CN105604605B - 复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置 - Google Patents
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Abstract
复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置属于地下矿山排水技术领域，尤其涉及复杂大水地下矿山矿井防突水装置。特点是本装置由设防沉淀池、设防水仓、配水巷、设防水泵房及高扬程深井潜水泵、设防排水管道、钻孔排水管连接连通，设于水仓联巷、穿脉巷、1#运输巷和2#运输巷之间的稳定岩层中，由设于入口联巷的2#水沟挡板与所述的排水沟连接，用于深井潜水泵的配电房设于井上地面上，构成独立的排水通道。与现有技术相比，优点是：构思新颖，结构简单、合理，运行可靠；井下突发性大量涌水时，本装置排水能力强，能连续长时间运行，及时、高效地排出井下涌水；井底车场完全被两座防水闸门隔离，井下人员能安全撤离到地表，确保矿山生产及人身安全。
Description
技术领域
本发明属于地下矿山排水技术领域，尤其涉及复杂大水地下矿山矿井防突水系统。
背景技术
随着地下采矿业的快速发展，矿井开采深度越来越深，规模越来越大。矿井开拓及采矿过程中，不可避免地要接近、揭露或波及破坏某些水体或含水层，揭露的地下水必须及时排出地表，矿井才能安全生产。因此，矿井排水系统是地下矿山基建和生产过程中最重要的安全环节。
所述的大水矿井是指排水量大于1万m3/d，或最大涌水量大于正常涌水量2倍以上的矿山。现在大水矿井常采用卧式水泵排水装置，在井下最低的运输水平下设置排水沟、防水闸门、水仓、水泵房和配电房，利用安装在水泵房内的卧式水泵将汇聚在水仓内的水通过沿井壁敷设的排水管道排出地表。例如，安徽境内的罗河铁矿，坑内总涌水量为1.087万m3/d，最大涌水量为6.74万m3/d，水仓、水泵房设在-620m水平，水泵房内设置DDM360-75×10型水泵11台，正常涌水时2台工作，其余水泵备用检修，排水管道为直径426×15的无缝钢管3根；张庄铁矿，坑内总涌水量为1.133万m3/d，最大涌水量为2.8353万m3/d，水仓、水泵房设在-480m水平，水泵房内设置KD450-60×10型水泵5台，正常涌水时2台工作，其余水泵备用检修，排水管道为直径377×13的无缝钢管3根；白象山铁矿，坑内总涌水量为1.6万m3/d，最大涌水量为3.0万m3/d，水仓、水泵房设在-495m水平，水泵房内设置DM500-60/84×9型水泵5台，正常涌水时2台工作，2台备用，1台检修，排水管道为直径436×18的无缝钢管2根。虽然这种排水系统都满足正常涌水及最大涌水量的排水能力，但是存在明显缺陷：卧式水泵要设在基础上，灵活性差，安装难度大，劳动强度大，对水质要求高，运行时间有限，稳定性差、检修频繁，检修困难，备件消耗多，成本高，不适用于排除复杂大水矿井的突发性涌水；特别是，大水地下矿山水文地质条件异常复杂，裂隙发育、断层富水导水性强、溶洞富水，江河池塘等地表水与地下含水层紧密联系不断补给。这些复杂因素导致每个矿井的水文地质条件具有显著的差异性、较大的危害性。虽然每个矿井在基建和采矿过程中对地下含水层进行大量的探测、分析和研究，但是，由于现有技术的局限性及地下的未知性和不可预见性，导致突发性大量涌水，矿井“瞬间”涌出远远超过设计的最大涌水量，卧式水泵排水系统能“排”不能“防”，虽然设有备用水泵，仍无法及时排出短时间内突发性大量涌水，毗邻卧式水泵房的供配电系统被淹，卧式水泵无法工作，排水系统瘫痪，矿井被淹，人员无法及时安全撤离，严重影响矿山生产，危及人身、财产安全。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提拱一种复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，装置机构稳定，操作方便，运行可靠，排水能力强能，当井下突发性大量涌水时，能连续长时间运行，及时、高效地除井下突发性涌水，确保证矿山生产及人身安全。
