倪 萌 劉 峰 劉祖太

（1.新汶礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司職工大學(xué)，山東 濟(jì)南 271100；2.山東萬祥礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

潘西煤礦采用清水和污水混合的方式進(jìn)行排水，礦井涌水主要水源為奧灰疏放鉆孔涌水，水質(zhì)清澈、無污染。礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水，主要來自于膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)及采區(qū)各生產(chǎn)系統(tǒng)。清污水混合排放環(huán)保治理難度大，需要新建污水處理廠對礦井水處理達(dá)標(biāo)后排放，污水導(dǎo)致各水平中央泵房水倉淤積嚴(yán)重，影響了水倉的有效容積，影響了水泵的排水效率，加重了水泵及管路的結(jié)垢和磨損。

1 礦井概況

山東萬祥礦業(yè)有限公司潘西煤礦1958 年建井，2020 年礦井生產(chǎn)能力核定為70 萬t/a，水文地質(zhì)類型為復(fù)雜型。礦井總涌水量785 m3/h，其中-150 m水平及-350 m 水平已開采結(jié)束，涌水量46 m3/h。近年來，礦井涌水量向深部轉(zhuǎn)移，現(xiàn)生產(chǎn)水平-740 m 水平涌水量739 m3/h。主要礦井涌水為主采煤層19 煤層底板奧灰?guī)r溶承壓水。為確保主采煤層19煤層安全，采取施工鉆孔進(jìn)行疏水降壓的治理措施，鉆孔疏放清水510 m3/h。礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水，主要來自于膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)及采區(qū)各生產(chǎn)系統(tǒng)。

2 排水系統(tǒng)構(gòu)成

萬祥礦業(yè)潘西煤礦排水系統(tǒng)由斜井排水和立井排水兩部分構(gòu)成。立排由-740 m 水平直接排至地面。斜排為四級排水：-740 m 下部水平排至-740 m 水平，-740 m 水平排至-350 m 水平，-350 m 水平排至-150 m 水平，-150 m 水平再排至地面。

2.1 斜排系統(tǒng)

第一級：從-740 m 下部水平至-740 m 水平。最大排水能力為2400 m3/h，水倉容積為8090 m3（外倉4334 m3，內(nèi)倉3756 m3）。

第二級：從-740 m 水平至-350 m 水平。最大排水能力為2280 m3/h，水倉容積為2860 m3（外倉1618 m3，內(nèi)倉1242 m3）。

第三級：從-150 m 水平至地面。最大排水能力為1980 m3/h，水倉容積為3014 m3（外倉1519 m3,內(nèi)倉1495 m3）。

2.2 立排系統(tǒng)

-740 m 泵房安裝1 臺PJ200B×12 水泵，1 臺HDM420×12 水泵，2 臺MD420-96×12 水泵（單臺額定流量均為420 m3/h），電機(jī)都為2000 kW，沿立井筒安裝了3趟Φ325 mm×1080 m排水管路。

斜排、立排合計(jì)排水能力為3660 m3/h，-740 m水倉容積為12 200 m3。

3 實(shí)施方案

對礦井疏排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，鉆孔疏放的清水采用“三?！奔夹g(shù)，即專用管路疏水、專用水倉儲水，專用水泵排水，從而實(shí)現(xiàn)清污水的分離排放。

3.1 -740 m 清污水分離排放方案

-740 m 水平可分離5 處清水，合計(jì)水量279 m3/h ，分別是：-650 m 車場（前四采區(qū)上部涌水）20.0 m3/h，6196 疏水巷63.0 m3/h，-740 m 東大巷113.0 m3/h，后五石門16.0 m3/h，后四石門67.0 m3/h。

（1）總體方案

清水采用管路（或直接接到水泵吸水口）接至外倉或外環(huán)水倉，-740 m 泵房立排水泵全部排放清水。污水經(jīng)各級沉淀，通過大巷水溝進(jìn)入-740 m 內(nèi)倉，斜排水泵排放污水。如圖1。

