矿井排水系统的工作原理及技术优化

王勇

中煤第五建设有限公司第三工程处

摘要：矿井排水系统的主要任务是防止地下水淹没矿井造成人员、设备损失;排放矿井涌水至地表，保障矿井正常生产。本文根据作者多年工作经验，对矿井排水系统的工作原理及技术优化进行了详细的阐述和分析，供大家参考和借鉴。

关键词：矿井排水系统；工作原理；技术优化

1引言

智能化强排水系统排水可将事后救灾转变为事先预防该排水系统始终运行在非事故状态将事故发生节点前移确保了人身生命财产的安全。在煤矿的开挖过程中，经常会出现一些意想不到的事情，如出现不同来源的水或快或慢，或多或少的流入正在施工的矿井中，进而威胁的矿井掘进施工安全。突发时轻则影响生产，重则导致重大生产安全事故，有些甚至可能会引发涌水突泥或者矿井坍塌等危害，更有甚者可能会造成人员的损伤和死亡。而在我国的矿井之中，只有很少一部分是干燥的，因此在煤矿开采过程中，为了保证安全生产排水是必不可少的，必须从矿井排水这一突破口入手，安装排水控制系统，保证矿井施工安全。

2矿井矿水来源

2.1矿水来源

（1）矿水

涌入矿井的水统称为矿水,分为自然涌水和开采工程涌水。

（2）自然水

自然存在的地面水和地下水,地面水包括江、河、湖以及季节性雨水、融雪等,地下水包括含水层水、断层水和老空水。

（3）开采工程涌水

是与采掘方法或工艺有关的涌水,如矿井充填废水,水力采煤的动力废水等。

2.2矿井涌水量

矿井涌水量:主要是一定时间内涌入矿井内的总的水量称为矿井涌水量；

最大涌水量:通常在雨季和融雪期出现涌水高峰，在此期间的涌水量称为最大涌水量。

正常涌水量:除最大涌水期外其他时期的涌水量变化不大,一年内持续时间较长,此期间的涌水量称为正常涌水量。

3矿井排水系统

3.1直接(集中)排水系统

直接(集中)排水系统具有系统操作方便、开拓量小、管路安装方便快捷、施工投入成本小、便于管理等特点，上下水平排水设备之间互不影响。

3.2分段排水系统

上水平排水设备故障停机后，两个水平均存在被水淹没的可能。

3.3露天矿山排水系统

露天矿山排水系统主要包括自流排水和机械排水两种。

（1）露天矿山排水系统

露天矿山排水系统主要分为露天采场底部集中排水系统和露天矿分段截流排水系统。

（2）机械排水系统

机械排水系统主要由水仓和水泵房。水仓主要是用来储存和集中矿水，沉淀矿水。水泵房是专为安装水泵、电机等设备而设的硐室，

大多数主水泵房布置在井底车场附近。

3.4矿山排水设备及分类

矿山排水设备根据矿井排水设备所担负的任务不同。一般分为移动式排水设备和固定式排水设备两种。固定式排水设备又称主排水设备。采用主排水设备将汇集于水仓中的矿井涌水排出地表，是矿井排水的最主要的形式。主排水设备多采用离心式水泵。

（1）离心式水泵工作原理

在水泵启动前，先要对水泵的的外观及管路敷设情况进行详细的检查，确认无误后开始往泵里灌满水。水泵启动后告诉旋转的叶片带动水泵内的水开始高速旋转，泵内的水在离心力作用的影响下被压入泵外的水管。在泵内水被甩出泵的泵后，叶轮附件的压强开始变小，这时水泵的转轴附件就会出现一个负压区。负压区的压力会比泵外的压力小很多，由于负压的压力作用，外面的水会冲开底阀流入到泵内。冲进来的水继续回重复上一个动作，泵内水继续在离心力的作用下被甩出泵外流向外部管道。叶轮在动力机的高速带动下不断做功进行快速旋转，这样外面的水就会源源不断的被离心泵从抵触抽到高处的位置。

（2）水泵的特点和性能

水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水，并有清水泵、耐磨泵和耐酸泵;效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中，效率最高的一种水泵;采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩，提高了机械效率;同时，此轴承还可以满足运转时泵轴的轴向窜动;扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬程较高，有利于水泵的稳定运行;零流量时功率低，有利于电动机起动;效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。