复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，包括在井底车场副井附近的卧式水泵排水装置，所述的卧式水泵排水装置由排水沟、防水闸门、沉淀池、水仓、卧式水泵房、配电房、井筒排水管道构成，所述的水仓容积，卧式水泵的能力、数量及排水管道管径大小、数量的选择应能满足在20小时内排出矿井24小时的设计最大涌水量，其特点是本装置还由设防沉淀池、设防水仓、配水巷、设防水泵房及高扬程深井潜水泵、设防排水管道、钻孔排水管连接连通构成，设于水仓联巷、穿脉巷、1#运输巷和2#运输巷之间的稳定岩层中，由设于入口联巷的2#水沟挡板与所述的排水沟连接，用于深井潜水泵的配电房设于井上地面上，构成独立的排水通道；防水闸门设置在运输巷内，设防水仓与运输巷底板下的排水沟连通；设防水泵房紧挨设防水仓，设防水泵房内至少安装两台高扬程深井潜水泵；所述的钻孔从地表垂直通向井下设防水泵房旁侧钻孔联巷，钻孔内设置设防排水管道，设防排水管道一端连接深井潜水泵、另一端露出地面排除井下突发性涌水；所述的设防联巷与1#运输巷联通，用于施工钻孔联巷和设防水泵房。
进一步改进，所述的1#运输巷、2#运输巷、水仓联巷、穿脉巷及井底车场巷道底板以下设置排水沟；所述的防水闸门至少设置2座，分别设在1#运输巷和2#运输巷稳定岩层中；防水闸门抗压等级比运输巷静水压力高一等级配置，安装在防水闸门硐室上，防水闸门关闭后能够抗水压密闭不透水；所述的防水闸门硐室为双层钢筋混凝土结构。
进一步改进，所述的设防水仓至少为两条，所述的设防水仓依次设入口联巷、设防沉淀池、斜巷、设防水巷和配水巷；所述的入口联巷为平巷、端部设2#水沟挡板与1#运输巷排水沟连通；所述的设防沉淀池标高比1#运输巷排水沟底板标高至少低3m，容积大于300立方米；所述的斜巷底板坡度大于10％，向设防水泵房倾斜；所述的设防水巷为平巷，净面积大于15平方米、底板标高比入口联巷底板标高至少低5m；所述的配水巷为平巷、连接连通两个设防水巷；所述的设防水仓为矩形/半圆拱/三心拱断面形式。
进一步改进，所述的设防水泵房为厚度至少300mm的混凝土砌碹/喷射混凝土支护，通过配水巷的出水口与配水巷相连，底板比配水巷底板标高至少低1.5m，比钻孔联巷底板标高至少低5.0m，空间尺寸应能满足高扬程深井潜水泵布置工艺要求；设防水泵房内设行车，用于安装设防高扬程深井潜水泵；所述的设防水泵房安装至少两台高扬程深井潜水泵，流量不小于1450m3/h，高扬程深井潜水泵能0°～90°放置，完全浸没在深水中排水效率最佳，扬程大于地表至设防水泵房底板垂直高度。
进一步改进，所述的配水巷的出水口安装水仓篦子，水仓篦子外框采用不小于50mm×50mm×6mm的角钢、内焊φ10mm圆钢构成网格，间距50mm×50mm，以便挡住水仓内的垃圾。
进一步改进，所述的钻孔为从地表至设防水泵房水平的垂直钻孔，钻孔直径大于φ630mm，钻孔内设φ530mm×18mm的无缝钢管,钻孔内壁与无缝钢管之间水泥注浆充实；无缝钢管内孔分别为高扬程深井潜水泵的排水管道和高压电缆及控制回路电缆。
进一步改进，所述的高扬程深井潜水泵与钻孔排水管配合由无缝钢管排水管相连，形状依据现场而定；无缝钢管排水管依次设置电动闸阀和旋启式止回阀；所述的无缝钢管排水管与底板之间设置设定数量管墩，并予以固定，以保证无缝钢管排水管排水时的稳定性。
进一步改进，所述的电缆钻孔设置两路高压电缆及控制回路电缆；高压电缆从配电房穿过钻孔连接至高扬程深井潜水泵，为高扬程深井潜水泵提供高压电源；控制回路电缆从配电房穿过钻孔连接至设防水泵房，根据设防水泵房设定的水位高低信号，由控制回路反馈至设防地表配电房，自动开启或关闭高扬程深井潜水泵，水泵房实现无人看守。
进一步改进，所述的钻孔在设防水泵房水平位置，通过钻孔联巷与设防高扬程深井潜水泵房相连；所述的钻孔联巷与1#运输巷通过设防联巷相连。
