XX煤矿井下联合排水试验报告.2015

井下水泵联合排水试验

报   告

晴隆县XX煤矿

二0一三年四月十六日

XX煤矿

井下水泵联合排水试验

报   告

试验单位：    XX煤矿        

试验地点：      水泵房          

试验日期：     2017年4月16日      

试验周期：        一年               

第一章  水文概况----------------------------------3

第一节   水文地质简述-------------------------3

第二节   水系及主要河流-----------------------8

第三节   矿井充水因素-------------------------8

第二章  开采现状与涌水因数分析--------------------10

第三章  排水设备----------------------------------11

第四章  联合排水试验的条件------------------------12

第一节  联合排水试验目的--------------------- 12

第二节  联合排水试验时间----------------------12

第三节  联合排水试验指挥部--------------------13

第四节  试验前的准备--------------------------13

第五章  联合排水试验------------------------------14

第一节  试验相关参数--------------------------14

第二节  联合排水试验 -------------------------14

第三节  联合排水试验记录----------------------15

第六章  结论--------------------------------------17

第一章  水文概况

第一节水文地质简述

1、地表水体

矿区位于北盘江二级支流大桥河中上游，地貌上属侵蚀溶蚀地貌，地形为缓坡至陡坡，地势北高南低，最高海拔1586m，位于矿区北部，最低海拔标高约1005m，位于矿区南西角，为当地最低侵蚀基准面标高，相对高差达583m。矿区为大桥河汇水径流经区，区内无大的地表水体，在部分冲沟中发育季节性小溪，发源于矿区内，向南流出矿区，流向与坡向一致。溪流流量受降雨影响较大，一般为0.6～1.4L/s，较大的约有30～145m3/min。地表水、地下水沿地表溪流由北向南排泄入大桥河。

矿区范围内无地表水体的存在，因此，无需留设保护煤柱

2、地形地貌

矿区位于北盘江二级支流大桥河中上游，处于滇东高原向黔中山区过渡的斜坡地带，属云贵高原乌蒙山东南部，地貌上属侵蚀溶蚀地貌，地形为缓坡至陡坡。地势北高南低，最高海拔1586m，位于矿区北部，最低海拔标高约1005m，位于矿区南西角，为当地最低侵蚀基准面标高，相对高差达583m。

3、水文

矿区为大桥河汇水径流经区，区内无大的地表水体，在部分冲沟中发育季节性小溪，发源于矿区内，向南流出矿区，流向与坡向一致。溪流流量受降雨影响较大，一般为0.6-1.4L/s，较大的约有30～145L/s。地表水、地下水沿地表溪流由北向南排泄入大桥河。

4、气候及地震

矿区气候属于温凉湿润的高原亚热带季风气候。年平均气温14℃。一月均温4.6℃，极端最低气温零下6.2°C，七月均温21°C，极端最高气温33.4°C。年平均降雨量1588.2mm,是我省西部多雨中心的一个部分，降雨多集中在5～10月，占全年降水量的82％。由于雨量高度集中，多暴雨和特大暴雨，1976年7月5日，晴隆气象站测得特大暴雨量261.9mm。本县的灾害性气候多，冰雹、暴雨形成的山洪危害最大，暴雨常引起水土流失。平均相对湿度81 % ，平均无霜期287 天，年均日照时数1474h ，该区常年主导风向以S风为主。

据贵州省城乡建设环境保护厅1993年12月编制的《贵州省地震烈度区划图》，井田范围内地震烈度为6度区。

5、环境状况

由于地处云贵高原山区农村，矿井工业场地处于沟谷地带，就近无环境特殊敏感点，煤层赋存于高山之下，煤层可采部分埋藏较深，矿井开采后地表不会产生连续变形。另外，工程投产后的主要废水为井下污水及工业场地内废水；废气主要为燃煤锅炉烟气及生产性粉尘；固体废弃物主要为矿井矸石；噪声主要为矿井通风机房、绞车房、瓦斯泵房、机修车间、锅炉房、坑木加工房以及井下采掘机械设备等的噪声，这些污染属一般性污染，在设计中均考虑采取一定的治理措施加以防治，所以本工程建设及今后的生产不会给环境带来大的污染。

