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接力排水
排水独立性强
疏干排水效果好
1.分散，管理不便
2.工程量有时较大
矿床规模大，水量大，走向长，井筒个数多，或矿区内水文地质、水质变化大的矿山
个别情况下，如涌水量小的浅部矿体，距井底车场较远，设计可以采用小井或大钻孔做排水管将水直接排至地表。
设计中，分区或集中排水方案应根据矿山具体地质，水文地质条件、开拓和开车顺序等，通过多方案比较后确定。
一般情况下都采用集中排水，矿井较深、水量较大时，采用接力排水。
矿井水文地质复杂、涌水量大时，初期的主排水泵站不宜设在最低水平。
1.3矿井排水系统的选择
1.3.1系统方案选择内容和原则
地下矿排水系统包括两方面的内容：
就平面而论，有集中排水和分区排水之分。
若矿区范围不大，通常采用集中排水；
若矿区范围很大，井筒数目较多，可以考虑分区排水，各分区自成系统。
就立面而论，有一段排水和分段排水之分。
若矿井开采水平数不多，且下水平涌水量大于上水平涌水量时，通常采用一段排水，即将泵房建在最下水平，一次将水排至地表，若矿井较深，开采水平数较多，则情况比较复杂，一般应通过技术经济比较来确定排水系统。
采用一段排水，系统简单，开拓工程量少，基建投资和管理费用低；
但上一水平的水要流到下一水平再排出，则增加了电耗。
在一般情况下，若上部水平涌水量很大，下部水平涌水量很小，宜采用分段排水（主排水泵站通常建立在涌水量最大的水平）；
反之，宜采用一般排水。
当采用一段排水时，应按照节能的原则，尽可能利用上部水平涌水的位能。
在技术经济合理的前提下，排水系统应尽量简化。
1.3.2矿井排水系统的选择
概况开采中段一共分为三部分，第一中段标高为150m，第二中段标高为125m，第三中段标高为100m。
并且预测未来矿坑开采至最低水平即150m时正常涌水量1000m3/d，最大涌水量1500m3/d。
而且由前面的原始资料可知，三个水平面的涌水量是由上而下成倍增加，因此可以采用前面所列出的排水方式中的有泄水管（孔）的直接排水系统，第一、第二水平面可以设置泄水管（泄水孔）通至第三水平面，中央泵房置于第三水平面处，再通过主斜井将水排出地面。
1.4矿井排水系统设计方案（如下图1.4）
图2-1矿井排水系统图
第2章排水设备的选择计算
2.1排水设备选择的一般原则
（1）在雨季长涌水量大的矿井中，井下主排水设备应由同类型三台泵组成，其中任意一台泵的排水能力，必须在20h内排出一昼夜的正常涌水量（包括充填水及其他用水）；
两台同时工作时，能在20h内排出一昼夜的最大涌水量。
当井下正常涌水量需要两台或多于两台同类型水泵才能排出时，备用水泵的能力应不少于正常工作水泵能力的50%；
检修水泵可视具体情况设置1-2台。
当井下最大涌水量超过正常涌水量一倍以上时，水泵台数除至少应有一台备用外，其余水泵应能在20h内排除一昼夜最大涌水量。
（2）在雨季短的地区，正常涌水量不大于50m3/h，并且最大涌水量不大于100m3/h的矿井，主排水设备可以安设两台同类型水泵，而其中任意一台都能在20h内排出矿井24h的正常涌水量。
（3）对涌水量大、水文地质条件复杂、有突然涌水可能的矿山，应根据情况增设水泵，或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。
必要时，应辅之以其他防治水措施，如预先疏干或局部堵水等，综合治理；
或选择防淹的潜水泵排水。
2.2按正常涌水量和排水高度初选水泵
2.2.1按正常涌水量确定排水设备所必须的排水能力
排水设备所必须的排水能力可以根据此公式进行计算：
（2-1）
式中：
Q-正常涌水期排水设备所必须的排水能力，m3/h；
Qzh-矿井正常涌水量，m3/d。
则：
2.2.2按最大涌水量确定排水设备所必须的排水能力
（2-2）
Qmax′-最大涌水期排水设备所必须的排水能力，m3/h；
Qmax-矿井正常涌水量，m3/d。
根据式（2-2）算得排水设备所必须的排水能力为：
