矿井下大容积水仓的设计方法与流程

本发明涉及一种矿井下的大容积水仓的设计方法，可以实现快速清仓、节能减排、安全生产。

背景技术：

1、煤矿（金属矿）是国民经济中的重要领域，为国家的经济建设做出了重要贡献。但井下生产有诸多不便，如水仓的空间狭小，大型机械施展不开，人工清淤费时费力；排水速度慢，排水电费居高不下等等。这一切的原因都来源于主排水泵的吸上高度。由于主排水泵的吸上高度有限，一般4-5米，因此水仓的高度即使建得很高，水泵也没有能力抽排。

2、目前井下泵房的主排水泵是耐磨型多段式水泵，其中水泵的吸上高度是水泵性能的重要参数之一。一般大口径水泵的吸上高度约4-5米，去掉泵房底板到水泵叶轮中心线的距离（约0.8米），即使吸上高度是5米的话，它的有效吸程仅剩约4.2米。现在设计单位设计的水仓，从泵房底板到水仓底板普遍是4-5米（小井比水仓略深一些），即使按5米计算，水仓顶部距离泵房底板至少保留1米厚度的岩层，因此水仓不会太高，大约3米左右；隧道施工有一个指标叫矢跨比，就是隧道的宽度要大于高度，矢跨比（s/l）数值越小，开挖隧道后岩石应力重分布状态越差，。由于水仓的高度仅为3米左右，所以宽度应该在4米左右。水泵的吸上高度决定了水仓不能建得太高、太宽。这就导致如下结果：水仓的有效容积有限，很多矿在峰谷平时段都得排水，造成能源浪费；水仓空间非常狭窄，清仓困难；由于采用耐磨型多段式水泵排水，水仓的深度超过了水泵的吸上高度，产生汽蚀，导致水泵损坏。

3、例如：矿井单位时间内涌水量1000m³/h，按照《煤矿防治水规定》，矿井正常涌水量小于等于1000m³/h时，水仓有效容量应当能容纳8 h的正常涌水量。按照此规定，这个水仓的有效容积应该是8000m³，水仓的高度约3米，宽度4米，水仓截面积10.28m²，那么水仓的长度是778米。即使一年清两次仓，且不说有没有危险，这也是一件工程量极大的工作；水仓有效容积8000m³，这是8小时的涌水量，那么每天向外排水时间占尽了用电的峰谷平的各个时段，无法实现节能减排。

技术实现思路

1、本发明是要解决矿井清仓难、能耗高的问题，提供一种矿井下大容积水仓的设计方法。

2、本发明涉及的矿井下大容积水仓的设计方法，其步骤如下：

3、步骤一、采用包括喂水泵、主排水泵和连接管路的无汽蚀恒流量喂水泵组，将喂水泵的最大液下长度确定为15米，喂水泵对应小井位置，主排水泵位于泵房内；

4、步骤二、在泵房底板向下15米的范围内选择地质条件好的层面作为水仓的构筑位置，对于能满足支护强度的矿井将水仓的设计最大高度提高到5米以上，根据矢跨比确定水仓宽度，通过增加水仓高度和宽度来增加水仓的截面积，进而使水仓的有效容积得以增加，所述水仓的有效容积=单位涌水量×（24小时-排水时间），所述排水时间≤平谷用电时段的总和；

5、步骤三、所述无汽蚀恒流量喂水泵组按照设定的排水时间排水，避开峰时用电。

6、进一步，设定排水泵房的排水时间≤谷时用电时段的总和，排水时间选择谷时用电。

7、进一步，在水仓仓壁设置向水仓侧向延伸的由若干个硐室组成的小水仓，小水仓的高度≤3米、宽度≤4米，以进一步增加整个水仓的有效容积。

8、进一步，所述泵房底板到水仓顶部的距离≥2米，由于水仓的截面积较大，为了安全起见，泵房底板到水仓顶部的距离尽可能的大一些。

9、进一步，所述水仓顶部为半圆拱形，半圆拱半径为水仓宽度的0.5倍。

10、进一步，所述小水仓的走向与水仓的走向为垂直或近似垂直关系，以便于小水仓的排布。

11、进一步，小水仓底板至少高于水仓底板1米。

12、进一步，小水仓底板向水仓方向倾斜，形成一定的坡度，以便于小水仓中水向水仓中流动，小水仓中即使有一些煤泥也会被井水带走。

13、进一步，喂水泵的最下端位于小井内且与小井底板之间的距离≥0.5米。

14、进一步，小井底板到水仓地板的距离>1米。

15、本发明的有益效果是：采用无汽蚀恒流量喂水泵泵组，将喂水泵的最大液下长度确定为15米，此范围对水仓设计而言有足够的选择空间，且喂水泵运行相对稳定；通过将水仓的设计最大高度提高到5米以上，使水仓的有效容积得以增加，将24小时的涌水集中在平谷用电时段或谷时排出，避免峰时用电，缩短排水时间，可以节省电费；由于水仓的有效容积增加，抗水患风险的能力大大提高，从而提高井下生产安全系数。水仓的有效容积增加是通过增加水仓高度、宽度实现的情况下，便于大型机械作业，提高清仓效率，省时省力。水仓比小水仓高、宽，地下涌水经过水仓流向小井，水中的颗粒在此水仓沉淀；小水仓硐室中只有水，没有沉淀物，无需清淤。

技术特征：

1.一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，设定排水泵房的排水时间≤谷时用电时段的总和，且排水时间选择谷时用电。

3.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，在水仓仓壁设置向水仓侧向延伸的由若干个硐室组成的小水仓，所述小水仓的高度≤3米、宽度≤4米。

4.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，所述泵房底板到水仓顶部的距离≥2米。

5.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，所述水仓顶部为半圆拱形，所述半圆拱半径为水仓宽度的0.5倍。

6.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，所述小水仓的走向与所述水仓的走向为垂直或近似垂直关系，以便于小水仓的排布。

7.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，小水仓底板至少高于水仓底板1米。

8.根据权利要求3所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，小水仓底板向水仓方向倾斜，形成一定的坡度，以便于小水仓中水向水仓中流动，小水仓中即使有一些煤泥也会被井水带走。

9.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，喂水泵的最下端位于小井内且与小井底板之间的距离≥0.5米。

10.根据权利要求1所述的一种矿井下大容积水仓的设计方法，其特征是，小井底板到水仓地板的距离≥1米。

技术总结一种矿井下大容积水仓的设计方法，采用无汽蚀恒流量喂水泵组，将喂水泵的最大液下长度确定为15米，喂水泵对应小井位置，主排水泵位于泵房内；在泵房底板向下15米的范围内选择地质条件好的层面作为水仓的构筑位置，对于能满足支护强度的矿井将水仓的设计最大高度提高到5米以上，通过增加水仓高度和宽度来增加水仓的截面积，进而使水仓的有效容积得以增加，所述水仓的有效容积=单位涌水量×（24小时‑排水时间），所述排水时间≤平谷用电时段的总和；所述无汽蚀恒流量喂水泵组按照设定的排水时间排水，避开峰时用电。本发明可缩短排水时间，可以节省电费；抗水患风险的能力大大提高，便于大型机械作业，提高清仓效率，省时省力。技术研发人员：刘志博,贾思学,李海鸥,燕明华,郑文军,马俊炀,张斯琪,张咏琪,孟沛宣,浦迅齐,崔宏睿受保护的技术使用者：锦州咏鑫创业服务中心（有限合伙）技术研发日：技术公布日：2024/6/20