6、地层含隔水层岩组

矿区内出露地层为三叠系下统夜郎组、二叠系上统龙潭组和峨嵋山玄武岩、二叠系中统茅口组，据其地层的岩性特征及含（隔）水层性能分述于下： 

（1）、永宁镇组（T1yn）岩溶裂隙含水层：岩性为深灰色薄至中厚层状泥质灰岩夹薄层粘土岩，厚大于100m。灰岩裂隙发育，含岩溶裂隙水，富水性弱至中等。

（2）、夜郎组三段（T1y3）基岩裂隙含水层：钙质粘土岩夹粉砂岩及中厚层状泥灰岩、碎屑灰岩，厚70m。含基岩裂隙水，富水性较弱。

（3）、夜郎组二段（T1y2）岩溶裂隙含水层：分布在矿区的北部。中～厚层状灰岩夹粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩、细砂岩，厚约343m。岩溶裂隙发育，含岩溶裂隙水，富水性中等。

（4）、夜郎组一段（T1y1）相对隔水层：分布于矿区的北部。为粘土岩、粉砂质粘土岩、薄层状粘土质钙质粉砂岩夹少量薄层灰岩，厚约40—114m。富水性极弱，为相对含水层。

（5）、龙潭组（P3l）基岩裂隙弱含水层：为粘土质粉砂岩夹砂岩、粘土岩和煤层，厚约380m。粉砂岩及砂岩含构造裂隙水，粘土岩隔水，为含水层与隔水层相间的含水岩组，富水性极弱，在区域上可似为一相对隔水层，在矿区内可视为层状裂隙弱含水层。

（6）、峨嵋山玄武岩（P3β）基岩裂隙含水层：为仁状、气孔状拉斑玄武岩，该段厚度大于100m。富水性弱。

（7）、茅口组（P2m）岩溶含水层：为厚层状生物碎屑灰岩，厚度大于70m。岩溶裂隙及洞隙发育，含岩溶洞隙水和岩溶裂隙水，富水层较强，为强含水层，是区内的主要含水层。

7、地下水补给、迳流、排泄

（1）、补给

大气降水是区内地下水的主要补给来源，其补给方式和补给强度受岩性、地貌及地质构造的综合影响，在非可溶岩分布地带，大气降水部份沿裂隙或孔隙补给地下，大部份则形成地表迳流排入大桥河，流量随降雨和季节的变化而变化。

（2）、迳流

区内地下水的迳流方向由南向北及北东方向，以裂隙流为主。

（3）、排泄

区内地下水的排泄主要是以泉或深部渗流的形式排泄。

8、涌水量

根据贵州省煤田地质局水源队2011年7月提交的《晴隆县XX煤矿矿井水文地质类型划分报告》地质调查，XX煤矿矿坑涌水量最大为30m3/h，一般涌水量为15m3/h，最小涌水量为10m3/h。根据本矿2012年涌水量观测实测最小涌水量为7.08m3/h，最大涌水量为35.33m3/h，年平均涌水量为15.15 m3/h。

9、矿区水文地质勘查类型

根据贵州省煤田地质局水源队2011年7月提交的《晴隆县XX煤矿矿井水文地质类型划分报告》：井田内无较大地表水体，大气降水和老窑积水是矿坑的主要充水水源，矿床主要充水含水层富水性弱，断裂构造不发育，矿井核准采高为+1200m～+650m ，矿区及其附近相对最低侵蚀基准面标高为+1040m，矿区地势起伏较大，有利于地表水排泄。该矿老窑较多，老窑主要沿煤层露头开采，并形成了一定的积水空间，其底板茅口组为强含水层，但茅口组与煤系地层见有约100m的玄武岩组相隔。结合矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老窑及采空区积水分布状况、矿井开采受水害影响程度及防治水工作难易程度来看，XX煤矿矿井水文地质类型为底板碳酸盐岩溶洞裂隙水直接充水的矿床，水文地质类型属中等类别。