2.2.3按排水高度估算排水设备所需的扬程
排水设备所需的扬程可根据式（2-3）来进行计算：
（2-3）
H′-排水设备所需要的扬程，m；
HX-吸水高度，一般取HX=4～5m；
（取5m）；
HP-排水高度，可取与配水巷连接处水仓底板至排水管出口中心的高差，m。
K-扬程损失系数。
对于竖井，K=1.08～1.1，井筒深时取小值，井筒浅时取大值；
对于斜井，K=1.1～1.25，倾角大时取小值，倾角小时取大值；
依据原始资料，HP=200m，K取大值，K=1.25。
故排水设备所需的扬程为：
2.3预选水泵的型号和级数
水泵的型号规格应根据Q、H和水质情况选择。
水泵的选型主要设计工作介质、工作介质特性、扬程、流量、环境温度等数据，合适的水泵不但工作平稳，寿命长，且能为用户最大程度的节省成本。
以下是水泵选型的原则：
水泵选型要达到的目的是在满足系统需要的水量,扬程的前提下，力求高效节能。
为实现这一点，水泵选型应依照下列原则：
（1）务求所选水泵的额定流量,扬程与装置实际需要的流量,扬程相近。
这样一是减少扬程的浪费，二是使泵在等于或接近额定工况下使用，提高水泵的运行效率。
（2）所选水泵效率要高，如尽量选用大泵，因为大泵比小泵效率高。
（3）除了考虑水泵本身参数外，应充分考虑到泵联合工作时的情形，尽量使水泵在联合工作时各种情形都保持高效。
从泵类产品样本中选取水泵，最好是一台水泵就能达到所要求的排水能力。
在满足要求的各型水泵中，优先选择高效率、大流量、工作可靠、性能良好，体积小，质量小而且价格便宜的产品。
当矿水的pH值小于5时，应选用耐酸泵。
所选水泵应使之能满足水仓泵房在配置上的需要。
若采用多级水泵，其级数为：
Hi-所选水泵的单级额定扬程，m。
若求出的级数介于两整数之间，取偏上的整数当然满足要求，但取偏小整数有时也能达到要求。
这时究竟偏上还是偏下，应经过技术经济比较后才能确定。
根据排水所需泵的要求，可以选择型号为MD85-45（SL）的水泵，该泵的额定流量是Qb=85m3/h，单级扬程是45m。
于是该泵的级数为：
i=256.25÷
45=5.6944，取6级。
下图为MD85-45（SL）型泵单级性能曲线图。
图2.1MD85-45（SL）型泵性能曲线图
表2.1MD85-45（SL）型泵单级性能表
水泵型号
流量（m3/h）
扬程（m）
转速（r/min）
轴功率（kw）
电动机功率（kw）
必需汽蚀余量（m）
效率（%）
泵质量（kg）
2
55
85
100
102
90
78
2950
24.25
28.94
30.35
37
3.2
4.2
5.2
63
72
70
199
3
153
135
117
36.38
43.4
46.53
224
4
204
180
156
48.5
57.87
60.7
75
250
5
255
225
195
60.63
72.34
75.86
275
6
306
270
234
72.75
86.81
91.04
110
300
7
357
315
273
84.88
101.3
106.2
132
326
8
408
360
312
97.0
115.7
121.4
351
9
459
405
109.1
130.2
136.6
160
376
2.4确定所需水泵台数
按照《煤矿安全规程》中第278条相关规定，分别计算出水泵站内工作水泵、备用水泵、检修水泵的台数。
水泵站内水泵台数N按下面两种情况计算。
（1）正常涌水量时：
N=n1+n2+n3
工作水泵台数n1=Q1/Qb，n1=55/85=0.65，取一台。
备用水泵台数n2=0.7n1，n2=0.7×
0.65=0.46，取一台。
检修水泵台数n3=0.25n1，n3=0.25×
0.26=0.12，取一台。
所以正常涌水量时所需水泵数为3台。
（2）最大涌水量时，水泵工作台数n4=Q2/Qb，n4=80/85=0.94，取一台。
N=1+1+1=3，也是三台。
2.5效验水泵稳定性
为保证水泵工作的稳定性，应满足:
Hp+Hx=（200+5）m≤0.9H0=270m
