矿井建井排水技术规范 [附条文说明] GB/T51229-2017

2  术语和符号

2．1  术    语

2．1．1  矿井建井期  mine construction stage

    又称施工期。矿井建设从井筒正式开工之日起到应完成的井下、地面和有关配套工程，经试运转、试生产、交付生产的全部时间。

2．1．2  矿井排水  mine drainage

    通过排水系统，将井下水排到地面的过程。

2．1．3  电动潜水泵  submersible pump

    泵体和电动机可浸入水中工作的排水设备。

2．1．4  风动潜水泵  air driven pump

    以压缩空气作为动力的潜水泵。

2．1．5  吊泵  sinking pump

    立井井筒凿井期间，沿井筒轴线方向通过钢丝绳吊挂方式工作的排水设备。

2．1．6  卧泵  horizontal pump

    泵轴水平布置的离心式水泵。

2．1．7  临时水仓  temporary sump；drain sump

    临时用于贮存和沉淀井下涌水的巷道或硐室。

2．1．8  中间转水站  intermediate water transfer station

    二段或多段排水方式中，用于贮存、转运矿井水及安装排水设备的场所。

2．1．9  一段排水    single-stage drainage

    工作面积水由水泵直接排至地面的排水方式。

2．1．10  二段及多段排水  relay drainage

    井下涌水由井筒下部水泵排至井筒中间转水站，再通过水泵排至地面的排水方式。

2．1．11  一期工程  phase-1 project

    从施工井筒开始到井底车场施工前的全部井下工程。

2．1．12  二期工程  phase-2 project

    从施工井底车场开始，到进入采(盘)区车场施工前的工程，包括井底车场、主石门、主要运输大巷、回风大巷、中央变电所、水泵房、水仓、井底煤仓、炸药库等。

2．1．13  三期工程  phase-3 project

    从施工采(盘)区车场开始，到整个采(盘)区布置的工程，包括采(盘)区车场、采区上下山(盘区大巷)、采(盘)区变电所、采煤工作面、运输巷、回风巷、切眼、运煤通道等。

2．2  符    号

2．2．1  流量、流速

    Q——排水流量；

    Qb——水泵的计算流量；

    Qc——井筒正常涌水量；

    Qz——井筒最大涌水量；

    K——涌水量不均衡系数；

    Vp——管道中水流平均速度。

2．2．2  扬程、高度

    Hb——泵的计算扬程；

    Hc——测地高度；

    Hp——排水管高度；

    Hx——吸水管高度。

2．2．3  管径、厚度

    dp——标准排水管内径；

    d′p——排水管内径计算值；

    c——管壁附加厚度；

    δ——管道壁厚。

2．2．4  应力、效率

    P——管内水压应力；

    σz——管材许用应力；

    ηg——管路效率。

2．2．5  时间

    t1——放炮前将水泵提离工作面的时间；

    t2——工作面通风及下放泵时间；

    t3——排除(t1＋t2)时间内井筒工作面聚集水量时间。

2．2．6  岩石松散系数、孔隙率

    K1——矸石松散系数；

    K2——矸石的孔隙率。

2．2．7  其他

    l——炮眼深度；

    η——炮眼利用率；

    S——井筒掘进断面积；

    α——管路倾斜敷设时的倾角。

4  一期工程排水

4．1  立井井筒施工排水

4．1．1  立井井筒施工应建立排水系统，排水设施的能力宜根据井筒预计涌水量确定。

4．1．2  井筒涌水量不大于10m3／h时，宜选用风动水泵或隔膜泵配合吊桶排水。水泵及吊桶排水能力应满足掘进工作面的施工要求；井筒涌水量大于10m3／h时，宜根据井筒深度及设备排水能力，选用一段或二(多)段排水方案。

4．1．3  深井井筒施工采用二(多)段排水时，中间转水站宜采用中间泵房、弓形盘和水箱、吊盘水箱。

4．1．4  中间转水站排水设备布置形式宜按表4．1．4确定。

表4．1．4  中间转水站及排水设备布置形式

4．1．5  中间泵房转水应符合下列规定；

    1  中间泵房入口应靠近排水管路悬吊位置，其高程应根据水泵扬程和所处围岩情况确定；中间泵房靠井筒侧的外沿应安设弓形固定盘，并设高度不低于1．2m的安全护栏；

    2  两个相邻施工的井筒使用同一个中间泵房时，应采用钻孔连通并安设阀门，钻孔向中间泵房方向的俯角不应小于5°，钻孔直径应大于井筒排水管直径；

    3  中间泵房水仓容量，不应小于0．5h预计最大涌水量；水仓宜隔成使用和清理两个空间。

4．1．6  中间转水站上部应设置截水槽将上部井帮淋水截入。

4．1．7  井筒开凿到底后，临时水仓和排水硐室形成前，可采用井底水窝作临时水仓，并利用原有排水系统增设卧泵，增设卧泵宜安装在马头门一侧，与原有排水管路连接，原有水泵与增设卧泵互为备用，增设卧泵和原有水泵技术特征宜保持一致，紧急情况下可并联运行。

