3.1 水量

3.1.1 煤矿井下消防、洒水系统的最大设计日用水量决定供水水源、水处理设施及输水工程的设计规模，是设计中非常重要的参数。为安全起见，平时应保证按标准计算的井下洒水日用水量。火灾时情况复杂，洒水用水量不能打折扣，在保证最大的洒水用水量之外还需增加消防用水。消防用水按规定存储在水池中，水池以前的供水系统最大能力不需要考虑这部分水，但水池储备水应及时得到补充，这个能力是需要考虑的。本条是强制性条文，必须严格执行。
3.1.2 本条各款的说明分述于下：
    1 《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-94第19.4.7条规定“井下消防用水量可为5L/s，每个消火栓的计算流量可为2.5L/s。当有其他消防用水设备时，应计入相应的用水量”。
    《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-2005改为；“井下消火栓用水量应为5L/s～10L/s，其消火栓用水量大小应根据矿井生产能力与井下火灾危险程度确定。”现行国家标准《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215-2015的规定基本与2005年版相同。由于最近一二十年出现了许多规模很大的矿井，在以往规定指标的基础上适当提高是合理的。
    除了消火栓用水之外，按《煤矿安全规程》规定和国内、外实践，井下还可能要采用水喷雾隔火装置、胶带输送机自动灭火等固定灭火装置。故井下消防用水总量在消火栓用水之外还有其他用水。
    美国国家消防协会NFPA 123标准规定：“矿井供水系统必须能够供给24h的软管水流所需水量和2h喷嘴用水量两者中的大者”，并不要求这两项的叠加。但根据该标准条文中各种内容的分量可知：在美国，喷嘴是井下防、灭火的主要装备。如果喷嘴，即固定灭火装置，发挥作用，则软管，即消火栓，一般就不会动用。而我国煤矿井下的固定灭火装置尚未普及，只能在某些局部重要位置起作用，不能用它完全代替消火栓。消火栓与固定灭火装置同时使用的可能性不能排除。另外，24h的使用时间远远大于我国规定的火灾延续时间。如我们在时间上取了小的指标，两种用水又不同时考虑，结果就可能偏于不合理了。故规定总消防用水量为各种消防用水量之和。
    2 根据中华人民共和国煤炭工业部(88)煤安字第237号文颁发的《矿井防灭火规范(试行)》中第24条规定，灭火供水系统“……保证送到用水点时，管中水量不小于0.6m³/min”。这个水量折合10L/s。该规范并没有规定消火栓的使用个数，按每个DN50消火栓出水2.5L/s计，约为4个消火栓的水量。
    美国国家消防协会标准NFPA 123规定：“所有矿井的供水系统必须满足同时供给3个软管水流，每个水流的流量为最小3.2L/s”。合计为9.6L/s。与上述《矿井防灭火规范(试行)》的规定相差不大。
    实际调查表明：消火栓具有灵活、方便的优点。对井下外因火灾主要起初期灭火的作用。对于已扩大的火灾，消火栓给水系统提供巷道冷却用水。总之，消火栓给水是极其重要的，但根据目前的经验，使用水枪的两股水柱已满足使用要求。上述美国标准的单个软管水量略微偏大，而同时使用数量只有3个。为以防万一出现的特殊情况，设计中考虑留出富余是应该的。故要求按3个消火栓同时工作，即7.5L/s的消火栓用水量进行设计可适应大多数矿井的要求。
    一次灭火需要动用的消火栓数量取决于矿井的火灾危险性。但火灾危险性取决于矿井井下的起火源、可燃物种类、可燃物分布、受影响的人员及财产数量，关系比较复杂，与煤质、开采方法和设备配置相关，矿井规模只是因素之一。进行火灾危险性只能根据单个矿井的具体特点进行分析评价。但一股消火栓水柱的使用牵涉水流量9m³/h，6h消防用水量54m³，对工程的影响有限。为供水安全和设计操作方便，在现行国家标准《煤炭工业矿井设计规范》GB 50215规定的范围内取固定的数值，仅0.3Mt/a以下的小型矿井可适当降低水量。
