煤矿立井排水管路布置研究

在采矿过程中, 随时有来自大气降水、地表水和地下水的矿水涌入矿井。为保证矿井正常生产必须随时将矿水排出, 否则就有被淹没的危险, 这项任务是由矿井主排水系统完成的。煤矿井筒排水管路是矿井排水系统的重要组成部分。根据对我国大多数矿井排水系统的统计情况, 一般其排水能力为 (60～3000) m3/h, 排水管路直径为φ108mm～φ426mm。

根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》规定:在排水管路下部应设置弯头管座 (带座弯头) 或直管座及其支承梁;当排水管路垂高较大时, 宜在中间加设若干直管座及其支承梁, 其间距可取1 0 0 m～150m。

由于井筒中除安装提升容器外, 还需布置梯子间, 敷设下井电缆、压风管路、消防洒水管路等, 因此, 在井筒有限的空间里, 需要设计人员合理安排排水管路及各托管梁的布置形式。

1 排水管路在底部托管梁处的布置

底部托管梁承受的载荷比较复杂, 包括该段管路和管件的重量以及管内全部水的重量, 还要考虑突然停电时排水系统产生的水锤冲击。因此底部托管梁的尺寸比较大, 尤其是对于一些排水管径较粗、井筒较深的矿井, 例如某大型矿井底部托管梁采用的是1400mm×400mm型焊接H型钢。目前, 排水管路在底部托管梁处的安装形式主要有两种:一是采用两个焊接H型钢或工字钢平行布置, 共同支承弯头管座 (见图一) , 此时排水管路作用在底梁上的力由两个型钢平均来承担;二是在管子道上方10m左右采用底部托管梁支承一个直管座 (见图2) 。

对于排水管径较大或井筒较深的矿井, 安装排水管路在两趟以上时, 底部托管梁承受的力相当大, 一般采用第一种安装方式。此时排水管路在管子道进入井筒的部分是单排平行布置的。该形式的优点是底部托管梁受力好;缺点是要增加另开一段管子道的巷道工程。

对于排水管径较小的矿井, 可采用第二种安装方式。此时, 底部托管梁在管子道上方布置, 排水管路在管子道进入井筒的部分可以通过弯头管件来改变方向, 可以是单排垂直布置, 也可以是单排平行布置。单排垂直布置的管路在管子道靠侧壁敷设, 单排平行布置的管路在管子道架高敷设。

2 排水管路在中间托管梁处的布置

相对底部托管梁来说, 中间托管梁的受力情况较简单, 它所承受的载荷只是该段管道及管件的重量。大多数情况下, 采用两根托管次梁一端固定在托管大梁上, 一端插入井壁中支承直管座的方式, 此时每根排水管路作用在中间托管梁上的力由两个托管次梁和托管大梁共同来承担, 根据每趟排水管托管次梁在井筒的支撑长度不同, 其受力也是不同的。对于多趟大管径排水管路, 要根据井筒平面的布置情况来选择托管梁的布置形式, 一般采用两个型钢平行放置, 共同支承直管座的方式, 这种方式和底部托管梁布置的第二种方式相同 (参考图2) 。

3 排水管路在防弯梁处的布置

和以上托管梁相比, 防弯梁的受力载荷最小, 选型时按照其承受两相邻防弯梁间管路的自重计算。根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》规定:当井筒中有梯子间时, 排水管路宜靠近梯子间主梁或罐道梁, 并宜与提升容器长边平行布置。此时, 将排水管路用螺栓导向卡固定在梯子间主梁或罐道梁上, 此时该梁兼做防弯梁;有的矿井不能借用梯子间主梁或罐道梁时, 需要设独立的防弯梁, 通常防弯梁用两个托架支撑, 再用锚杆将托架固定到井壁上。为了防止挤伤管壁, 在管子和防弯梁之间需衬以垫木。

防弯梁受力虽小, 但是作用不容忽视。例如在某矿井井筒部分管路严重变形, 将螺栓挣断, 使防弯梁起不到作用。设计人员应注意, 需按照管路充水状态下的水温变化, 以及无水干管周围空气变化的幅度大小来决定管路中间是否需加装伸缩管, 以减少管路变形。施工队伍应在春秋季节安装排水管路, 以尽可能地减少因温度变化引起的管路变形;并严格按照设计图纸施工, 保证施工质量。

4 排水管路在井筒锁口出口的布置

在井筒的锁口位置, 设有锁口梁、井口操车设备基础、井架基础等, 因此排水管路在井壁上开孔时需要注意。对于两趟排水管路, 锁口出口的选择比较简单, 可以两趟管路平行布置, 也可单排垂直布置。根据矿井水处理池的位置, 通过方案对比来确定哪一种布置更经济, 更有利于施工。对于多趟管路, 应避免在井壁上开孔宽度过大, 通过地面管网的布置, 可以采用单排垂直布置或双排布置。

5 结语

随着社会的飞速发展, 人们对能源的需求量与日俱增, 矿井的产量和井筒深度也在不断增大, 井筒越深, 排水管路也会越复杂。因此, 合理布置井筒排水管路也关系到排水系统乃至矿井的安全性。

由以上分析可知, 排水管路的布置形式主要与管路趟数和管径有关, 管路趟数越少、管径越小, 选择性越多。因此根据矿井井下涌水量的大小, 选择合适的排水管路管径和管路趟数是很重要的。由于井筒的平面空间是有限的, 一般希望排水管路不要超过三趟。在布置井筒管路位置时, 采矿、机械、电气、土建等各相关专业应做好协调工作, 避免在后期的设计中出现矛盾。

摘要：井筒排水管路是矿井主排水系统的重要组成部分。在井筒有限的空间里, 需要合理安排排水管路布置形式。文章介绍了排水管路在底部托管梁、中间托管梁、防弯梁及井筒锁口出口位置的布置形式。

关键词：煤矿,立井,排水管路