4．2  斜井井筒施工排水

4．2．1  斜井井筒施工应建立排水系统，排水设施的能力宜根据井筒预计涌水量确定。

4．2．2  斜井井筒涌水量不大于5m3／h时，宜选用风动或隔膜泵配合矿车或箕斗排水。排水泵的排水能力和矿车或箕斗的提水能力应满足掘进工作面施工要求。

4．2．3  斜井井筒涌水量大于5m3／h，且排水高度大于150m时，应在井筒中段增设一个或多个中间泵房和临时水仓接力排水；临时水仓容量不应小于0．5h预计最大涌水量。

4．2．4  斜井井筒排水设备布置形式应符合下列规定：

    1  预计涌水量不大于5m3／h，宜利用躲避硐室或水箱做临时转水站；

    2  预计涌水量大于5m3／h，宜利用躲避硐室做临时水仓，在联络巷建立临时排水系统；

    3  也可采用本规范第4．1．4条立井中间转水站布置形式。

4．2．5  斜井井筒施工时，应设临时水沟，临时水沟距工作面距离不应大于40m。

4．2．6  斜井施工穿过含水段，宜在底板设置横向水沟，将水引入纵向水沟中。

4．2．7  斜井井筒施工到底后，宜增设临时水仓，利用原有排水管路增设卧泵进行排水。

4．3  平硐施工排水

4．3．1  平硐施工过程中，临时水沟总过水能力不应小于预计最大涌水量的1．2倍。

4．3．2  临时水沟的位置宜与永久水沟一致，按永久水沟毛断面施工，水沟有沉淀物时应即时清理。

4．3．3  平硐掘进方向为负坡施工时，工作面积水应采用电动潜水泵排至临时水仓。

4．3．4  平硐底板涌水时，宜在底板设置横向水沟，将水引入纵向排水沟中。

7  排水设备及设施

7．1  一般规定

7．1．1  井筒施工期间，水泵排水能力不应小于预计涌水量的1．5倍，并应配备同等能力的备用泵；二期工程临时泵房水泵排水能力应满足工作、备用要求，工作泵排水能力应满足20h排出施工期间24h预计涌水量，备用泵排水能力不应小于工作泵排水能力的70％。