10、矿井水害类型及突水威胁

区内主要含水岩组为夜郎组第二段（T1y2）和茅口组（P2m），由于煤层所处龙潭组（P3l）含水性弱，龙潭组（P3l）与上部夜郎组第二段（T1y2）间有40m～114m夜郎组一段（T1y1）相对隔水层相隔，与下部茅口组（P2m）间有100m峨嵋山玄武岩（P3β）弱含水层相隔，因此夜郎组第二段（T1y2）和茅口组（P2m）仅为矿床顶、底板间接充水含水层。

由此推断矿井来自顶底板强含水层的突水威胁不大；虽然含水层与隔水层相互互层，地下水水力联系较差，但煤层开采后形成采空塌陷、冒落等，将破坏各含水岩组之间的隔水层，各含水岩组间的地下水将通过冒落裂隙、断层破碎带等进入矿井，对矿床充水影响较大。矿井开采最低标高+650m，现生产活动所处最低标高+956m，均低于当地最低浸蚀基准面标高+1040m，受开采活动的影响，地下水有可能沿层间裂隙、构造裂隙等涌入矿井对矿坑有一定的影响。

本矿水文地质条件中等，煤系地层富水性弱，其涌水量较小。主要水源来自，裂隙、小煤窑、采空积水、顶底板灰岩地层含水和雨季渗水。

在生产过程中，必须严格执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的矿井防治水方针，避免发生透水事故。

第二节   水系及主要河流

区内河流属珠江流域北盘江水系，矿区位于北盘江二级支流大桥河中上游，矿区范围地下水为季节性下降泉，地下水主要为基岩裂隙水。地貌上属侵蚀溶蚀地貌，地形为缓坡至陡坡。地势北高南低，最高海拔1586m，位于矿区北部，最低海拔标高约1005m，位于矿区南西角，为当地最低侵蚀基准面标高。矿区为大桥河汇水径流经区，区内无大的地表水体，在部分冲沟中发育季节性小溪，发源于矿区内，向南流出矿区，流向与坡向一致。溪流流量受降雨影响较大，一般为0.6-1.4L/s，较大的约有30～145L/s。地表水、地下水沿地表溪流由北向南排泄入大桥河，大桥河流经14km 后入麻沙河，麻沙河流向北东7km 后汇入北盘江。矿区内部多凹地和缓坡，溶丘、洼地、峰丛、溶斗、伏流等分布普

第三节  矿井充水因素

（一）地表冲沟水

矿区内有冲沟发育，有季节性水流，在该地表水体下开采可能造成采空区冒落带向上扩张沟通地表水，使地表水惯入矿井形成水害，因此地表水对矿坑充水影响较大。

（二）地下水

上二叠统龙潭组（P3l），是各煤层的直接充水含水层，充水量不大但具有承压性，所以龙潭组基岩裂隙水沿构造面(带)对矿井充水影响较大。 

茅口组与龙潭组煤系有100余米的玄武岩阻隔，自然状态下一般对矿床开采不会产生太大的影响，但在开采过程中要注意隐伏断层的沟通，使其成为充水水源。

夜郎组玉龙山段是区内强含水层之一，它与煤系有一百米左右的沙堡湾段泥页岩相隔，自然状态下一般对矿床开采不会产生太大的影响，但在开采过程中要注意开采冒落裂隙带的沟通，使其成为充水水源。

