化改造构想及实施方案 3 1 双回路保证 系统可靠运行 在主斜井布置第二路 1 5 9 m m供水管， 同时在 副斜井至辅运大巷布置一路 1 5 9 mm供水管 。 将主 斜井的第二路 1 5 9 m m供水管分别与胶运大巷原 有的 中2 1 9 m m供水管及辅运大巷的 1 5 9 m m供水 管串联， 保证两供水管路的可靠性。同时将辅运大巷 的供水管分出一支至 3 1 0 1 胶运顺槽 ，形成综采工作 面的备用供水管路，共同保证 3 1 0 1 工作面的供水可 靠性 。若其中一趟管路出现问题 ， 可以迅速倒至另一 趟管路进行供水， 以保障工作面的不间断生产。 出于运行成本及井下安全考虑 ， 煤矿安全规 程规定 ，煤矿井下供水的最大压力不得 大于 4 M P a 。供水压力来 源于井 口水 的势能静压 ， 当串联 一 路新供水管路时供水压力势必会超过 4 M P a ， 这 就有可能因管路水压力过高而使机电设备爆裂。出 于此 ，在第二路 1 5 9 m m供水管转人平巷处加装 减压 阀用于调整管路压力 至合适 区间 ， 保证两 趟供 水管都有足够 的压力和流量 。见图 3 。 图 3 改造 后的双 回路供水 系统 为了保证 回风大巷的排水可靠性 ，自风井底处 至 回风大巷 、 行人联络巷至主斜井管子道 口处 ， 敷设 了一路 1 5 9 m m 的排水管路 ，与主斜井 2 1 9 mm 的排水管的串联 。 3 2 改造扩充阀门使事故得到有效控制 鉴于王家塔煤矿供水管路需要稳定的流量， 管 路沿线蝶阀的优势难以充分发挥。闸阀具有简单、 易操作的优点 ， 可以快速截断水流 ， 且密封性 、 承压 性能 良好 ， 适用于本矿井 的供水系统 。 在 本次优化 改造 中 ，将 原有 的蝶 阀更换 为 闸 阀 ， 在新增设 的管路 中亦全 部改为 闸 阀控制 ， 同时 增加 了管路沿线 闸阀的数量 。分别在主斜井与行人 煤矿 现代化 2 0 1 1 年第5 期 总第1 0 4 期 联络巷交 汇处 、 胶运大巷机尾 、 辅 运大巷与 3 1 0 1 胶 运顺槽交汇处等地增设闸阀。事故发生时 ， 可以迅 速将事故地点附近的闸阀关闭， 避免了水资源的流 失， 同时也使事故得到快速有效的控制。 3 3 加装反冲洗过滤器 矿井供水取 自地 面污水处 理站 ， 经过处理 的污 水其水质情况尚无法满足综采工作面的某些机电 设备 。考虑到这种情况 ， 特在 3 1 0 1 胶运顺槽机头加 装 了第一道 D 6 5 m m 的过滤器 ，对通 往工作面 的供 水管路中水质进行初步过滤； 同时在工作面设备列 车 的清水泵之后 ， 加装 了两套 在线反冲洗精密过 滤 器 ( 设计 压力 1 6 MP a ， 设计 流量 5 0 t h， 过 滤精 度 l 0 m， 进水浊度 5 0 N T U， 出水浊度 5 N T U) ， 进一 步 净化水质 ， 把水质控制到低于 l 0 m的精度。大大 缩小了因为供水水质而影 响生产 的时间 。 3 4 加装工作面增压泵 根据矿井综采工作面机 电设备对供水系统压 力的要求 ，自然水压显然无法满足采煤机冷却系 统、 刮板运输机充液式液力偶合器的要求。针对这 种情况 ， 在综采工作面设备列车上加装三台清水泵 ( B P W 3 2 0 1 0 k m， 工程压力 1 0 M P a ) ， 其中一台用于给 采煤机 的冷却喷雾供 液 ， 一 台用 于给刮板 运输机 的 充液式 液力偶 合器供 液 ， 另外 一 台备用 ， 增加 了设 备可靠性 ， 保证了工作面的正常生产。 3 5 改造排水 系统 、 增加水沟 针对综采工作面顶板淋水较大 ，排水困难， 在 工作面架前低洼点出安装排水设备， 将水直接排至 3 1 0 1 胶运顺槽 ， 工作 面刮板输送机机尾带 出的水流 排至 3 1 0 1回风顺槽 。在两个顺槽 的行人侧 ，挖 出 3 0 0 mm3 0 0 mm排水沟 ，巷道 中的积水可以汇集至 排水沟， 依靠 自 重 ， 排水沟的水流集中到巷道低洼点， 在低洼点设 置储水的泵 窝 ，再利用 1 5 k W 的排 水泵 集 中排 至胶运 大巷或 辅运 大巷 ，最 终流 至 中央水 仓 。 