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应急排水系统方案设计
第一章概况
一、矿井简介
XX井田位于安徽省阜阳市颍东区与颍上县交界处,行政区划属阜阳市,西距阜阳市30km。
本井田东与刘庄煤矿、西与口孜西井田接壤,井田东西走向长7.4km,倾斜宽3.0~7.3km,面积约33.6km2。
矿井设计生产能力5.0Mt/a,采用立井、主要石门及大巷的开拓方式,井口位于17线17-6孔北约500m处,工业场地内设有主井、副井及中央回风井3个井筒。
本矿井按煤与瓦斯突出矿井设计。
XX矿井于2007年5月开工建设,计划2012年9月份投产。
矿井移交时投产中央(13-1)采区,布置一个13-1煤层综采工作面,以一个面生产达到5.0Mt/a设计生产能力。
二、设计依据
本矿井先期开采-967m以浅时,采用《安徽省阜阳市XX井田煤炭勘探报告》所提供的-950m水平涌水量的预计结果,矿井的正常涌水量为597m3/h,最大涌水量为832m3/h;开采1煤层时的正常涌水量为620m3/h。
根据《煤矿防治水规定》和安徽煤矿安全监察局皖煤安监—【2011】2号文《关于国投新集能源股份有限公司XX矿井安全设施变更设计的批复》,本矿井按水文地质复杂类型设计。
XX矿井在-967m水平井底车场设置水泵房,选用MDS420-96A×12型卧式水泵5台,单台流量420m3/h,扬程1079.7m,配套YB型防爆电动机2240kW、1480r/min、10kV。
正常涌水时2台工作、2台备用、1台检修,最大涌水时3台工作。
副井井筒内布置有4趟D325排水管和2趟D377管。
根据《煤矿防治水规定》,XX矿井建立潜水电泵排水系统,排水能力不小于矿井最大涌水量,潜水电泵排水系统由井下巷道、潜水电泵、排水管路、地面电控及地面排水管(沟)等环节组成。
根据相关规定,排水管路不得使用正常排水管路,需另行独立布置;电控系统必须设于地面,对水泵进行远程控制。
第二章潜水电泵选择及安装方式
一、水泵数量
依据地质报告最大涌水量832m3/h,并考虑3个井筒淋水及消防洒水水量55m3/h,设计最大排水量取887m3/h,结合目前国内潜水电泵的技术性能及运用情况,潜水泵的选择考虑以下2种方案:
方案Ⅰ:
选用4台流量为275m3/h水泵(单吸),扬程1070m,配套矿用隔爆型潜水电动机1400kW、1470r/min、10kV。
询价每台水泵投资约195万元,计780万元;供电线路4趟,泵房硐室尺寸26.5m×6m。
方案Ⅱ:
选用2台流量为550m3/h水泵(双吸),扬程1105m,配套矿用隔爆型潜水电动机2800kW、1470r/min、10kV。
询价每台水泵投资约400万元,计800万元;供电线路2趟,泵房硐室尺寸26.5m×5m。
结合井下巷道布置,方案Ⅰ设备投资略省,且选用4台小流量潜水泵,使用灵活,可靠性高,设备重量轻,方便运输、安装,国内已有成型产品,且已应用,缺点是硐室工程量比方案Ⅱ大。
方案Ⅱ主要优点是可不在地面专设变电所,在110kV变电所内备用位置设置2台10kV开关直接为2台潜水电泵供电,但该方案主要缺点是目前国内暂无应用,安全可靠性差。
因此,综合考虑设计推荐方案Ⅰ,即选用4台水泵275m3/h水泵(单吸),单台流量275m3/h、扬程1070m、配套三相异步矿用隔爆型潜水电动机,额定功率1400kW,转速1470r/min,额定电压10kV。
二、水泵安装方式
(一)方案Ⅰ:
采用卧式安装方式
该方案井下巷道工程量主要包括水泵房硐室、沉淀池、配水巷及管子道。
卧式安装方式考虑了以下两个方案。
方案Ⅰ1,水泵房内兼做水坑,该方案主要硐室如下:
1.泵房净宽5m,硐室长28.5m,采用钢筋混凝土支护,水坑有效体积约500m3,可满足一台潜水泵实验排水1.8个小时。
泵房一个通道与井底水仓入口连接,兼做管子道,另一出口于现有水仓连接。
2.沉淀池:
一端与外水仓相连,另一端与配水巷相连,长10m,两端均设有溢水挡墙,挡墙高度分别为1.0m、0.5m;
3.配水巷:
连接沉淀池与水泵房,长约18m;
4.管子道:
用于设备进出及排水管路敷设,与水仓入口相连,长约70m。
该方案井下巷道及硐室总长127m,该方案硐室布置见图1。
方案Ⅰ2,水泵房内设置水坑,该方案主要硐室如下:
1.泵房净宽6.2m,硐室长32m,采用钢筋混凝土支护,泵房布置一长30m、宽5m、深4m的水坑,水坑有效体积360m3,可满足一台潜水泵实验排水1.3个小时。
泵房一个通道与井底水仓入口连接,兼做管子道,另一出口于现有水仓连接。
2.沉淀池:
一端与外水仓相连,另一端与配水巷相连,长10m,两端均设有溢水挡墙,挡墙高度分别为1.0m、0.5m;
3.配水巷:
连接沉淀池与水泵房,长约8m;
4.管子道:
用于设备进出及排水管路敷设,与水仓入口相连,长约75m。
该方案井下巷道及硐室总长125m,该方案硐室布置见图2。