（三）第四系孔隙水

矿区内覆盖的第四系，富水性弱，加之厚度不大，蓄水量有限，对煤矿开采影响小。

（四）老窑与采空区积水

本区小煤窑开采历史悠久，浅部老窑分布较多，且有相当量的积水，矿井内也有一定量的采空区，有大量的积水，因此老窑与采空区积水也是该矿的主要充水水源，故对矿井充水的影响大。

（五）大气降水

大气降水大多顺坡面及冲沟自然排泄，小部分沿近地表的开采裂缝、风化裂隙、构造裂隙和岩溶裂隙、落水洞等渗入地下，其充水强度与降水的强度及持续时间有着密切联系，水量在雨季明显增大，而在枯季减少。因此，要加强雨季的疏、排水工作及防洪。

二、充水通道

（一）岩石天然节理裂隙

矿区内的龙潭组（P3l）含煤地层在接近地表附近，岩石风化节理、裂隙发育，而深部则发育成岩或构造节理、裂隙，尤其是内部菱铁质细砂岩等脆性岩石更为发育，它们是地下水活动的良好通道。

（二）人为采矿冒落裂隙

采煤活动将产生大量的采矿裂隙，会导致地面裂缝，并可能引发矿井及采空区坍塌，这些裂隙也会沟通上覆含水层及地表水与含煤地层的水力联系，诱发突水，使其成为地下水活动的良好通道。

（三）断层破碎带

矿区内断层不发育，仅在西侧发育一条北东—南西向的断层F1，生产过程中可能还会遇到潜伏的断层，这些断层同样破坏了地层的完整性、连续性，降低了岩石的力学强度，加之未来矿床开采中，人工采矿裂隙大量出现，改变了断层带附近应力场和地下水的天然流场，地表水、地下水更可能沿断裂带进入矿井。

（四）老窑采空区

矿区内老窑及采空区，其废弃采面或巷道会成为老窑水、采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。

三、充水方式

XX煤矿大气降水和老窑积水是矿坑的主要充水水源，矿床主要充水含水层富水性弱，断裂构造不发育，地形有利于自然排水。因此目前矿井充水方式主要以渗水、滴水、淋水为主。

第二章  开采现状与涌水因素分析

第一节、突水水源与地下水导水通道分析

1、突水水源

矿井水害类型主要有裂隙充水、小煤窑积水、采空积水、顶底板灰岩地层含水和雨季渗水。其中裂隙充水、小煤窑积水、采空积水，为突水水源。在生产过程中必须及时添绘采掘工程平面图，表明采空区和小窑做到心中有数。

第二节、地下水导水通道分析

1、岩石天然节理裂隙

XX煤矿矿区虽然不含较大断层，经调查井筒往西约300m外有一小断层，断层一般容易造成强含水层与煤层拉近或直接造成矿井突水，若发育以塑性岩石为主的含煤地层中的小断层也会具有微弱的含水，导水性能，对矿井充水无影响，但在开采过程中应留足隔水煤柱避免因开采隔离煤柱，造成采动影响，使地面水及各含水层水通过才懂裂隙窜入进下。

2、人为采矿冒落裂隙

采煤活动产生大量的采矿裂隙，可采煤尘的顶板和底板均为弱含水岩系，矿井及采空区易坍塌，地压对围岩破坏严重，易诱发突水通道

3、老窑采空区

矿区内老窑，其废弃采面或巷道会成为老窑水，采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。

4、地面雨季水（洪水）等水患威胁

在构造和地形上，矿区冲沟发育，大气降水可通过自然冲沟排出矿区，必须加强地面大气降水的疏干和排出工作，经常性对地面进行巡视检查，及时采取措施防止由于采动影响造成地面产生大量地裂隙和滑坡，破坏地面排水系统，导致地面水进入矿井内。