使用时，正常涌水由卧式水泵排水系统排水。井下突发性大量涌水后，卧式水泵排水系统达到报警水位无法排出涌水时，打开设防水仓入口联巷端部的2#水沟挡板，水迅速分流进入设防水仓，通过配水巷的出水口流向设防水泵房；设防水泵房水位到达设定高度后，设防地表配电房内的控制回路自动开启设防高扬程深井潜水泵排水，卧式水泵排水系统与本装置同时运行；如果水位仍降不下来时，表明排水能力已达到极限，矿井此时处于高度危险境界，应及时关闭1#水沟挡板，减弱向井底车场水沟内的水流压力，迅速关闭两座防水闸门，人员安全从副井撤离到井口地表。这样，两座防水闸门挡住突发性涌水，将整个井下运输水平巷道及采场当作巨大水仓，缓冲涌水，通过地面设防配电房直接控制设防高扬程深井潜水泵，连续不断将井下涌水通过钻孔排水管排出地表。
与现有技术相比，优点是：构思新颖，结构简单、合理，运行可靠；当井下突发性大量涌水时，本装置排水能力强，能连续长时间运行，及时、高效地排出井下涌水；井底车场完全被两座防水闸门隔离，井下人员能安全撤离到地表；卧式水泵排水系统排除井下正常涌水是基础，本装置排除本装置井下突发性大量涌水是保障，两套系统相互独立又联动运行，从而保证矿山生产及人身安全。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置结构示意图。
图2是图1之设防水泵房结构示意图。
图3是图2之俯视图。
图中：1-井底车场、2-副井、3-水仓联巷、4-1#运输巷、5-2#运输巷、6-防水闸门、7-沉淀池、8-水仓、9-卧式水泵房、10-配电房、11-卧式水泵、12-井筒排水管、13-钻孔排水管、14-钻孔电缆管、15-排水沟、16-设防联巷、17-1#水沟挡板、18入口联巷、18.1 2#水沟挡板、19-穿脉巷、20-设防沉淀池、21-设防水仓、22-配水巷、23-设防水泵房、24-设防高扬程深井潜水泵、25-钻孔联巷、26-设防排水管、27-配水巷的出水口、28-水仓篦子、29-旋启式止回阀、30-电动闸阀、31-管墩、32-行车、33-高压电缆、34-控制回路电缆、35-钻孔、36-设防地表配电房、37-地表。
具体实施方式
图1、图2、图3所示白象山铁矿地下矿井排水装置，白象山铁矿坑内总涌水量为1.6万m3/d，最大涌水量为3.0万m3/d，在井底车场副井附近的卧式水泵排水装置，卧式水泵排水装置由排水沟15、防水闸门6、沉淀池7、水仓8、卧式水泵房9、配电房10、井筒排水管道12构成，水仓、水泵房设在-495m水平，水泵房内设置DM500-60/84×9型水泵5台，正常涌水时2台工作，2台备用，1台检修，排水管道为直径436×18的无缝钢管2根。复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置还由设防沉淀池20、设防水仓21、配水巷22、设防水泵房23及高扬程深井潜水泵24、设防排水管26、钻孔排水管13连接连通构成，设于水仓联巷3、穿脉巷19、1#运输巷4和2#运输巷5之间的稳定岩层中，由设于入口联巷18的2#水沟挡板18.1与所述的排水沟15连接，用于深井潜水泵的配电房36设于井上地面37上，构成独立的排水通道；防水闸门6设置在运输巷内，设防联巷16与运输巷底板下的排水沟连通；设防水泵房紧挨设防水仓，设防水泵房内至少安装两台高扬程深井潜水泵；所述的钻孔35从地表垂直通向井下设防水泵房旁侧钻孔联巷25，钻孔内设置设防排水管26，设防排水管26一端连接深井潜水泵、另一端露出地面排除井下突发性涌水；所述的设防联巷16与1#运输巷4连通，用于施工钻孔联巷和设防水泵房。
由图1、图2、图3可以看出，所述的1#运输巷、2#运输巷、水仓联巷、穿脉巷及井底车场巷道1底板以下设置排水沟；所述的防水闸门6至少设置2座，分别设在1#运输巷和2#运输巷稳定岩层中；防水闸门抗压等级比运输巷静水压力高一等级配置，安装在防水闸门硐室上(图中未标注)，防水闸门关闭后能够抗水压密闭不透水；所述的防水闸门硐室为双层钢筋混凝土结构。