对于主斜井井底从工作面带出的水煤浆清理困 难 的状况 ，在 主斜井井底设计 了 5个 2 m1 5 m 1 5 m( 长 宽 高 ) 的沉淀池和一个排水池 ， 利用煤矿 用耐磨多级离心泵( 型号 MD8 5 4 57 ； 流量 8 5 m 3 h ； 扬程 3 1 5 m) 将积水排至辅运大巷排水沟 ， 自流到 中央 水仓。 中央水仓沉积的煤泥和积水 ， 利用现有的排水 设备 无法将其 清理 干净 ， 针 对这种 情况 ， 增 设清仓 机( 型号 M Q C 一 7 5 ) ， 可以使水煤浆通过 1 0 8 m m的 排水管排到压滤器( x M z l O 0 1 0 0 0 一 u) ， 通过压虑机 将煤泥中的水煤分离，使水仓的清理达到机械化， 简洁 、 方便 。 4 优 化 改造后效 益评 估 4 1 水质对 比 通过使用供水管路沿线增加的清水过滤器 ， 大 大缩小了因为水质而影响生产 的时间。 据统计在未安 装过滤器之前，原有的生产班平均每班影响 2 次， 每 次的影响时间约为 2 5 m i n ， 安装过 滤器之后 ， 基本 可 以保证两个班的正常生产 ，不会因为水质而影响生 产 。 这 样 每 个 月 共 计 可 以 减 少 影 响 时 间 5 0 h ( 1 0 0 mi n3 0 = 5 0 h ) ， 大约可 以多出煤 6 2 5万 t ， 按 照 目前 1 8 5元 t 的价格计算 ，可以为项 目部 带来 1 1 5 6 2 5 万元的经济效益。 此外， 水质的提高也保证了 机电设备的正常运转， 减少了因设备堵塞而带来的一 系列故障， 避免了设备的非正常损耗， 也减少了设备 配件 的投入。 4 2 水压对比 通过增加双回路供水管路及工作面加压泵( 冷 却喷雾泵 ) ， 一方面保证了综采及综掘工作面供水压 力的稳定 ， 基本上杜绝 了因某处供水管路漏水而导致 的工作面供水压力不足无法生产； 另一方面， 综采工 作面设备所需的供水压力也得到了满足， 相应的减少 了影响正常生产的时间。 系统改造前 因为管路供水压 力不足而影响的时间每天大约为 3 0 rai n ， 系统改造后 每月可以减少影响生产时间 1 5 h 。 4 3 水量对 比 通过增加副斜井和主斜井的 1 5 9 m m供水管 路 ， 使整个矿井的供水系统更加趋于完善 ， 一方面 煤矿安全规程 规定矿井要有两路供水防尘管路 ； 另一方 面 ，新增 的主斜井 1 5 9 m m供水管路保证 了整个供水系统具有稳定的供水量， 当某一路供水 管路 出现 漏 水 或 其 他 事 故 时 ，通 过 改 变 主 斜 井 1 5 9 m m供水管路 的降压 阀， 从而使分支管路 的水 压 维持在正常状 态 ， 同时使分支 管路 的供水 流量控 制在 一个 合理 的区问 ，保 证供 水系统的稳定 性 、 可 靠性 。最终保证矿井的正常生产 。 4 4 排水效果对 比 顺 槽巷 道排水 沟的应用 充分利 用 了水 流 的 自 重 ， 通过汇集在巷道 中低洼点处的泵窝集 中将巷道积 水排 出， 即减少 了排水管路 的敷设 ， 也提高了排水 的 效率， 保证了排水系统的持续性和可靠性， 大大改善 了工作面和巷道的工程质量和形象， 也提高了回采工 作面的原煤质量 ， 间接保证了原煤 的正常生产。 通过主斜井及中央水仓清淤装置的启用 ， 使水 煤浆的分离与排出成为现实 ， 不仅完善了整个矿井 的排水系统 ， 同时也大大减轻 了工人 的劳动作业 强 度 ， 提升了清淤时间及清淤效率 ， 为整个矿井创造 l 0 煤矿 现代化 2 0 1 1 年第5 期 总第1 0 4 期 石台煤矿沿空掘巷煤锚支护技术应用 任忠浩 。 张 峰 ( 淮北矿业集团 石台煤矿。安徽 淮北 2 3 5 0 5 3 ) 摘要 石台煤矿在 3 1 8工作面试用沿空掘巷煤锚支护技术取得 成功 ，有效控地制 了围岩变形， 实现快速掘进， 实践证明， 在该矿现有的地质条件下采用沿空掘巷煤锚支护技 术是安全可行的。 