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【摘 要】在我处施工的磁西1341m深立井施工过程中，为缓解排水压力、保证排水能力满足施工要求，结合现场水文地质条件及深井施工特点，根据预计涌水量的大小，对排水能力和设备选型进行验算，对配套设施进行优化，设计并安装了一级排水（直接排水）和二级排水方案，通过在实际施工过程中的效果检验，虽然一级排水系统完全满足该超千米深立井的排水需求，但是通过二级排水方案的实践检验，取得了良好的效果，为今后深立井施工过程的排水设计提供了宝贵的经验。
【关健词】超千米深立井；一级排水；二级排水；施工安全
磁西一号矿副井由中煤第五建设有限公司第三工程处承建，井筒设计深度1341m，净直径8m，是我国现今建设完成的最深立井。在施工方面，其表土段厚度189m，采用冻结法施工，下部1152m基岩段采用地面预注浆法施工。该井在施工过程中，遇到了水文地质复杂、提升难度大、施工技术水平要求高等难点，而主要难点是地面预注浆效果不佳导致的井筒涌水量过大，原有排水系统无法满足施工需要，给施工进度和质量造成极大影响。为确保安全施工，特提出了转水站系统设计方案。
1.水文概况
通过对地质钻探数据及水文地质报告进行分析，预计该井有6个较大含水层，主要分布在石盒子组砂岩含水层（533～1350m），岩性以细砂岩、中砂岩、粗砂岩及砂砾岩为主，全区裂隙发育，富水性强，对生产影响较大，各含水层如表1所示。由于新生界松散含水层（0～189m）采用冻结法施工，而刘家沟组砂岩砂岩含水层（189～533m）涌水量较小，且在地面预注浆作用下发生水害隐患的可能性不大。通过分析该井地面预注浆主要参数，参照对比主井地质资料及建井期间的实测涌水量，预测该井正常涌水量为30m3/h，最大涌水量为50m3/h。
2.排水方案
2.1 排水方案
根据磁西深立井水文地质条件，在施工过程中实时对井下淋水情况进行实测，并采取不同的排水方式：
（1）当涌水量小于10m3/h时，采用风泵和吊桶配合进行临时排水；
（2）当涌水量大于10m3/h，小于20m3/h时，选由风泵将水排至吊盘水箱，再由矿用多级离心泵排水至地面，即一级排水方案；井筒内布置一路排水管和一路压风管，用高压法兰沿井壁固定，压风管可用作备用排水管，卧泵、防爆开关和水箱安装在中层吊盘。
（3）当涌水量大于20m3/h，且在井筒掘砌至-800m以下时采用二级排水方案，即在一级排水方案基础上，根据施工设计，在井筒垂深836m位置施工一个转水站，转水站净宽5m，净高4m，深度为13.5m，半圆拱直墙结构，如图1所示。
转水站内布置两台12级水泵及两台防爆开关，中部布置一滑动小车，满足人员出入及设备运输，转水站的大泵电缆、监控、照明、信号、通讯、控制等电缆全部利用电缆卡子固定在井壁上，间距6米，井口处布置3道，间距3米，井底转弯处布置3道，间距3米。人员通过吊桶運输进出转水站硐室， 如图2 所示。
3.设备选型
排水设备是煤矿大型固定设备之一，为确保矿井设备安全生产，要求排水设备在矿井服务年限内，必须安全、经济、可靠、合理的工作。选择的排水设备及其布置方式必须符合《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》以及国家有关的技术规定；同时，在技术合理的前提下，应尽可能提高设备的装备效率和设备本身的完好率，充分发挥设备的潜力。
根据《煤矿安全规程》的要求，工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
3.1 水泵排水能力计算
根据矿井预测的正常涌水量及最大涌水量，水泵必须具备的排水能力为：
（1）正常涌水量时所具备的排水能力
（2）最大涌水量时所具备的排水能力
3.3水泵选型
根据计算，水泵选择两台MD100-80*12型矿用耐磨多级离心泵，该泵流量为100m3/h，扬程为80×12=960m>923m，满足使用要求，一台工作、一台备用。配套驱动电机采用YB2-355L-2型三相异步电动机，功率为355KW。
3.4排水管选型及计算
因该井筒采用上冻下注方案施工，排水管优先选用Φ108mm无缝钢管，并沿井壁固定排水。排水管选型计算如下：