由图1、图2、图3可以看出，所述的设防水仓21至少为两条，设防水仓21依次设入口联巷18、设防沉淀池20、斜巷、设防水巷和配水巷；所述的入口联巷为平巷、端部设2#水沟挡板与1#运输巷排水沟连通；所述的设防沉淀池标高比1#运输巷排水沟底板标高至少低3m，容积大于300立方米；所述的斜巷(图中未标注)底板坡度大于10％，向设防水泵房倾斜；所述的设防水巷为平巷(图中未标注)，净面积大于15平方米、底板标高比入口联巷底板标高至少低5m；所述的配水巷22为平巷、连接连通两个设防水巷；所述的设防水仓为矩形/半圆拱/三心拱断面形式(图中未标注)。
由图1、图2、图3可以看出，所述的设防水泵房23为厚度至少300mm的混凝土砌碹/喷射混凝土支护，通过配水巷的出水口27与配水巷相连，底板比配水巷22底板标高至少低1.5m，比钻孔联巷25底板标高至少低5.0m，空间尺寸应能满足高扬程深井潜水泵布置工艺要求；设防水泵房内设行车32，用于安装设防高扬程深井潜水泵；所述的设防水泵房安装至少两台高扬程深井潜水泵，流量不小于1450m3/h，高扬程深井潜水泵能0°～90°放置，完全浸没在深水中排水效率最佳，扬程大于地表至设防水泵房底板垂直高度。
由图1、图2、图3可以看出，所述的配水巷的出水口27安装水仓篦子28，水仓篦子外框采用不小于50mm×50mm×6mm的角钢、内焊φ10mm圆钢构成网格，间距50mm×50mm，以便挡住水仓内的垃圾。
由图1、图2、图3可以看出，所述的钻孔为从地表至设防水泵房水平的垂直钻孔，钻孔直径大于φ630mm，钻孔内设φ530mm×18mm的无缝钢管,钻孔内壁与无缝钢管之间水泥注浆充实；无缝钢管内孔分别为高扬程深井潜水泵的排水管道和高压电缆33及控制回路电缆34。
由图1、图2、图3可以看出，所述的高扬程深井潜水泵与钻孔排水管13配合由无缝钢管排水管相连，形状依据现场而定；无缝钢管排水管依次设置电动闸阀30和旋启式止回阀29；所述的无缝钢管排水管与底板之间设置设定数量管墩31，并予以固定，以保证无缝钢管排水管排水时的稳定性。
由图1、图2、图3可以看出，所述的电缆钻孔设置两路高压电缆及控制回路电缆；高压电缆从配电房36穿过钻孔连接至高扬程深井潜水泵24，为高扬程深井潜水泵提供高压电源；控制回路电缆从配电房穿过钻孔连接至设防水泵房，根据设防水泵房设定的水位高低信号，由控制回路反馈至配电房，自动开启或关闭高扬程深井潜水泵，水泵房实现无人看守。
由图1、图2、图3可以看出，所述的钻孔在设防高扬程深井潜水泵房水平位置通过钻孔联巷25与设防水泵房23相连；所述的钻孔联巷25与1#运输巷通过设防联巷16相连。
使用时，正常涌水量排水，由卧式水泵排水系统排水。井下突发性大量涌水后，卧式水泵排水系统达到报警水位无法排出涌水时，打开设防水仓入口联巷端部的2#水沟挡板，水迅速分流进入设防水仓，通过配水巷的出水口流向设防水泵房；设防水泵房水位到达设定高度后，设防地表配电房内的控制回路自动开启设防高扬程深井潜水泵排水，卧式水泵排水系统与本装置同时运行；如果水位仍降不下来时，表明排水能力已达到极限，矿井此时处于高度危险境界，应及时关闭1#水沟挡板，减弱向井底车场水沟内的水流压力，迅速关闭两座防水闸门，人员安全从副井撤离到井口地表。这样，两座防水闸门挡住突发性涌水，将整个井下运输水平巷道及采场当作巨大水仓，缓冲涌水，通过地面设防配电房直接控制设防高扬程深井潜水泵，连续不断将井下涌水通过钻孔排水管排出地表。
Claims (8)
1.复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，包括井底车场副井附近的卧式水泵排水装置，所述的卧式水泵排水装置由排水沟(15)、防水闸门(6)、沉淀池(7)、水仓(8)、卧式水泵房(9)、配电房(10)、井筒排水管道(12)构成，其特征在于，本装置还由设防沉淀池(20)、设防水仓(21)、配水巷(22)、设防水泵房(23)及高扬程深井潜水泵(24)、设防排水管道(26)、钻孔排水管(13)连接连通构成，设于水仓联巷(3)、穿脉巷(19)、1#运输巷(4)和2#运输巷(5)之间的稳定岩层中，由设于入