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[摘 要]我国是个淡水资源紧缺的国家，节水节能是我国的一项基本国策。对于从事煤炭生产的煤矿，井下的消防洒水、防尘喷雾、冷却降温等方面需要消耗大量的用水。本文根据矿井水的分布状况和特点，从节约水资源、减少能源消耗、降低矿井生产成本出发， 探讨经济可行、安全可靠的矿井水利用方案， 为煤矿的正常安全生产提供可靠的保证。
[关键词]矿井水；综合利用；研究应用
中图分类号：P641.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0373-01
【引言】煤矿井下供水多数由地面经井筒中的供水管路以自流静压的方式向井下供水用于防尘、灌浆，同时要把生产过程中产生的污水排至地面。这一循环往复的过程需要耗费大量的人力、物力、财力，而且随着开采水平的延伸，建井初期的矿井供排水系统与变化的采区已不相适应。姚桥煤矿西风井井底-181水平矿井水是矿井开拓巷道时的地下水，水质较纯净，水量丰富。在没有利用前是顺水沟流入-400大泵房再排至地面。既造成了资源的浪费又增加了排水的成本，因此姚桥煤矿在西风井井底-181水平建立新的蓄水池，将矿井水利用起来。
一、矿井水利用方案
1、方案概述
姚桥煤矿在西风井井底-181水平建立蓄水池，蓄水池储量可达到200m3，具有蓄水、缓冲、沉底杂质等功能。通过10寸阀门连接管路后沿西三轨道向下供水。
将原西三轨道普通4寸无缝钢管更换为8寸涂塑钢管，钢管涂塑工艺是目前国内最先进的防腐技术，它集钢材优越的机械性能与高分子材料卓越的耐化学腐蚀性能于一体，极大地延长了钢管的使用寿命。
管路连接采用永久性法兰连接，法兰连接具有拆卸方便、强度高、密封性能好和永久耐用的特点，维修时较好处理，在抢修时省时省力，可确保供水管路持久耐用。
设计加工专用底座、U型卡，沥青防腐处理。专用底座采用10#槽钢焊接，每4米布置一个，放置于连接法兰下侧0.5米处。每一管座通过500mm长锚索固定在巷道底板上，每隔5节管路与巷帮固定，牢固可靠。
2、管路流量估算校验
根据姚桥煤矿地测科测量数据，-181矿井水流量约为50m3/h。8寸管路流量为Q=πr2×v，其中r为管路半径，取0.1m，v为供水管路经济流速，一般取1.5～2.2m/s，管径越大经济流速越大，取2.0m/s，由此可得：Q≈3.14×0.12×2.0=226.08 m3/h，50 m3/h<226.08 m3/h，完全可满足供水要求。
3、管路耐压估算校验
钢管承压计算公式：P=2SR/D=2×0.0095×234.5/0.219≈20.34MPa
式中：R——允许压力，R=70%×屈服强度。查GB150-1998《钢制压力容器》知姚桥煤矿矿使用的涂塑钢管屈服强度为335，系数取70%，可知R=234.5
S——管路壁厚，取0.0095m。
D——管路外径，取0.219
垂深静水压p=ρgh=9.8×669×1×103kg/m3=6.56MPa
式中：g——重力加速度，取9.8
h——矿最深供水垂深，蓄水池所在水平为-181，目前最深供水水平为-850，取669m
ρ——水的密度，1×103kg/m3
6.56MPa小于20.34MPa，管路完全可满足耐压要求。
4、供水压力校验
姚桥煤矿-181矿井水可供-400、-650、-850三个水平防尘供水，-400水平垂深静水压p=ρgh=9.8×669×1×103kg/m3=2.05MPa，因此，利用高差水势自行流水产生的压力就可满足要求。
二、矿井水利用状况及经济效益
1、姚桥煤矿矿井水利用状况
姚桥煤矿-181矿井水改造工程自2013年12月24日贯通供水以来，通过不断的维护、检查，目前供水系统压力、流量均可满足生产要求。
181矿井水由西三上口蓄水池沿新8寸涂塑供水管供至西六猴车上口分支。
一路使用原4寸防尘管路，沿-400轨道大巷向东供至东六轨道下口，主要供：-400轨道大巷防尘、-400东大巷1#皮带防尘、-400东大巷2#皮带防尘、八煤下运皮带防尘、东三2#皮带防尘。