即：
205m≤270m
通过稳定性校验，能满足要求。
第三章排水管线的选型与布置
3.1管线条数的确定
一般涌水量较大（大于50）的矿井，必须设有工作和备用水管，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。
工作管和备用管的总能力，应能配合工作水泵和备用水泵，在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
因此至少要设置两条排水管线。
3.2管线材料的选择
管线材料应视水压、水质和敷设条件而定。
此矿井为斜井，一般情况下，压力小于1MPa时，可选用铸铁管；
压力大于1MPa时，选用焊接钢管或无缝钢管。
由于井深大于100m，故压力大于1MPa，所以选用焊接钢管或无缝钢管。
3.3管径的计算
对于排送一定流量的管线来说，当采用的管径越大，其扬程损失越小，耗电越低，但所需的基建投资越大；
而采用的管径越小，扬程损失就越大，电耗越高，基建投资小。
因此，在确定管径时，必须综合考虑投资和运营两方面的问题。
3.3.1管内径的计算
（3-1）
dp-排水管内径，m；
Qe-所选水泵的额定流量，m3/h；
Vp-排水管内的流速，通常取经济流速Vp=1.5～2.2m/s来计算。
下表是无缝钢管的一些参数。
表3.1热轧无缝钢管
外径/mm
壁厚/mm
89
3.5～24.0
146
4.5～36.0
7.0～50.0
95
152
299
8.0～75.0
3.5～28.0
159
325
108
168
5.0～45.0
114
4.0～28.0
377
9.0～75.0
121
4.0～32.0
194
402
127
203
6.0～50.0
426
133
219
140
245
480
常用壁
厚尺寸
系列
2.53.03.54.04.55.05.56.06.07.07.58.08.09.09.5101112131415161718192022252830323640505660637075
从表3.1可以预选Φ203×
6.0无缝钢管，则排水内径dp=（203-2×
6.0）mm=191mm。
3.3.2吸水管内径的计算
（3-2）
dp-吸水管内径，m；
Vx-吸水管内的流速，通常取经济流速vx=1m/s来计算。
从表3.1可以预选Φ245×
7.0无缝钢管，则吸水内径dp=（245-2×
7.0）mm=231mm。
3.4壁厚验算
（3-3）
dp-所选标准内径，mm；
σz-管材许用应力，焊接钢管σz=60MPa，无缝钢管σz=80MPa；
P-管内水压，考虑流动损失，作为估算p=0.01HBMPa；
C-附加厚度。
焊接钢管C=2mm，无缝钢管C=1~2mm。
所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得值。
将dp=191mm，σz=80MPa，p=0.01×
268.8MPa≈2.7MPa，C=1.5mm代人上式可得：
δ≥99.82mm
验算上式得：
191mm≥99.82mm，因此所选壁厚合适。
3.5管路的敷设及水泵房内的布置
视井筒内的施工情况，斜井管道可以布置在人行道一侧，也可以布置在非人行道的一侧；
可以沿底板敷设，也可以沿井壁架设，当管道架在人行道上方时，管道最低点与人行踏步的净空高度不得小于1.8m。
为了防止管子下滑，架设的管子每隔一定距离应设一带拉杆的管夹子；
沿底板专用支墩敷设的管子，每隔一定距离应设一固定管卡。
矿井主排水泵房和水仓大多布置在井底车场附近。
其优点是：
可以利用巷道坡度集中矿水，利用井底车场充足而新鲜的空气冷却电动机，便于运输和提升装备，排水管路短，可就近供电，井底车场淹没时还可抢险排水并在必要时撤出装备。
水泵房应有两条对外通道，一条同井底车场，另一条通井筒。
前者是一条敷有轨道的水平道，用于出入人员和运输装备，兼作水泵房通风的出风道。
该通道内应设有工作用的栏栅门和容易关闭的既能防水又能防火的密闭门。
