段文權(quán)，逄銘璋，夏長念

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

1 前言

礦山排水是礦山建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一，設(shè)計時需要考慮礦山實際情況。如三山島金礦礦體位于海底之下，地下涌水突出，設(shè)計采用常規(guī)離心泵進行排水，從而克服潛水泵在泥沙量較大的情況下容易發(fā)生故障、后期維護成本極高的弱點[1]。此外，何曉文[2]為了解決羅河鐵礦地下礦山井底車場水溝淤泥堵塞、生產(chǎn)水平積水、積泥嚴重等問題，采用了主運輸水平為基本面，主進風水平為排水載體，各開拓采準水平保持平行的全自流排水新方法。

馬坑鐵礦涌水量大、水文地質(zhì)條件復雜、有突然涌水可能，因此，以現(xiàn)有的排水系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過方案選擇、設(shè)備選型及相關(guān)配套設(shè)施、工程和運行費用等的詳細論證，得出了適合馬坑鐵礦的最優(yōu)排水改造方案[3]。廖瑞團和陳瑞[3]針對廣西龍勝上朗滑石礦露天采場的實際情況，結(jié)合原來的設(shè)計方案、礦區(qū)地形情況和原有的井下開采井巷，對排水方案進行了優(yōu)化。

金屬地下礦山排水方案在地表地形條件許可情況下，盡量采用無機械化的自流排水，但是對于礦體賦存較深、地表地形條件不利于實現(xiàn)自流排水的井下礦山，只能采用機械化揚升排水，機械化揚升排水主要是在井下設(shè)立水泵房將井下水揚升至地表。機械化排水在礦床垂直方向上，又可以分為一段直接排水方式和接力排水方式。一段直接排水方式通常將水泵房建設(shè)在開采范圍內(nèi)的最低開采水平。接力排水方式采用分段接力排水，在礦床垂直方向上設(shè)兩個或兩個以上的水泵房。對于采用機械化揚升排水方式的井下多中段同時開采的礦山而言，

垂直方向上采用直接排水還是接力排水系統(tǒng)，需要針對礦山特定條件進行分析，同時通過詳細技術(shù)經(jīng)濟比較后方能確定。

2 直接排水和接力排水方式優(yōu)缺點

通常情況下，直接排水方案適合于礦井開采水平不多，下部水平涌水量大于上部水平涌水量的礦井，通過設(shè)置在最低水平的水泵房一次將水排至地表。接力排水方案適合于礦井深、排水高度超出水泵合理揚程的礦井和上部水平涌水量大、下部涌水量很小的礦井，接力排水方案采用兩個或兩個以上水平設(shè)置水泵房的方式進行分段接力排水。

采用一段直接排水，系統(tǒng)簡單、管理人員少、管理較簡單、總的開拓工程量小，基建投資和人員管理費用低，但上部水平的水要通過鉆孔流到下部水平再排出，增加了電耗。

分段排水方案排水設(shè)施布置比較靈活，總的排水電耗比較低，但是由于每段水泵房都需要設(shè)置備用水泵，總的水泵數(shù)量一般情況下比較多，每段都需要設(shè)置雙水倉，水倉和水泵連接處以及水倉入口會損失部分有效水倉容積，增加了總的水倉工程量，每段泵房獨立運行，互不影響，生產(chǎn)期間上部泵房出現(xiàn)問題，下部泵房能起到補充作用。

3 排水方案選擇

3.1 項目簡述

某金屬礦山水文地質(zhì)條件中等，采用充填法進行回采，地表無大的水體。地表為低矮丘陵地形，地表標高約+100m，礦體賦存標高為-200～-600m，礦體沿走向長度約2.0km，以-400m為界分為上、下部，上、下部同時進行回采。通過水文地質(zhì)估算，井下正常涌水量為6 550m3/d，最大涌水量為20 500m3/d，上、下部涌水量基本相當，上、下部生產(chǎn)規(guī)模均為200萬t/a，采礦方法均為分段空場嗣后充填法，上、下部充填體的濾水和坑內(nèi)鑿巖用水回水均按1 000m3/d考慮。

最低水平設(shè)置水泵房，排水高度為700m，上部涌水通過排水鉆孔下泄至-600m水平水泵房，-600m井下水泵可以實現(xiàn)將井下涌水集中直排至地表。在-400m中段和-600m中段各設(shè)一個井下水泵房。井下排水方案有兩種，即一段集中排水方案和分段排水方案。

采用集中一段排水方案，上部涌水通過排水鉆孔下泄至-600m水平，該方案集中管理，管理人員少，但是電耗大。采用分段排水方案，需要增設(shè)人員同時負責上、下部水泵房的管理，但是電耗小。