关键词 沿空掘巷； 煤锚支护 中图分类号 ： T D 3 5 3 + 6 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 9 0 7 9 7 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 1 l 一 0 2 石台煤矿隶属闸河煤 田， 是一座年产 1 5 0万 t 的 大型矿井 ，立井暗斜井多水平开拓 ，长壁采煤法 ， 炮 采、 综采工艺， 主采 3 样煤层， 结构简单， 复合型顶板。 3 l 8工作面位于 1 采区中部 ，煤厚 3 24 2 m， 平 均 3 6 m， 煤层倾角 5 。 1 2 。 ， 平均 8 。 ， 煤层硬度系 数 1 5 2 0 ， 直接顶为浅灰色粉砂岩， 次为块状泥岩， 平均厚度 1 1 6 m， 老顶为浅灰色至白色细、 粉砂岩 ， 平 均厚度 5 9 m， 直接底为泥岩至浅灰色粉砂岩 ， 平均厚 度 2 4 1 m， 老底为灰 白色至浅灰色细砂 岩 ， 平均厚度 8 0 m。该 区域煤层赋存稳定 ， 煤层上部局部受岩浆岩 侵蚀， 岩浆岩和天然焦厚 0 1 1 6 m， 侵蚀区煤层最薄 为 1 0 m，3 l 8 工作面上为 3 1 6 工作面采空区， 下 为3 1 1 0 工作面采空区。 3 1 8 工作面采用轻型放顶 煤综采工艺 ， 根据工作 面支架安装 、 生产要求及支护 特点 ， 机巷 、 风巷断面均设计为矩形 ， 规格 ： 净宽 净 高 = 3 2 0 0 mm2 4 0 0 m m。 1 主要 内容 煤巷支护传统方式为 1 1 # 矿用工字钢梯形棚， 支 护效果差 ， 变形量大 ， 变形速度快 ， 尤其是 回采期 间 ， 受工作面超前支承应力影响严重， 工字钢断裂、 挡板 崩飞等事故频出 ， 且工字钢 回收困难 ， 安全威胁大。 通 过编制 出新型“ 锚带网” 煤巷锚杆联合支护设计及施 工技术措施 ， 并进行 了试验研究 ， 取得 了较为满意 的 效果， 实现了安全生产 ， 创造了良好的经济效益。 1 1 区段小煤墙 留设尺寸 利用 回采工作面侧支承压力分布规律 ， 我矿 回采 巷道采用区段间留小煤墙沿空掘巷方式布置 。 小煤墙 留设宽度成为沿空掘巷煤锚支护技术的关键 ， 若留设 过宽 ， 则增加 区段煤柱损失 ， 且有可能避不开侧支承 压力峰值区， 若留设过窄， 则煤墙破裂解体， 锚杆锚固 效果差 ， 支护强度降低 。 小煤墙留设宽度参考计算公式： B = k( X 1 + x 9 式中x 一锚杆深入煤体 的深度 ， 取 1 5 m； x 一相邻区段采空区矸石隔离带宽度， 取 1 O m； k 一富余系数 ， 取 1 2 。 B =I 5 +1 0 + 0 5 = 3 0 f m) 了极大地经济效益。 5 结语 王家塔煤矿供排水系统的优化改造从矿井水 质 ， 水压 ， 供水 量及排 水效果这 四个方 面对最终 的 供排水 系统进行 了评估 。事实证 明 ， 本次 的优化改 造是成功的， 对于王家塔煤矿的生产有着显著地意 义 ， 对于王家 塔煤矿 尽早实 现达产 、 稳 产有着 不可 估量 的作用 。 参考文献 1 】 国 家安 全 生 产监督 管 理 总局 煤矿 安 全规 程 2 0 1 0版 北京 ： 煤炭工业 出版社， 2 0 1 0 2 马强， 孟荣艳 井下生产供水 系统改造 J 1 煤矿机 电， 2 0 0 8第 3期( 1 1 2 1 1 3 ) 3 夏彬 ，张安宁煤矿 井下供水 系统方案优化探讨 1 1 【 J 1 煤矿安全， 2 0 0 7年 9月( 6 3 6 5 ) 【 4 王起宏 矿井供排水系统的优化 J 矿业科学技 术， 2 0 0 1 第 2 3期( 3 5 ) 【 5 叶方清等 输水管道优化设计方法研究 J 基建 优化， 2 0 0 1第 5期 ( 4 4 4 6 ) 6 中煤 国际华宇设计 院 王 家塔 煤矿设计说 明书 2 oo 8 作者简介 韩亮， 男， ( 1 9 8 5 一 ) ， 山西太原人 ， 硕士研 究生， 毕 业于中国矿业大学( 北京) ， 现工作单位为中国煤炭科 工集团北京天地华泰采矿工程技术有限公司， 主要从 事煤矿开采、 岩石破碎与工程爆破， 露天矿爆破的相 关研 究 ( 收稿 日期： 2 0 1 1 - 7 2 7 )