通向井筒的是一条斜角25°
～30°
的倾斜通道，要求通道与井筒接口处的底板至少比水泵房底板高7m，以保证在井底车场淹没而且密闭门封闭情况下还有对外通道，此通道内敷设排水管和电缆并引向井筒，还敷有运输装备的轨道，同时兼作水泵房的进风道。
水泵房底板应比井底车场轨面高出0.5m，其目的是在遇到突然涌水时，能够有条件利用井底车场面积达，水面上升缓慢的特点，争取时间采取密封措施保护水泵房。
水仓与水泵房之间用水管沟通，在水泵房一侧的管端安装进水闸阀，以便调节进入配水井的水量。
水泵房内的轨面与底板平齐，道间挖设电缆沟。
具有两条排水管和三台水泵机组的传统布置于图3.1。
各台机组的控制闸阀和止回阀门均串接在各自水泵出口处，而后经过三通管和联络管分别与两条排水管接通。
联络管上闸阀的启闭决定着哪一条排水管备用，哪一条工作。
每台水泵的进水管分别插入各自的进水井，这样可以减短进水管长度，有利于防止发生汽蚀。
管路和水泵机组台数不同的类似系统于图3.2.它们的共同点是任意一台水泵机组可以用其中的任意一条管路排水。
图3.3表示三台水泵机组两条管路，在吸水管上加装升压泵的系统。
由于在吸水管上加装了升压泵，因而进水管长短对汽蚀的影响降低到了非常次要的地位，这样就可以将几台水泵机组的进水管布置在一口进水井内，以减少开拓进水井的工程量。
上述各装置系统的共同缺点是闸阀布置在各分支管上，假若各闸阀都是电动的，虽然可免去工作操作的不便，但维修空间不足的缺点仍然存在。
这一缺点给动手操作闸阀人员带来不便。
3.6管线长度的估算
排水管长度可估算为：
Lp=Hsy+（40～50）m=205+（40～50）m=（245～255）m
取Lp=250m，吸水管长度可估算为Lx=5m。
第四章水仓的设计及其设计平面图
水仓一般由两个断面相同、间隔15～20m的巷道组成，其中一条正常使用，另一条用于清理或维护。
4.1水仓设计的一般规定和要求
（1）井下主要水仓的布置方式一般与井底车场设计同时确定。
水仓入口一般应设在车场或大巷的最低点。
（2）水仓应由两个或两组独立的巷道系统组成。
涌水量较大的矿井，每条水仓的容积应能容纳2-4小时井下正常涌水量。
一般矿井主要水仓总容积，应能容纳6-8小时的正常涌水量。
（3）水仓断面大小，应根据容量、围岩、布置条件和清仓设备的需要确定，并应使水仓顶板标高不高于水仓入口水沟底板。
水仓高度一般不应小于2m，容量大的水仓，应适当加大断面，一缩短水仓长度。
（4）泥沙大的矿井，其水仓应采用机械清理，设计中应予充分考虑。
（5）设沉淀池的水仓，根据沉淀、清理和备用的需要，一般分多组进行布置，每组水仓分沉淀仓和清水仓两部分。
4.2水仓设计及计算
4.2.1水仓容量
按规定是新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000立方米每时及其以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。
正常涌水量大于1000m3每时的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：
V=2（Q+3000）（4-1）
V-主要水仓的有效容量，m3；
Q-矿井正常涌水量，m3／h。
但主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量。
采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。
根据本矿正常涌水量QB=55m3/h＜1000m3，，所以主要水仓的容量：
V=8×
55m3，=440m3
4.2.2水仓断面
水仓断面的大小，应根据容量、围岩、布置条件和清仓设备的需要确定，并应使水仓顶板标高不高于水仓进水口水沟地板。
水仓高度一般不应小于2m，容量大的水仓，应适当加大断面，以缩短水仓长度。
因此，该矿水仓高度设计为3m，因全矿井8小时的正常涌水量，即水仓容量为440m3，水仓断面设为6m2。
4.2.3水仓长度