口联巷(18)的2#水沟挡板(18.1)与所述的排水沟(15)连接，用于深井潜水泵的配电房(36)设于井上地面(37)上，构成独立的排水通道；防水闸门(6)设置在运输巷内，设防联巷(16)与运输巷底板下的排水沟连通；设防水泵房紧挨设防水仓，设防水泵房内至少安装两台高扬程深井潜水泵；钻孔(35)为从地表垂直通向井下设防水泵房旁侧钻孔联巷(25)，钻孔内设置设防排水管道(26)，设防排水管道(26)一端连接深井潜水泵、另一端露出地面排除井下突发性涌水；所述的设防联巷(16)与1#运输巷(4)联通，用于施工钻孔联巷和设防水泵房。
2.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的设防水仓(21)至少为两条，所述的设防水仓(21)依次设入口联巷(18)、设防沉淀池(20)、斜巷、设防水巷和配水巷；所述的入口联巷为平巷、端部设2#水沟挡板与1#运输巷排水沟连通；所述的设防沉淀池标高比1#运输巷排水沟底板标高至少低3m，容积大于300立方米；所述的斜巷底板坡度大于10％，向设防水泵房倾斜；所述的设防水巷为平巷，净面积大于15平方米、底板标高比入口联巷底板标高至少低5m；所述的配水巷(22)为平巷、连接连通两个设防水巷；所述的设防水仓为矩形/半圆拱/三心拱断面形式。
3.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的设防水泵房(23)为厚度至少300mm的混凝土砌碹/喷射混凝土支护，通过配水巷的出水口(27)与配水巷相连，底板比配水巷(22)底板标高至少低1.5m，比钻孔联巷(25)底板标高至少低5.0m，空间尺寸应能满足高扬程深井潜水泵布置工艺要求；设防水泵房内设行车(32)，用于安装设防高扬程深井潜水泵；所述的设防水泵房安装至少两台高扬程深井潜水泵，流量不小于1450m3/h，高扬程深井潜水泵能0°～90°放置，完全浸没在深水中排水效率最佳，扬程大于地表至设防水泵房底板垂直高度。
4.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的配水巷的出水口(27)安装水仓篦子(28)，水仓篦子外框采用不小于50mm×50mm×6mm的角钢、内焊φ10mm圆钢构成网格，间距50mm×50mm，以便挡住水仓内的垃圾。
5.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的钻孔为从地表至设防水泵房水平的垂直钻孔，钻孔直径大于φ630mm，钻孔内设φ530mm×18mm的无缝钢管,钻孔内壁与无缝钢管之间水泥注浆充实；无缝钢管内孔分别为高扬程深井潜水泵的排水管道和高压电缆(33)及控制回路电缆(34)。
6.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的高扬程深井潜水泵与钻孔排水管(13)配合由无缝钢管排水管相连，形状依据现场而定；无缝钢管排水管依次设置电动闸阀(30)和旋启式止回阀(29)；所述的无缝钢管排水管与底板之间设置设定数量管墩(31)，并予以固定，以保证无缝钢管排水管排水时的稳定性。
7.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的钻孔(35)设置两路高压电缆及控制回路电缆；高压电缆从配电房(36)穿过钻孔连接至高扬程深井潜水泵(24)，为高扬程深井潜水泵提供高压电源；控制回路电缆从配电房穿过钻孔连接至设防水泵房，根据设防水泵房设定的水位高低信号，由控制回路反馈至配电房，自动开启或关闭高扬程深井潜水泵，水泵房实现无人看守。
8.根据权利要求1所述的复杂大水矿山地下矿井防突发涌水装置，其特征在于所述的钻孔在设防高扬程深井潜水泵房水平位置通过钻孔联巷(25)与设防水泵房(23)相连；所述的钻孔联巷(25)与1#运输巷通过设防联巷(16)相连。
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