一路使用原4寸高压供水管路，沿-400轨道大巷向东至西五边界轨道向下供至新井，主要供：新井装载防尘、新井石门皮带防尘、650集运皮带防尘、东七下口至四甩道用水、东七皮带、中央回风采煤三队和掘进三队。
一路使用原4寸防尘管路，沿西六回风供至850水平，主要供：西六回风、西六轨道掘进一队。
2、经济效益
（1）节约地面供水费用
-181矿井水约50m2/h，地面可节省相同供水量。每月节约生产用水50m2/h×24时×30天=36000 m3，按沛县收矿水费0.65元/m3，每月节约23400元。还省去了地面供水水泵电机的使用，电机功率为约15kW，每月可节约电能约3600kWh，按照电价0.557元/kWh计算，每月节约电费2005.2元。合计节约费用25405.2元/月，即每年节约费用约30.49万元。
（2）节约井下排水费用
以姚桥煤矿-400泵房排水为例，水泵型号MD280-65×8泵，功率680kW，流量280m2/h。每天开泵约8h。由此可计算每天可节约电量971.43kWh，按照电价0.557元/kWh计算，每年可节约费用19.75万元。
（3）节约维护费用
原西三轨道使用普通4寸无缝钢管，有跑冒滴漏、老化、脱落、结垢、堵塞、爆管等各种问题，且需每年刷漆防腐处理，每年更换管路、管卡、闸阀、刷漆防腐等维护费用约需10万元。更换为涂塑钢管后，各管件极少损坏，且无需防腐处理，使用寿命约为一般钢管的4倍，具有强度高、刚性好、防腐蚀、耐磨损、绝缘性高、对水质无污染和输水阻力最小的优良性能，每年维护费用可减少至1万元，节省9万元。
由于原普通钢管经常出现问题，需设2名職工专人每周定期维护，矿井水利用工程改造完成后无需专人维护。井下管路维护工工资约4000元/月，每年可节约维护人工费9.6万元。
综上所述，每年可产生约68.84万元的经济效益。且-181矿井水利用工程增加一个固定的供水水源，进一步保证矿井供水安全供水，确保井下安全生产，具有不可估量的安全效益。
三、结语
姚桥煤矿-181矿井水利用工程可在保证井下供水系统满足生产需求的前提下，降低了地面供水压力，减少了供排水人力成本、电力成本、设备成本等，具有较好的减员提效、节能增效的效果，对煤矿安全高效生产提供了有力的保障。
参考文献
[1] 夏红星.《提高矿井水综合利用效果的途径》.
[2] 夏彬、张安宁.《煤矿井下供水系统方案优化探讨》.
[关键词]矿井水；综合利用；研究应用
中图分类号：P641.55 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0373-01
【引言】煤矿井下供水多数由地面经井筒中的供水管路以自流静压的方式向井下供水用于防尘、灌浆，同时要把生产过程中产生的污水排至地面。这一循环往复的过程需要耗费大量的人力、物力、财力，而且随着开采水平的延伸，建井初期的矿井供排水系统与变化的采区已不相适应。姚桥煤矿西风井井底-181水平矿井水是矿井开拓巷道时的地下水，水质较纯净，水量丰富。在没有利用前是顺水沟流入-400大泵房再排至地面。既造成了资源的浪费又增加了排水的成本，因此姚桥煤矿在西风井井底-181水平建立新的蓄水池，将矿井水利用起来。
一、矿井水利用方案
1、方案概述
姚桥煤矿在西风井井底-181水平建立蓄水池，蓄水池储量可达到200m3，具有蓄水、缓冲、沉底杂质等功能。通过10寸阀门连接管路后沿西三轨道向下供水。
将原西三轨道普通4寸无缝钢管更换为8寸涂塑钢管，钢管涂塑工艺是目前国内最先进的防腐技术，它集钢材优越的机械性能与高分子材料卓越的耐化学腐蚀性能于一体，极大地延长了钢管的使用寿命。
管路连接采用永久性法兰连接，法兰连接具有拆卸方便、强度高、密封性能好和永久耐用的特点，维修时较好处理，在抢修时省时省力，可确保供水管路持久耐用。
设计加工专用底座、U型卡，沥青防腐处理。专用底座采用10#槽钢焊接，每4米布置一个，放置于连接法兰下侧0.5米处。每一管座通过500mm长锚索固定在巷道底板上，每隔5节管路与巷帮固定，牢固可靠。
2、管路流量估算校验