（1）管径：根据以往排水经验，φ108mm无缝钢管最大排水量达100m3/h，可满足井筒施工排水需要。
（3）水管材质
对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水管多采用焊接钢管，深度超过200m时多用无缝钢管；对于敷设在斜井内的排水管路，可按承压的变化，由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。
（4）管路趟数的选择
根据《煤矿安全规程》有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。根据设备选型和设计要求，该系统排水时间的验算如下：
根据水泵特性曲线及工况点估算值，水泵工作效率可按70%计算
即实际工作时，部分涌水可用风动水泵排至吊桶内，再随吊桶一起提升至井口排出。涌水较多时，再采用风泵将水排至吊盘水箱，通过大泵排至井口。根据计算，工作水泵完全可以满足20h内排出24h的最大涌水量。
（5）吸水管道选型计算
管径常按经济流速Vp=0.8～1.5m/s计算：
据根选择的排水管径，吸水管选用Φ351×8无缝钢管。对应管φ299×8水泵吸水管选为：管φ325×8 。由此对应管φ325×10水泵吸水管选为： 管φ351×8。
4.总结
深井排水问题是深井施工的重头戏，直排水系统虽然简单，排水效率高，投入费用低，但是对设备要求较高，电机功率高，电缆承受电流大，不便于管理。采用二级排水系统后，对多级离心水泵的安全可靠运转要求也较高，在建井期间，要求加强水泵及排水管路的检修及管理，及时清理管壁防止堵塞。磁西超千米深立井施工经验证明，随着井筒的不断延伸，二级排水系统在应用过程中是可以实现持续可靠运转的，其流量、扬程、效率及经济性均能满足现场施工要求，为今后顺利施工超千米深井积累了宝贵经验，提供了有力保障。
参考文献：
[1] 杨思臣，唐口煤矿主井井筒凿井期间排水系统设计[C]//全国矿山建设学术会议论文选集（下册）。沈阳：东北大学出版社
[2] 袁长财，张庆平. 朝阳煤矿主副井凿井期间排水系统的设计[J]. 建井技术，2003，24
[3] 梁祖金，许新民. 唐口矿千米深井主排水设计探讨 . 煤矿工程 2004.04
作者简介：
周海振（1975-），男，汉族，江苏徐州人，工程师，注册安全工程师。1996年毕业于抚顺煤炭建筑工业学校自动化专业，一直从事矿井施工及管理工作，现任中煤第五建设有限公司第三工程处项目部经理。
【关健词】超千米深立井；一级排水；二级排水；施工安全
磁西一号矿副井由中煤第五建设有限公司第三工程处承建，井筒设计深度1341m，净直径8m，是我国现今建设完成的最深立井。在施工方面，其表土段厚度189m，采用冻结法施工，下部1152m基岩段采用地面预注浆法施工。该井在施工过程中，遇到了水文地质复杂、提升难度大、施工技术水平要求高等难点，而主要难点是地面预注浆效果不佳导致的井筒涌水量过大，原有排水系统无法满足施工需要，给施工进度和质量造成极大影响。为确保安全施工，特提出了转水站系统设计方案。
1.水文概况
通过对地质钻探数据及水文地质报告进行分析，预计该井有6个较大含水层，主要分布在石盒子组砂岩含水层（533～1350m），岩性以细砂岩、中砂岩、粗砂岩及砂砾岩为主，全区裂隙发育，富水性强，对生产影响较大，各含水层如表1所示。由于新生界松散含水层（0～189m）采用冻结法施工，而刘家沟组砂岩砂岩含水层（189～533m）涌水量较小，且在地面预注浆作用下发生水害隐患的可能性不大。通过分析该井地面预注浆主要参数，参照对比主井地质资料及建井期间的实测涌水量，预测该井正常涌水量为30m3/h，最大涌水量为50m3/h。
2.排水方案
2.1 排水方案
根据磁西深立井水文地质条件，在施工过程中实时对井下淋水情况进行实测，并采取不同的排水方式：
（1）当涌水量小于10m3/h时，采用风泵和吊桶配合进行临时排水；
（2）当涌水量大于10m3/h，小于20m3/h时，选由风泵将水排至吊盘水箱，再由矿用多级离心泵排水至地面，即一级排水方案；井筒内布置一路排水管和一路压风管，用高压法兰沿井壁固定，压风管可用作备用排水管，卧泵、防爆开关和水箱安装在中层吊盘。