第三节、雨季时涌水量

3、雨季时期涌水量：根据本矿2012年实测井下最大涌水量为35.33m3/h，最小涌水量8.9m3/h。平均涌水量22.12 m3/h。

第三章  排水设备

第一节   排水设备慨况

本矿在+956水平井底车场设有水泵房，主、副水仓。现有工作，备用，检修水泵三台。其型号： 100DF45×4，水泵额定排水量85 m3 /h，水泵额定扬程180m，电机型号：YB2-280s-2/75kw/660v。效率：63%。两趟无缝钢管管路，主排水管ø159×6无缝钢管，备用排水管 ø159×6无缝钢管. 排水高差124m，水仓容积：主水仓550m3，副水仓380m3。

第二节   水泵技术特征

水泵技术特征表

水管技术特征表

第一节联合排水试验目的

为认真贯彻落实煤矿井下排水联合试验，提高矿井防灾抗灾能力，确保雨季安全渡汛工作，根据《煤矿安全规程》第二百八十一条规定，检验工作、备用、检修水泵同时运行情况，主排水管、备用排水管同时排水状况，能否满足矿井最大涌水量时排水要求。

第二节  联合排水试验时间

    联合排水试验时间：2017年4月16日。

第三节  联合排水试验指挥部

为确保本次联合排水泵试验能够顺利进行，成立联合排水试验指挥部：

总指挥：（矿长）

副总指挥：（机电副矿长）、（总工程师）

成员：（机电队长）、（采掘副总）、（采掘工程师）、（安全矿长兼调度中心主任）、（通风队长）、（监测监控）、电工：王

一、指挥部设在矿调度室，统一指挥试验工作。

二、为确保试验安全顺利进行，同时成立电气、机械、地面测水、监测监控、资料五个专业组。

1、电气组由杨维明任组长，负责井上下供电；

2、机械组由邓强任组长,负责泵房的开停泵及管路检查维护等工作;

3、地面测水组由郭胜利任组长，负责测定水量工作，并做好记录；

4、监测监控组由黄全喜任组长，负责监测监控检查维护工作；

5、资料组由肖建国、徐才学负责，做好试验技术资料的记录收集、归档工作。

第四节  试验前的准备

1、由调度室安排人员，试验前将井下主、副水仓的吸水井进行清淤，做好储水准备，并对管路进行检查，保证能正常供排水。

2、  安排机电人员，试验前将供电线路、水泵、电机、启动开关及附属设备等检查、检修完毕，保证设备处于完好状态。

3、  准备好各种相应工具。

 4、  各级排水泵房主、备排水泵安装到位，井下有检修泵，排水泵电源双回路，两趟排水管路能互相置换。

第五章联合排水试验

第一节  试验相关参数

1、 主、副水仓容积能满足8h以上矿井最大涌水量要求。

矿井8h最大涌水量Q=35.33m3/h×8h=282.m3。

2、单台泵排水能力能满足20h内能排出矿井24h正常涌水量。

矿井24h正常涌水量Q=7.08m3/h×24h=169.92m3。

3、 主、备二台水泵排水能力能满足20h内能排出矿井24h最大涌水量。

矿井24h最大涌水量Q=35.33m3/h×24h=847.92m3。

4、 检验各种设备、各部门联合协调能力。

第二节  联合排水试验

2013年4月16日10:10，总指挥张守元在调度室下达开始命令，地面绞车、地面空压机和井下液压泵停止供电和运转，副总指挥吴艳兵在水泵房下达开始联合排水试验命令。