圖1 6196 疏水巷、后四石門引水方案示意圖

（2）6196 疏水巷引水

在6196 疏水巷門口安裝一臺IS150-125-250 型單級單吸清水離心泵，從泵出口接一趟6 寸鋼管合計(jì)1480 m 到-740 m 外環(huán)水倉入口。

6196 疏水巷以外鉆機(jī)窩處的涌水有多處出水點(diǎn)，需施工一個蓄水池將水截流，蓄水池規(guī)格長×寬×高=6 m×1 m×1.2 m。蓄水池在底板上0.5 m預(yù)留管路與6196 疏水巷的水管連接。

（3）后四石門引水方案

后四石門清水67 m3/h，在后四石門與-740 m西大巷三岔門處水溝內(nèi)施工一道擋水墻，擋水墻至-740 m 外環(huán)水倉入口鋪設(shè)6 寸PE 疏水管50 m，使后四石門的清水通過管路疏水到外環(huán)水倉入口。

（4） -650 m 車場（前四采區(qū)上部涌水）及后五石門引水方案

-650 m 車場（前四采區(qū)上部涌水）涌水量20 m3/h，通過皮帶井與-740 m 車場的鉆孔進(jìn)入-740 m 大巷后至-740 m 材料線與外倉鉆孔處鋪設(shè)一趟4寸鋼管，管路長度約280 m，使該清水通過鉆孔流入-740 m 外倉。如圖2。

圖2 -650 m 車場（前四采區(qū)上部涌水）、后五石門引水及-740 m 東大巷積水正壓排水方案示意圖

后五石門涌水量16 m3/h。在后五石門出水口至-740 m 材料線與外倉鉆孔處鋪設(shè)一趟4 寸鋼管，管路長度約260 m。

（5） -740 m 東大巷積水實(shí)行正壓排水方案

-740 m 東大巷積水將管路在-740 m 通過線處截斷，另敷設(shè)200 mФ315 mm 的鋼管經(jīng)過-740 m泵房東防水門北側(cè)進(jìn)入泵房，接到5#立排泵吸水口。

管路在泵房東防水門處將北側(cè)的墻體破壁后穿入，穿墻后用水泥封堵嚴(yán)密。管路在泵房內(nèi)合適位置安裝一個閥門，管路上安裝一個電接點(diǎn)壓力表（或壓力傳感器），1#泵吸水管路在縮口前的合適位置開一個三通口，然后將管路連接至5#水泵的吸水管上。5#水泵吸水管更換為帶底閥籠頭。

3.2 -740 m 下部清污水分離排放方案

-740 m 下部水平可收集4 處清水，合計(jì)水量264 m3/h，分別是：6197 疏水巷涌水量120 m3/h；6198 東運(yùn)輸巷及6198 運(yùn)輸巷密閉下涌水25 m3/h；4198 疏水巷涌水量80 m3/h（鉆孔涌水）；6198 東疏水通道涌水量39 m3/h。清水采用管路接至外倉入口，或直接接到外倉吸水井。1#、2#水泵通過二趟斜排管路排放至-740 m 外環(huán)水倉入口。污水經(jīng)各級沉淀，通過大巷水溝進(jìn)入內(nèi)倉，3#～5#水泵通過一趟斜排管路排放至-740 m 內(nèi)倉。

（1）6197 疏水巷、6198 東運(yùn)輸巷及6198 運(yùn)輸巷密閉下涌水

6197 疏水巷涌水經(jīng)12 寸鋼管1060 m 直接排至-740 m 下部外倉入口。6198 東運(yùn)輸巷及6198 運(yùn)輸巷密閉下涌水共計(jì)25 m3/h 左右，將兩路清水用4寸管路200 m 引出后與6197 放水管路合茬。如圖3。