（3）当涌水量大于20m3/h，且在井筒掘砌至-800m以下时采用二级排水方案，即在一级排水方案基础上，根据施工设计，在井筒垂深836m位置施工一个转水站，转水站净宽5m，净高4m，深度为13.5m，半圆拱直墙结构，如图1所示。
转水站内布置两台12级水泵及两台防爆开关，中部布置一滑动小车，满足人员出入及设备运输，转水站的大泵电缆、监控、照明、信号、通讯、控制等电缆全部利用电缆卡子固定在井壁上，间距6米，井口处布置3道，间距3米，井底转弯处布置3道，间距3米。人员通过吊桶運输进出转水站硐室， 如图2 所示。
3.设备选型
排水设备是煤矿大型固定设备之一，为确保矿井设备安全生产，要求排水设备在矿井服务年限内，必须安全、经济、可靠、合理的工作。选择的排水设备及其布置方式必须符合《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》以及国家有关的技术规定；同时，在技术合理的前提下，应尽可能提高设备的装备效率和设备本身的完好率，充分发挥设备的潜力。
根据《煤矿安全规程》的要求，工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
3.1 水泵排水能力计算
根据矿井预测的正常涌水量及最大涌水量，水泵必须具备的排水能力为：
（1）正常涌水量时所具备的排水能力
（2）最大涌水量时所具备的排水能力
3.3水泵选型
根据计算，水泵选择两台MD100-80*12型矿用耐磨多级离心泵，该泵流量为100m3/h，扬程为80×12=960m>923m，满足使用要求，一台工作、一台备用。配套驱动电机采用YB2-355L-2型三相异步电动机，功率为355KW。
3.4排水管选型及计算
因该井筒采用上冻下注方案施工，排水管优先选用Φ108mm无缝钢管，并沿井壁固定排水。排水管选型计算如下：
（1）管径：根据以往排水经验，φ108mm无缝钢管最大排水量达100m3/h，可满足井筒施工排水需要。
（3）水管材质
对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水管多采用焊接钢管，深度超过200m时多用无缝钢管；对于敷设在斜井内的排水管路，可按承压的变化，由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。
（4）管路趟数的选择
根据《煤矿安全规程》有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。根据设备选型和设计要求，该系统排水时间的验算如下：
根据水泵特性曲线及工况点估算值，水泵工作效率可按70%计算
即实际工作时，部分涌水可用风动水泵排至吊桶内，再随吊桶一起提升至井口排出。涌水较多时，再采用风泵将水排至吊盘水箱，通过大泵排至井口。根据计算，工作水泵完全可以满足20h内排出24h的最大涌水量。
（5）吸水管道选型计算
管径常按经济流速Vp=0.8～1.5m/s计算：
据根选择的排水管径，吸水管选用Φ351×8无缝钢管。对应管φ299×8水泵吸水管选为：管φ325×8 。由此对应管φ325×10水泵吸水管选为： 管φ351×8。
4.总结
深井排水问题是深井施工的重头戏，直排水系统虽然简单，排水效率高，投入费用低，但是对设备要求较高，电机功率高，电缆承受电流大，不便于管理。采用二级排水系统后，对多级离心水泵的安全可靠运转要求也较高，在建井期间，要求加强水泵及排水管路的检修及管理，及时清理管壁防止堵塞。磁西超千米深立井施工经验证明，随着井筒的不断延伸，二级排水系统在应用过程中是可以实现持续可靠运转的，其流量、扬程、效率及经济性均能满足现场施工要求，为今后顺利施工超千米深井积累了宝贵经验，提供了有力保障。
参考文献：
[1] 杨思臣，唐口煤矿主井井筒凿井期间排水系统设计[C]//全国矿山建设学术会议论文选集（下册）。沈阳：东北大学出版社
[2] 袁长财，张庆平. 朝阳煤矿主副井凿井期间排水系统的设计[J]. 建井技术，2003，24
[3] 梁祖金，许新民. 唐口矿千米深井主排水设计探讨 . 煤矿工程 2004.04
作者简介：
周海振（1975-），男，汉族，江苏徐州人，工程师，注册安全工程师。1996年毕业于抚顺煤炭建筑工业学校自动化专业，一直从事矿井施工及管理工作，现任中煤第五建设有限公司第三工程处项目部经理。