    火灾延续时间在设计中主要用于计算消防储备水量。《建筑设计防火规范》GB 50016-2006表8.6.3中规定的地面消防各种情况的火灾延续时间中最大为可燃材料堆场及可燃液体储罐的6h。调查中，井下火灾的用水时间有达到7h～8h的，但到这个时候矿井各工作面均已停止耗用日常洒水水量，单独消防用水量即使没有储备也能由水源及供水系统来保证。故仍按火灾延时6h的要求考虑消防储备水量。本款是强制性条文，必须严格执行。
    3 中煤科工集团重庆研究院有限公司研制的KHJ-1型火灾监控系统及自动灭火装置可用于井下瓦斯环境中的胶带输送机及巷道的其他外因火灾进行喷雾灭火。水流量大于20m³/h。该公司研制的WPZ-1型胶带输送机自动防灭火装置供水总流量为27m³/h，可保护机头前后共16m的范围。
    固定灭火系统的保护对象是各不相同的。新设计的灭火系统根据试验取得水量参数是最根本的方法。对于已有较完善资料的装置可以作为参考，但目前国内资料仍比较缺乏。有关的国外资料可见本规范第6.1.9条的条文说明。
    关于固定灭火装置每次灭火的使用时间，NFPA 123的规定取2h，今沿用。
    4、5 消防用水的发生不是经常性的，连续两天各发生一次火灾的概率更小。如果消防储备水池平时存有足够的用水，供水系统水池以前各个设施的规格按要求满足对水池的及时补充就行了，不必满足消防用水量发生时能同步供应最大用水量的能力。按《建筑设计防火规范》GB 50016-2006的规定消防水池的补水时间不超过48h，目前仍然沿用。这两款是强制性条文，必须严格执行。
3.1.3 在本规范初版以前的矿井设计规范中给出一些井下洒水量设计参数值，但都没有严格规定井下洒水用水量的计算方法。一般设计者理解这些规范制定时的思路是运用国内、外一些除尘设计手册中提出的如下计算公式：

    式中：K₁、K₂、K₃——考虑到不均衡、漏损、不可预见用水的系数；
         n_i、q_i、b_i——某种用水器材或设备的台数、此种器材或设备的额定流量及同时使用系数。
    这种方法的实质是考虑了同时使用系数的累加法。可以认为这种方法目前主要存在如下问题：
    (1)该方法只适用于炮采、普掘的情况。而综采、综掘及机械化运输系统的设备连续工作时间较长，根本不可能错开使用，大多数用水项的同时使用系数等于1。例如煤层注水、采掘机组和各处的喷雾除尘每班8h的实际工作时间超过4h，且各采区及工作面上班、开机基本同步，同时工作是不可避免的。
    对于普掘、炮采的场合，在一个工作面有两台湿式凿岩机的极普通情况下，80％的同时使用系数也没有确切的物理意义。对于总数超过5台是有意义的，但意义不大。同时使用系数在现在的条件下是否仍为80％很难用资料印证。这一同时使用系数值只出现于以前的规范，后来的标准则不再推荐这一参数。同时使用系数是一个统计数字。只有在数量相当大的事件中才有稳定的概率。从发展趋势看，井下洒水的用水量越来越集中在井下的几个用水大户上。而单位数量较多的小户在用水量上占的分量很少。从这一特性看，采用统一的不均匀系数是不合适的。
    (2)一些在同一用水点的接续工序必须在一个工作停下来的时候才能开始另一个工作，如湿式打眼与放炮喷雾。它们是绝对错开的，同时使用系数取多少都不合适。
    (3)给水系统的设计需要两种不同的关于水量的概念。其一是反映一天中用水总量的“日用水量”，用以确定水源工程规模及储备水池以前的输水工程的工程量。另一个是反映在系统中某一部分(也可以是整个系统)某一时刻可能出现的用水强度，即“最大小时水量”或“秒流量”，用以确定给水加压水泵及配水系统各个环节管道及附件的规格。在现行国家标准《室外给水设计规范》GB 50013及《建筑给水排水设计规范》GB 50015中规定用设计人数或生产规模的用水定额来计算日用水量，而用不均匀系数来建立日平均流量与最大小时流量之间的关系。对于实现这两个不同目的的区别是很清楚的。对于室内配水管道中计算流量的确定，则采用卫生器具的当量数用经验公式来计算，其研究工作则更加深入。而计算井下消防、洒水水量原来的方法中的同时使用系数，并未考虑单位时间用水量在一日中的变化。而矿井井下一日的几个工作班中有生产班和准备班之分，用水强度相差很远。一个班中由于不同工序轮流出场，用水量也是不均匀的。把计算出的用水量当作最大小时流量来推算全日耗水量时按全天或整班计算都与实际有较大差距。在多年的运用中，工作时间取值的问题始终存在着争议。