圖3 6197 疏水巷、6198 東運(yùn)輸巷及6198 運(yùn)輸巷密閉引水示意圖

（2）4198 疏水巷及6198 東疏水通道涌水

4198 疏水巷涌水量80 m3/h（鉆孔涌水）。該涌水通過閉合8 寸管路1050 m 接至-740 m 下部水倉入口。

6198 東疏水通道涌水量39 m3/h。該涌水已通過排水管路直接排至-740 m 下部泵房1#吸水井內(nèi)（外倉）。如圖4。

圖4 4198 疏水巷及6198 東疏水通道引水示意圖

4 效益

4.1 -740 m 東大巷正壓排水效益分析

（1）水泵吸水管吸水高度5 m，正壓力按平均5 m 算，可節(jié)約10 m 排水揚(yáng)程。按照113 m3/h 的水量從-740 m 排至-350 m，年節(jié)省電量為：0.5×（3.9-3.8）×113×24×365=4.9 萬kW·h。

（2）正壓排水后，全部排清水，水泵效率提高，清水比重1000 kg/m3，較污水比重1050 kg/m3，效率提高5%。從-740 m 排至地面年節(jié)省電量0.5×9.9×113×24×365×5%=24 萬kW·h。

（3）水泵運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，避免了水泵的汽蝕。作為井下使用的水泵主要是由于水泵所允許的吸水真空高小于水泵安裝高度而產(chǎn)生汽蝕。而壓入式水泵房中的水泵在水面以下運(yùn)轉(zhuǎn)，不存在因吸上真空而使水泵發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象。泵的工作效率高，使用壽命也長。按照兩年減少一次維修計(jì)算，每年可減少投入5 萬元。

（4）提高了水泵本身的效率。啟動前不需要灌水，同一水泵在灌注水頭條件下工作比在有吸上高度條件下運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。效率將提高10%左右。

年經(jīng)濟(jì)效益為：電機(jī)的功率2000 kW×節(jié)能百分比10%×電費(fèi)0.65×泵的運(yùn)行時間6.4×365=30萬元。

年總節(jié)省費(fèi)用：（4.9+24）×0.65+5+30=53 萬元。

4.2 清水排放節(jié)能分析

-740 m 水平可分離5 處清水。合計(jì)水量279 m3/h ，減去-740 東大巷113 m3/h，剩余清水量166 m3/h。-740 下部可收集4 處清水，合計(jì)水量264 m3/h。清水比重1000 kg/m3，較污水比重1050 kg/m3，效率提高5%。從-740 下部排至-740 年節(jié)省電量0.5×3.6×264×24×365×5%=20.8 萬kW·h。從-740 排至地面年節(jié)省電量0.5×9.9×（166+264）×24×365×5%=93 萬kW·h。年節(jié)省費(fèi)用（20.8+93）×0.65=74 萬元。

4.3 減少了水倉清挖次數(shù)

因清水單獨(dú)排放，不再與生產(chǎn)污水混合，減少了清污水的混合量，使污水在進(jìn)入水倉前能夠更好地沉淀。減少了污泥進(jìn)入水倉的比例，降低了水倉的清挖次數(shù)。

-740 m 外倉及-740 m 下部外倉因儲存清水不再進(jìn)行清挖，每年兩個外倉需要每天12 人清挖3 個月。節(jié)省人工費(fèi)12×90×150=16 萬元，另外清挖水倉的運(yùn)輸費(fèi)、管理費(fèi)、電費(fèi)、材料費(fèi)等約需5 萬元。

如上分析，實(shí)現(xiàn)清污水分離分排，年經(jīng)濟(jì)效益148 萬元。

5 結(jié)論

（1）對礦井的輸排水系統(tǒng)采用“三專”技術(shù)方案，即采用專用管路疏水、專用水倉儲水、專用水泵排水，實(shí)現(xiàn)清水與污水的分離排放。

（2）清污水分離排放減少了清污水的混合量，使污水的水量大幅減少，在進(jìn)入水倉前能夠更好地沉淀，減少了污泥進(jìn)入水倉的比例，降低了水倉的清挖次數(shù)，減少水泵及管路結(jié)垢，提高排水效率。

（3）利用廢棄大巷作為水平水倉，實(shí)現(xiàn)正壓排水。

（4）將鉆孔水收集后使用管路引水，降低鉆孔水熱量對巷道環(huán)境溫度的影響。

（5）清水單獨(dú)排放，便于后期水資源開發(fā)利用。