根据姚桥煤矿地测科测量数据，-181矿井水流量约为50m3/h。8寸管路流量为Q=πr2×v，其中r为管路半径，取0.1m，v为供水管路经济流速，一般取1.5～2.2m/s，管径越大经济流速越大，取2.0m/s，由此可得：Q≈3.14×0.12×2.0=226.08 m3/h，50 m3/h<226.08 m3/h，完全可满足供水要求。
3、管路耐压估算校验
钢管承压计算公式：P=2SR/D=2×0.0095×234.5/0.219≈20.34MPa
式中：R——允许压力，R=70%×屈服强度。查GB150-1998《钢制压力容器》知姚桥煤矿矿使用的涂塑钢管屈服强度为335，系数取70%，可知R=234.5
S——管路壁厚，取0.0095m。
D——管路外径，取0.219
垂深静水压p=ρgh=9.8×669×1×103kg/m3=6.56MPa
式中：g——重力加速度，取9.8
h——矿最深供水垂深，蓄水池所在水平为-181，目前最深供水水平为-850，取669m
ρ——水的密度，1×103kg/m3
6.56MPa小于20.34MPa，管路完全可满足耐压要求。
4、供水压力校验
姚桥煤矿-181矿井水可供-400、-650、-850三个水平防尘供水，-400水平垂深静水压p=ρgh=9.8×669×1×103kg/m3=2.05MPa，因此，利用高差水势自行流水产生的压力就可满足要求。
二、矿井水利用状况及经济效益
1、姚桥煤矿矿井水利用状况
姚桥煤矿-181矿井水改造工程自2013年12月24日贯通供水以来，通过不断的维护、检查，目前供水系统压力、流量均可满足生产要求。
181矿井水由西三上口蓄水池沿新8寸涂塑供水管供至西六猴车上口分支。
一路使用原4寸防尘管路，沿-400轨道大巷向东供至东六轨道下口，主要供：-400轨道大巷防尘、-400东大巷1#皮带防尘、-400东大巷2#皮带防尘、八煤下运皮带防尘、东三2#皮带防尘。
一路使用原4寸高压供水管路，沿-400轨道大巷向东至西五边界轨道向下供至新井，主要供：新井装载防尘、新井石门皮带防尘、650集运皮带防尘、东七下口至四甩道用水、东七皮带、中央回风采煤三队和掘进三队。
一路使用原4寸防尘管路，沿西六回风供至850水平，主要供：西六回风、西六轨道掘进一队。
2、经济效益
（1）节约地面供水费用
-181矿井水约50m2/h，地面可节省相同供水量。每月节约生产用水50m2/h×24时×30天=36000 m3，按沛县收矿水费0.65元/m3，每月节约23400元。还省去了地面供水水泵电机的使用，电机功率为约15kW，每月可节约电能约3600kWh，按照电价0.557元/kWh计算，每月节约电费2005.2元。合计节约费用25405.2元/月，即每年节约费用约30.49万元。
（2）节约井下排水费用
以姚桥煤矿-400泵房排水为例，水泵型号MD280-65×8泵，功率680kW，流量280m2/h。每天开泵约8h。由此可计算每天可节约电量971.43kWh，按照电价0.557元/kWh计算，每年可节约费用19.75万元。
（3）节约维护费用
原西三轨道使用普通4寸无缝钢管，有跑冒滴漏、老化、脱落、结垢、堵塞、爆管等各种问题，且需每年刷漆防腐处理，每年更换管路、管卡、闸阀、刷漆防腐等维护费用约需10万元。更换为涂塑钢管后，各管件极少损坏，且无需防腐处理，使用寿命约为一般钢管的4倍，具有强度高、刚性好、防腐蚀、耐磨损、绝缘性高、对水质无污染和输水阻力最小的优良性能，每年维护费用可减少至1万元，节省9万元。
由于原普通钢管经常出现问题，需设2名職工专人每周定期维护，矿井水利用工程改造完成后无需专人维护。井下管路维护工工资约4000元/月，每年可节约维护人工费9.6万元。
综上所述，每年可产生约68.84万元的经济效益。且-181矿井水利用工程增加一个固定的供水水源，进一步保证矿井供水安全供水，确保井下安全生产，具有不可估量的安全效益。
三、结语
姚桥煤矿-181矿井水利用工程可在保证井下供水系统满足生产需求的前提下，降低了地面供水压力，减少了供排水人力成本、电力成本、设备成本等，具有较好的减员提效、节能增效的效果，对煤矿安全高效生产提供了有力的保障。
参考文献
[1] 夏红星.《提高矿井水综合利用效果的途径》.
[2] 夏彬、张安宁.《煤矿井下供水系统方案优化探讨》.