1、 水泵操作人员接到命令后，按下1号主排水泵启动按钮，启动电机。

2、 启动电机5秒钟后，打开水阀，进行排水。

3、 然后依次间隔10分钟启动2号泵和3号泵，即先启动工作水泵—再启动备用水泵—最后启动检修水泵，进行联合排水。

4、 正常运转后每开一台水泵必须向指挥部汇报，待地面测完出水量后由地面负责人通知增开一台水泵。

5、 技术员每隔10分钟在各点记录水泵运转前、后的有关电压、电流、压力和真空度等数据。

6、 水文人员在地面水沟水文观测点对每增开一台水泵所排出的水量、流速进行测量并记录，并及时向调度指挥中心汇报运行状况。

经过两个小时的紧张演习，水泵工接到总指挥结束命令后，根据井下涌水量逐台关机。

第三节  联合排水试验记录

1、试验性质：联合排水试验

2、实验地点：+956水平水泵房

3、试验时间：2013年4月16日

水泵运行记录表

泵房名称：井下+956水平水泵房    日期：   2013年4月16日

水泵

泵房名称：井下+956水平水泵房        日期： 2013年4月16日

h=169.92m3÷144.6m³÷2h=1.18h。

5、两管两泵实测记录：2小时能抽完水仓315.6m³蓄水。按两台水泵排水计算，抽出水仓24h最大涌水量所需时间 ：

 h=847.92m3÷292.8m³÷2h=2.9h。

设备实测记录：电动机轴温为35℃，泵房温度18℃，水泵运转正常,平均1台水泵流量:72.9m³/h，水泵平均效率：72.9÷83=87.8%。管路无漏水迹象。

第六章  结  论

技术员在各点记录水泵运转前、后的有关电压、电流、压力和真空度等数据，符合规定值。

一、水仓容量

矿井正常涌水量1小时为7.08m3/h，8小时正常涌水量：

Q=7.08m3/h×8h=56.m3。

水仓容积：主水仓550m3，副水仓380m3。

结论：水仓容积大于8小时正常涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百八十条要求。

二、排水能力

1、按一台水泵开启运转计算，20h排水能力为：

Q排=54.6m3/h×20h=1092m3。

矿井24h正常涌水量Q=7.08m3/h×24h=169.92m3。

结论：20h排水能力大于矿井24h正常涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百七十要求。

2、按二台水泵同时开启运转计算，20h排水能力为：

Q排=109.2 m3/h×20h=2184m3。

矿井24h最大涌水量Q=35.33m3/h×24h=847.92m3。

结论：20h排水能力大于矿井24h最大涌水量，符合《煤矿安全规程》第二百七十要求。

三、其它相关要求

水泵联合运行中，水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路运行正常，矿井排水系统满足《煤矿安全规程》第二百七十、第二百八十条、第二百八十一条的规定要求。

四、结论

这次联合排水试验，用时两个小时，通过对排水系统的联合排水能力各项指标的测定，矿井排水系统满足《煤矿安全规程》第二百七十、第二百八十条、第二百八十一条的规定要求。

附：水泵和排水系统效率计算

水泵和排水系统效率计算

1、水泵的有效功率是指水泵输出功率，即水通过水泵获得的功率，可按下式计算：

Pr=QrH／60·102

式中    Pr—水泵的有效功率（kw）

        Q—水泵流量（m³／min）

        H—水泵总扬程（mh2O）

        r—水的比重（kg／m³），清水等于1000（kg／m³），海水等于1020（kg／m³）

对于矿井水一般含有泥沙应实测确定。

2、水泵的轴功率是指水泵输出功率，当水泵直接由电动机带动时，就等于电动机的生产功率。轴功率还可以根据测到的扭转力矩按下式计算：

P=M·n／974

式中     P—水泵轴功率（kw）

         M—水泵轴上的扭转力矩（kg-m）

         n—水泵转速（v.p.m）

水泵和排水系统效率计算

1、水泵效率是指水泵有效功率与轴功率之比  即：

η= Pr／P= QrH／60·102 P

式中    η—水泵效率（%）

2、管路效率是指水泵排水垂高与总扬程之比 即：

ηg =H2/H

式中    ηg—管路效率（%）

3、排水系统效率是指排水设备的总效率等于水泵效率、管路效率和电动机效率的乘积  即：

ηc=η·ηg·ηd= QrH／60·102 PH2/H·=Qr H2／60*102 Pd

式中    ηc—排水系统效率（%）

         Pd—电动机输入功率（kw）

        ηd—电动机效率（%）