7．1．2  水泵额定扬程应留有10％以上富余量，水泵排水管路应与水泵排水能力相匹配。

7．1．3  多段排水时，中间转水站水仓应能容纳0．5h预计最大涌水量，水仓应定期清理。

7．1．4  使用吊盘设置卧泵排水时，吊盘应有足够的空间和承载能力，满足水泵、水箱等排水设施的安装需要。

7．1．5  临时泵房温度不应高于34℃，否则应采取降温措施。

7．1．6  中间泵房布置应符合下列规定：

    1  中间泵房应满足水仓、设备布置及人员操作要求；

    2  中间泵房入口处高度不得小于1．8m，开口宽度不宜小于3m，自井壁向里永久支护的长度不得小于4m，入口处应设置弓形盘；

    3  中间泵房应设置在稳定岩层中。

7．1．7  弓形盘转水应符合下列规定：

    1  弓形盘平面位置和高程与中间泵房要求应一致；

    2  弓形盘面积应满足排水设备和水箱布置要求，并留有人员安全操作的位置；

    3  弓形盘承重结构制作和安装应符合施工设计要求。

7．1．8  吊盘水箱转水应符合下列规定：

    1  吊盘上设卧泵转水，在井筒布置和制作吊盘时，应预留上层盘设置水箱和下层盘安设水泵的位置；

    2  工作面积水应采用风动水泵或隔膜泵排至吊盘上的水箱中；

    3  吊盘水箱容量应满足转水要求。

7．2  排水设备选择

7．2．1  一期工程水泵选择应符合表7．2．1-1的规定。

表7．2．1-1  一期工程水泵选择

    注：按以上计算结果选择标准型号水泵。

表7．2．1-2  常见岩石孔隙率及松散系数

7．2．2  二期水泵选择应符合下列规定：

    式中：Qb——水泵的计算流量(m3／h)；

          Qc——井筒正常涌水量(m3／h)；

          Hb——泵的计算扬程(m)；

          Hc——测地高度(m)，吸水面至排水管出水口的高度；

          Hp——排水管高度(m)；

          Hx——吸水管高度(m)；

          ηg——管路效率，见表7．2．2；

          α——管路倾斜敷设时的倾角。

    按以上参数计算结果选择标准型号水泵。

表7．2．2  管路效率表

7．2．3  同一地点排水泵应选用经过鉴定的高效节能同型号产品，水泵运行工况应位于高效区。

7．3  排水管路选择

7．3．1  一期工程施工，排水管路排水能力不应小于预计涌水量的1．5倍。

7．3．2  二期工程施工，工作排水管排水能力应满足工作水泵在20h内排出矿井24h预计涌水量。

7．3．3  排水管径应按下式计算：

    式中：d′p——排水管内径计算值(mm)，计算值圆整到标准管内径dp；

          Q——排水流量(m3／s)；

          Vp——管道中水流平均速度(m／s)。

          吸水管径宜比排水管径高一个等级。

7．3．4  排水钢管壁厚应按下式计算：

    式中：δ——管道壁厚(mm)，理论计算值，取大值圆整；

          dp——标准排水管内径(mm)；

          σz——管材许用应力(MPa)，见表7．3．4；

          P——管内水压应力(MPa)；

          c——管壁附加厚度(mm)，见表7．3．4。

表7．3．4  常见管材许用应力及附加厚度

7．3．5  水泵排水管宜装设多功能水泵控制阀或缓闭止回阀、放水管和放水阀。

7．3．6  负压吸水卧泵吸水管不应有窝存气体的地方，吸水管的任何部分均不应高于水泵的吸入口；吸水管下口应装设滤网，滤网总过流面积不应小于吸水管口面积的2倍，并应采用无底阀排水形式。

7．3．7  排水管宜选用无缝钢管。管径应按经济流速1．2m／s～2．2m／s选择，最大不应超过3m／s。单段扬程超过500m时，排水管路宜分段选择管壁厚度。

7．3．8  吸水管应装配严密，长度、管径和吸水高度应选配得当，管径宜比排水管大一级。

7．4  排水设备及管路安装

7．4．1  使用吊泵排水时，吊泵安装和使用应符合下列要求：

    1  吊泵与井壁间隙不应小于300mm；

    2  吊泵通过的孔口周围间隙不应小于50mm；

    3  两台吊泵外缘间隙不应小于500mm；

    4  工作面吊泵悬挂方式应保证吊泵随时升降。

7．4．2  泵房内排水设备与硐室侧壁之间应留出500mm以上的通道，设备之间应留有800mm以上的通道，不经两侧或后面检修时，可不留通道。

7．4．3  井筒施工时，排水钢管宜采用法兰连接。

7．4．4  立井井筒排水管路应采用钢丝绳悬挂或沿井壁敷设，并应符合下列规定：

    1  排水管路在井筒中的布置应留有安装、检修或更换空间。

    2  钢丝绳悬挂应满足排水管路的承重要求，钢丝绳宜选用不旋转或左右捻双绳悬吊。

    3  沿井壁敷设的排水管路宜用管托架固定于井壁上。

    4  每节排水管宜安装两副管卡。

    5  采用钢丝绳悬吊时，悬吊管线最突出部分与提升容器最突出部分的距离应符合下列规定：

        1)井深在400m以内时不应小于500mm；

        2)井深在400m～500m时不应小于600mm；

        3)井深超过500m时不应小于800mm。

7．4．5  斜井井筒排水管路敷设与安装应符合下列规定：

    1  排水管路沿底板敷设时，宜采用水泥墩支承，沿井壁敷设时宜采用梁支承或吊挂，间距可取4m～8m；沿人行道侧壁高架敷设时，其最低点至人行道踏步的高度不得小于1．8m；

    2  在倾斜管路的最下部和中间若干处应设置防滑支墩或支承梁，防止管路下滑；

    3  斜井中的排水管路敷设应留有安装和检修位置；

    4  条件允许时，可安装永久管路。

7．4．6  泵房干管应预留出增设水泵的连接阀门。

4  一期工程排水

4．1  立井井筒施工排水

4．1．2  井筒涌水量不大于10m3／h时，选用潜水电泵配合吊桶排水比较合理，潜水电泵主要包含风动涡轮潜水电泵、矿用隔爆型潜水排沙泵和隔膜泵。立井排水形式的选择宜根据井筒实际涌水量大小及排水高度，结合所选水泵额定排水量及扬程，灵活确定所需工作水泵台数。水泵一段排水或二(多)段排水采用的形式宜采用表1中几种形式。

表1  立井其他排水形式

4．1．3  深立井井筒接力排水的中间转水站有三种形式：一是在井筒中部开掘硐室(中间泵房)；二是在井筒中设一弓形盘，盘上安设水泵和水箱；三是在吊盘上安设水泵和水箱进行转水。