两个方案相比较,工程量相差不大,但方案方案Ⅰ1设备安装、正常检查、维护设备及清理泵房时方便,且巷道断面小,支护相对容易,设计推荐方案Ⅰ1。
(二)方案Ⅱ:
采用立式安装方式
图1
图2
该方案井下巷道主要包括泵井、通道、配水巷及管子道。
1.泵井直径5.5m,总高度40m,-967m水平以下深24m,-967m水平以上高16m,泵井上口与管子道连接,采用钢筋混凝土支护;
2.通道:
用于泵井进出,与-967m水平水仓入口巷道相连,长约35m;
3.配水巷:
一端与外水仓相连,另一端与泵井相连,长约44m;
4.管子道:
用于敷设排水管路,一端与泵井上口相连,另一端与井底车场连接,总长约95m。
井下巷道及硐室总长约214m。
该方案巷道布置见图3。
方案Ⅰ1与方案Ⅱ相比较,
方案Ⅰ1主要优点:
1.井巷工程量少,工期短;
2.水泵房内设有轨道,设备安装、检修和拆卸方便。
方案Ⅱ主要优点:
1.设备布置紧凑,潜水泵效率略高。
方案Ⅱ主要缺点:
1.井巷工程量较大,须设置泵井,施工难度大、工期长;
2.-967m水平以下泵井深24m,清理泵井困难;
3.安装和检修难度大。
通过以上比较,设计从巷道布置、建设工期、水泵安装、检修方便综合考虑,推荐潜水电泵采用卧式安装方案,即方案Ⅰ1。
(三)排水管路敷设
副井井筒内现已布置有6趟排水管路,其中4趟D325管路用于正常(卧式泵)排水系统,2趟D377管路用于应急(潜水泵)排水系统。
自潜水泵硐室出来的2趟D377应急排水管路沿井底车场巷道埋地敷设至马头门处,然后架空与井筒内2趟D377管路连接。
图3
第三章水泵供电及控制
在地面副井井口附近专设1座10kV变电所(含控制室),面积约95m2。
变电所内设高压开关柜11台,低压开关柜2台,直流屏1套,电控系统1套(含监控软件、控制柜、操作台、传感器等)。
2路高压电源引自工业场地110kV变电所10kV侧不同母线段,进线电缆采用2根YJV22-10kV3×185电缆,2路低压380V电源一路引自所用变低压侧,另一路引自附近建筑物变电所380V低压侧。
从地面变电所沿副井井筒敷设4根动力电缆至潜水泵,电缆型号为MYJV42-10KV3×95,至井下各潜水泵控制电缆均采用MKVV32-450/75024×2.5。
水泵电机采用直接启动方式,启动压降满足规程规范要求。
在井下潜水泵房管子道上口设矿用防爆馈电开关2台,防爆闸阀控制箱(一控三)2台。
第四章地面排水
XX矿井井下应急排水系统设备最大排水能力约1100m3/h,平时设备实验时排水量约为275m3/h。
井下应急排水系统由井下排水泵通过副井管路将井下涌水提升至地面。
井下应急排水系统所排井下涌水,可就近排至地面雨水系统,也可排至矿井水处理站处理。
设计提出以下3个方案:
方案Ⅰ:
排至地面雨水系统。
井下排水排至地面后,沿副井北侧向西至路边雨水边沟,最后通过工业场地雨水排放系统排至西淝河。
该段管路长约70米,管径DN350,采用焊接钢管,埋地敷设。
该方案管路能够满足应急排水系统所排井下涌水量,但由于未经处理,对环境影响较大。
方案Ⅱ:
排至矿井水处理站处理。
井下排水管排至地面后,通过阀门控制连接至原有井下排水管路(地面部分)。
该段管路长约15米,采用焊接钢管。
矿井水处理站目前处理能力约为16000m3/d,初沉调节池有效调节容积为4200m3。
应急排水时,矿井水处理站能力无法保证。
方案Ⅲ:
根据矿井水处理站现状及排水量情况,井下应急排水系统排水可采取以下方式处理,具体如下:
井下排水管由副井至地面后,沿副井北侧向西至路边雨水边沟,最后通过工业场地雨水排放系统排至西淝河,同时在排水管(地面部分)上接一三通,通过支管和闸阀与矿井原有井下排水系统相通。
在紧急排水时,将井下排水直接排入矿井雨水边沟;在正常排水时将井下排水排至矿井水处理站调节池,处理后回用。
管路采用DN350焊接钢管,长约40米。
经综合比较、设计推荐方案Ⅲ。
第五章投资估算
一、工程量
本工程包括潜水电泵4台;井下巷道及硐室127m;地面变电所1座,电缆和控制电缆各4趟;地面及井下排水管路。
二、估算投资
工程总估算投资2416.76万元,详见投资估算。
第六章结论与建议
应急排水系统选用卧式安装方式,设潜水泵4台,单台流量275m3/h,扬程1070m,配套三相异步矿用隔爆型潜水电动机,额定功率1400kW,转速1470r/min,额定电压10kV;采用2趟敷设在副井中的D377管路排水,在地面设1座变电所,面积约95m2,变电所内设高压开关柜11台,低压开关柜2台,直流屏1套,电控系统1套(含监控软件、控制柜、操作台、传感器等)。
在紧急排水时,将井下排水直接排入矿井雨水边沟;在正常排水时将井下排水排至矿井水处理站调节池,处理后回用。
管路采用DN350焊接钢管,长约40米。
XX矿需认真考虑硐室施工对周边巷道的影响,合理安排施工顺序,确保应急排水系统施工的安全性和可靠性。
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