4矿井排水系统的排水方式

卧式水泵吸入式的排水方式和潜水泵排水的排水方式。其中按卧式水泵的吸水方式，泵房的布置有吸入式和压入式两种装置。目前，一般采用卧式水泵吸入式的排水方式。

吸入式和压入式排水方式主要是因泵房布置上的差异，而带来各自的特点及适用范围。压入式泵房布置上的特点是:水仓和大巷的位置要比泵房的位置高，水泵可以充分利用水仓自然水头进水，不需要先王水泵内灌满水然后在启动这一步骤，这样不仅操作方便快捷，节省了大量的时间，而且对水泵的质量可以起到很好的保护作用;由于水泵低于水仓水位，无底阀，故水泵的效率较高，电耗较少。但由于泵房低于水仓和大巷,泵房的适用条件稍差，积水不便排除，设备运输不便。同时，泵房的通道、管子道、控制分水阀的通道等辅助巷道工程量较吸入式大。所以，目前压入式排水方式采用不多。如果采用了每分钟3000转、高扬程的水泵时，那么就必须采用压入式布置方式;或当矿井排水泵吸程较低，不能适应水仓布置时，也可采用压入式。吸入式是目前采用较多的一种排水方式。除上述特定的条件外，一般均选用卧式水泵吸入式排水方式。

5.可编程逻辑控制器用于矿井排水的自动控制系统

将可编程逻辑控制器用于矿井排水的自动控制系统中，使井下排水控制系统对水泵房排水系统中各个设施进行统一操作和控制，实现排水系统的自动控制，提高系统的自动化程度程度。

排水自动化系统以高性能可编程控制器为核心单元，通过以太网模块接入工业以太网，从而实现井上和井下的信息交换。核心控制器可以读取液位、压力、流量、温度等传感器的参数，并实时将信息传送到地面集控中心，地面集控中心可以根据上传的数据对井下水泵进行相应的操作，实现无人值守。另外本系统还可以根据矿井水纹监测系统提供的矿井实时水纹数据做出相应判断，如发现有异常涌水时，可以提前将水仓排空做好迎接洪峰的准备，为抢险赢得时间。

大量涌水情况下启用备用水泵，并报警。在出现大量涌水，正常工作的水泵已经无法完成排水量的情况下，启用备用水泵，必要时启用所有水泵，确保排水顺畅。并且发出报警信号，警告涌水量已经处于危险状态。

系统功能：（1）系统根据水仓水位的变化，结合电力设备能耗分时计费和“移峰填谷”的原则，设计开停水泵的时间，从而达到节能降耗目的；（2）在线监测并实时显示水仓水位、水泵流量、真空度、

电机电流、电压、电动球阀和电动闸阀的开合状态、电机和水泵重要部件的温度等；（3）系统具有自动、半自动和手动三种工作模式，并能在三种模式之间进行切换，这种切换不会影响已运行的水泵，以达到真正的无缝衔接；（4）日排水自动化系统具有完善的故障报警和保护功能，当系统监测到故障状态时会发出声光报警，并在屏幕上显示故障报警界面，等待人员处置。若在一定时间内操作人员未做出应答，则系统自动进行停泵程序

6结束语

矿井自动排水系统主要是把正在施工的矿井内的涌水或者积水通道水泵快速的排至地面,保证矿井内不产生积水，为井下施工创造更加安全可靠的的施工环境。

参考文献：

[1]基于精细拓扑的矿井排水系统多尺度建模[J].李雯静,张馨心,焦宇豪.金属矿山.

[2]矿井排水系统智能化改造技术应用[J].王高军.山东煤炭科技.2021(08)

[3]矿井排水系统智能化改造研究[J].时珏.能源与节能.2021(11)

[4]智能控制技术在棉花坑矿井排水系统中的应用[J].李祖荣,杨翀钰,朱全政,匡正平,施建明,侯志永,赵连喜.铀矿冶.2020(01)

[5]神府榆矿区矿井排水量现状分析及远期预测[J].赵耀东,张朝逢,杨建,李瑾.地下水.2016(06)