針對本項目情況，考慮到上、下部排水量相當，集中一段排水方案和分段排水方案優(yōu)勢均不明顯，因此采用一段集中排水方案還是分段排水方案，需要對基建投資、管理、人員成本、運營成本等影響因素進行詳細比較分析才能確定。

3.2 一段集中排水方案(Ⅰ)

在-600m中段靠近罐籠井車場附近設(shè)一個水泵房和中央變電所，排水、排泥管路均沿罐籠井井筒進行敷設(shè)，生產(chǎn)期間-200～-600m之間各中段的涌水通過泄水井至-600m中段水倉，然后由泵房內(nèi)水泵排出地表。

水泵房選用5臺MDS280- 95×8多級離心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/臺。正常排水時2臺同時工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時4臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設(shè)2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設(shè)2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用來排泥，功率315kW。

3.3 分段排水方案(Ⅱ)

在-400m中段和-600m中段罐籠井旁各設(shè)一個井下水泵房，-400m以上開采各中段涌水通過泄水鉆孔下放至-400m水平，匯總至水倉后，通過-400m水泵房內(nèi)水泵排出地表。-400m以下各中段涌水通過泄水鉆孔下放至-600m水平，匯總至水倉后，通過-600m水泵房內(nèi)水泵沿罐籠井筒排至地表。-400m和-600m水泵房負擔正常涌水量6 550m3/d、最大涌水量13 150m3/d和生產(chǎn)回水1 000m3/d的各一半。

-600m水泵房選用3臺MDS280- 95×8多級離心泵，Q=280m3/h，H=732m，水泵功率1 000kW/臺。正常排水時1臺工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時2臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設(shè)2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設(shè)2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=10MPa，用來排泥，功率250kW，直接排至地表。

-400m水泵房選用3臺MD280- 100×5多級離心泵，Q=280m3/h，H=500m，水泵功率630kW/臺。正常排水時1臺工作，13.5h/d可以完成排水任務；最大排水時2臺同時工作，19.2h/d可以完成排水任務。設(shè)2條φ377×15排水管，正常1條工作，1條備用，最大排水時2條同時工作。排泥硐室在水泵房附近，內(nèi)設(shè)2臺往復式泥漿泵，Q=60m3/h，H=8MPa，用來排泥，功率315kW。

3.4 排水方案技術(shù)經(jīng)濟比較

從方案Ⅰ和方案Ⅱ可比內(nèi)容可以看出，兩方案技術(shù)優(yōu)缺點如表1。排水系統(tǒng)經(jīng)濟指標比較結(jié)果見表2。

表1 排水方案技術(shù)比較

表2 排水方案技術(shù)經(jīng)濟比較

從可比建設(shè)投資方面看，方案Ⅰ較方案Ⅱ少1 640萬元。從年均可比運營成本方面看，方案Ⅰ較方案Ⅱ多56萬元。

從計算的費用現(xiàn)值(i=10%)和費用年值(i=10%)來看，方案Ⅱ較方案Ⅰ分別高出1 128萬元和124萬元。比較結(jié)果表明，方案Ⅰ在經(jīng)濟上有較為明顯的優(yōu)勢。本次設(shè)計排水方案推薦采用方案Ⅰ，即一段排水方案。

從計算的費用現(xiàn)值(i=10%)和費用年值(i=10%)來看，方案Ⅰ較方案Ⅱ分別低1 128萬元和124萬元。技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)果表明，方案Ⅰ優(yōu)于方案Ⅱ，同時考慮到方案Ⅰ系統(tǒng)簡單，基建投資少，管理方便，生產(chǎn)人員少，本次設(shè)計推薦方案Ⅰ，即一段排水方案。

4 結(jié)語

一般情況下，考慮到管理便利及節(jié)省人力成本采用集中排水方式，只有礦井較深、水量大時，才采用接力排水。實際設(shè)計過程中，分區(qū)或集中排水方案應根據(jù)礦山水文地質(zhì)條件、開采順序、開拓方案等特點，通過方案比較后確定。

[參考文獻]

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[2] 何曉文.羅河鐵礦井下采場全自流排水系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代礦業(yè),2017，(10):70-73.

[3] 馬麗平.馬坑鐵礦井下排水方案優(yōu)化設(shè)計[J].工程建設(shè),2016,48(4):60-65.

[4] 廖瑞團, 陳 瑞.上朗深凹露天礦防洪排水方案的優(yōu)化[J].采礦技術(shù),2013,(4):71-72.