水仓的总长度：
L=V/S=440/6m=73.3m（4-2）
V——水仓的有效容量，m3；
S——水仓的净断面积，㎡。
4.3车场及水仓设计图
图4.1水泵房位置图
1-主斜井;
2-水泵房;
3-中央变电所;
4-水仓;
5-井底车场;
6-管子道
第5章矿山存在的水害问题及其防治
5.1矿山水的主要来源
矿山水的来源主要有：
地下水、地表水、自然降雨、老窿水（废弃的积水井巷）。
5.2矿井水灾的预测和突水预兆
5.2.1矿井水灾的预测
矿井水灾的预测是指矿井在开采前，根据地质勘探的水文地质资料及专门进行的水害调查资料，确定矿井水灾的危险程度，并编制矿井水灾预测图。
（1）矿井水灾危险程度的确定
①用突水系数来确定矿井水害的危险程度。
突水系数是含水层中静水压力（kPa）与隔水层厚度（m）的比值，其物理意义是单位隔水层厚度所能承受的极限水压值。
②按水文地质的影响因素来确定矿井水害的危险程度。
该方法是按水文地质的复杂程度将矿区的水害危险程度划分为5个等级。
（2）矿井水灾预测图的编制。
根据隔水层厚度和矿区各地段的水压值，计算某开采水平的突水系数，编制相应比例的简单突水预测图，然后根据矿区突水系数的临界值，圈定安全区和危险区。
水灾预测图的另一种编制方法是在开采平面图上圈定地下水灾的等级区域，据此制定最佳矿井规划和防治水害的措施，加强危险区域的监测，保证安全生产。
5.2.2矿井突水预兆
矿井突水过程主要决定于矿井水文地质及采掘现场条件。
一般突水事故可归纳为两种情况：
一种是突水水量小于矿井最大排水能力，地下水形成稳定的降落漏斗，迫使矿井长期大量排水；
另一种是突水水量超过矿井的最大排水能力，造成整个矿井或局部采区淹没。
在各类突水事故发生之前，一般均会显示出多种突水预兆。
（1）一般预兆：
①煤层变潮湿、松软；
煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大；
有时煤帮出现铁锈色水迹。
②工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味。
⑧有时可闻到水的“嘶嘶”声。
④矿压增大，发生片帮，冒顶及底鼓。
（2）工作面底板灰岩含水层突水预兆：
①工作面压力增大，底板鼓起，底鼓量有时可达500mm以上。
②工作面底板产生裂隙，并逐渐增大。
③沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加。
当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊；
底板稳定时水色变清。
④底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声。
⑤底板发生“底爆”，伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。
（3）松散孔隙含水层水突水预兆：
①突水部位发潮、滴水且滴水现象逐渐增大，仔细观察发现水中含有少量细砂。
②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出。
③顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。
以上预兆是典型的情况，在具体的突水事故过程中，并不一定全部表现出来，所以应该细心观察，认真分析、判断。
5.3矿山水害的技术措施
（1）分段下行探水法。
探放水是解除水害威胁的最主要的措施。
这种方法既适应水头低的老空水，也适应水头高的积水采用化整为零的方法放尽。
这样每
次探放所遇到的水头高度就能控制在安全限度以内。
（2）钻孔的布置与钻孔数目的确定。
解决这些问题必须根据煤层厚度、倾角大小、巷道与顶底板的关系是平巷还是上下山及其断面大小等具体情况来确定。
无论在任何条件下，都
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