4．1．5  本条主要是考虑中间泵房的位置及容量，目的是：

    1  中间泵房入口靠近排水管路悬吊位置，是为了简化中间泵房和井筒中管路布置，减少井筒空间不必要的占有；中间泵房靠井筒侧的外沿设高度不低于1．2m的安全护栏，是防止坠入事故的发生。

    2  两个相邻施工井筒共同使用一个中间泵房时，若有联络巷相连通，则应优先使用联络巷设置中间泵房；无联络巷时，应采用钻孔将相邻井筒内的水池连通，并在下方水池安设阀门，其目的是为了减少中间临时泵房的开拓量，加快工程进度，降低成本；钻孔向中间泵房方向的俯角不应小于5°，是考虑钻孔内排水横管最小自流坡度。

    3  中间泵房水仓容量，应根据井筒涌水量合理确定，且不应小于0．5h最大涌水量。

4．1．7  本条是考虑利用井底水窝和原有排水设施，可减少硐室开拓和设备安装等工程量，加快工程进度，降低成本。增设卧泵和原有水泵技术特征应尽量保持一致，这样可保证在高效情况下的并联运行，减少矿井被淹的危险性。

4．2  斜井井筒施工排水

4．2．2  斜井井筒涌水量不大于5m3／h时，选用风动水泵或隔膜泵配合矿车或箕斗排水是合理的方式；建井初期，斜井井筒深度较浅，排水高度不大于50m时，也可采用扬程较高的潜水电泵将工作面积水直接排至地面。

4．2．3  排水高度大于150m，特别是倾角较小时，斜井井筒往往过长，排水管路阻抗较大，采用二段或多段排水，可以达到降低所选水泵扬程，扩大水泵选择范围的目的。

7  排水设备及设施

7．1  一般规定

7．1．1  本条是对井筒排水水泵选择的要求，矿井施工期间，涌水情况不确定因素较多，矿井涌水量难以准确预计，工作水泵排水能力应大于矿井预计涌水量。根据《煤矿建设安全规范》规定：井筒施工排水水泵排水能力应不小于预计涌水量的1．5倍；二期临时泵房工作水泵和备用水泵排水能力不小于正常涌水量的2倍，这是考虑水泵检修的要求。

7．1．2  因为排水管路的阻力作用，排水实际需要的扬程会比理论扬程大，同时也考虑到水泵在使用过程中因密封性能降低等原因，实际扬程可能比额定扬程小，同时排水也需要保证有一定的出水压力，因此泵的额定扬程要比需要扬程大，余量范围宜为20％～30％。

7．1．3  中间转水站设置是否合理直接关系到排水系统排水能力能否正常发挥，水仓应能容纳0．5h的最大涌水量，并应做到定期清理淤泥杂物，这样不仅能保证水仓有效容量，而且还能降低水泵对淤泥和杂物的吸入量，从而降低水泵的磨损程度，减少水泵的维修次数，确保排水系统正常运行。

7．1．4  井筒施工使用吊盘设置卧泵排水时，水泵和水箱要安装于吊盘上，吊盘设计时应留有足够的空间，以满足水泵、水箱等排水设施的安装需要。吊盘整体要有足够的承载能力，水泵和水箱应牢固固定于吊盘上，防止在吊盘升降过程中产生滑动或坠落。

7．3  排水管路选择

7．3．3  排水管路应与水泵相匹配，排水管路一般按经济流速进行选择，直径过大会造成初期投入费用增加；直径过小则会增大排水阻力，增加电耗，当涌水增大时还可能因排水管路能力不足造成淹井事故。

7．3．4  管道壁厚的计算，根据不同的强度理论，用于矿井排水的钢管应按第四强度理论导出的公式进行壁厚计算。某些资料推荐的拉美计算公式以第二强度理论为根据，该理论适合脆性材料，不宜用于韧性材料的钢管壁厚计算。

    附加厚度包括制造负偏差和腐蚀厚度，钢管制造负偏差最大为15％；年腐蚀量若按0．1mm计，管路寿命按10年计，则腐蚀厚度为1．0mm。排水管路一般均作防腐处理，排水管路的实际寿命会有效延长。

7．4  排水设备及管路安装

7．4．1  当井筒排水吊泵在启动时会发生整体转动出现偏移现象，为防止在转动时吊泵与井壁、其他设备碰撞，因此，应留有一定安全距离。

7．4．2  本条是对泵房内各种设备留有检修通道的规定。

    为了方便泵房内排水设备的检修和检修时不影响其他设备，检修人员在检修时应留有一定的检修空间。另外，在检修时为便于运放工具和设备，应留有一定宽度的通道。因此，泵房内排水设备与井壁之间应留出500mm以上的通道，各种设备相互之间，应留有800mm以上的通道。