    (4)以往的设计规范中提供的关于井下洒水水量的参数不够用。例如《煤矿安全规程》规定必须进行的煤层注水等项在以往的规范中并没有提及。有必要在本规范中加以补充。
    根据以上情况，本规范提供的计算方法是一种更简单的累加法，即在计算日用水量时考虑了每种用水项在一天中使用的时间，先按各用水项的流量和一天中的使用时间计算各项的日用水量；各用水项日用水量的累加即为总日用水量。
    掌握了各用水项的用水特点，就不难计算出各用水点的最大用水量。把它作为各点的节点流量。就可以按管网的计算规则把整个配水系统总的及各个分支管道的计算流量计算出来。这一部分的规定详见第7.1节。
    在考虑范围大，用水点特别多的场合，少数用水量较小的用水项，如湿式凿岩等，在不同的用水点之间使用时间是有可能错开的，也就是说存在着同时使用系数的问题。这样从理论上来说按本规范不考虑同时使用系数的方法计算就会使计算的结果大于实际流量。但因为：
    (1)这些用水项对于大型矿井所占分量极小；
    (2)对于小型矿井，由于井下洒水用水量本来就很小，且存在全部湿式凿岩同时用水发生的机会，故相差的数量很有限，且略偏于保险。既然同时使用系数很难确定它的准确值，意义又不大，故舍去不用。
    由于采用了上述计算方法算出了可能的最大用水量，用水量不均衡系数就没有意义了。本规范把漏损系数和未预见用水系数合并为富余系数K，以简化公式。据防尘工作手册推荐K₂、K₃各为1.1～1.2。理论上两系数上限与下限自乘后应为1.21～1.44。考虑到这样算得的上、下限是极端的情况，而按极端的情况进行设计是不合理的。今取1.25～1.35，供设计者根据遇到的情况选用。大型矿井、井下条件较好时选小值，反之则取大值。
    关于井下用水量与矿井规模的关系，调查中了解到：由于矿井的地质条件、采煤方法、设备及效率的不同，井下洒水的用水量(m³/d)与产量(万t/a)的比值约在3～10之间，相差悬殊，难以给出合适的概算指数。只有做大量的工作对矿井进行分类才能接近实际。故在设计中按本条规定根据设计细节参数进行计算是必要的。
3.1.4 《煤矿安全规程》第一百五十四条(二)款规定：“采煤工作面应采取煤层注水防尘措施……”但同时规定了几种情况不在应采用煤层注水措施的范围内。这些情况包括围岩易于吸水膨胀的性质、薄煤层、原有自然水分较高、煤层孔隙率低、煤层松软、分层开采的上分层、采空区采取灌水措施时的下一分层等。这些条件主要考虑的是注水后煤层稳定与否、注水的难易程度、注水的副作用和必要性等问题。如属于该款规定的情况，则煤层注水量应该为零。本条所提及的水量只涉及按规定应该进行煤层注水的矿井。
    煤层注水的用水量与煤的硬度、孔隙率、煤层压力、采煤方法、工作面规模、注水钻孔规格及注水方法等情况都有关系，是比较复杂的，只有现场试验才能得到准确的数据。但洒水系统的设计经常要在有条件进行试验之前完成，故本条提出根据需要湿润的煤体量估算水量的方法。根据国内、外的有关资料吨煤注水量在10L～45L范围内。这虽是实际发生的情况，但范围太大，设计者无从选择。实际上超过35L的情况是不多见的，而小于20L时设计规模稍大并无大的缺点。按本条规定取20L～35L与大多数情况吻合。故在本条执行中可能有三种情况：
    (1)完全无资料，则取35L；
    (2)有证据说明注水量小，但无确切的数据，则取20L或20～35L之间的数值；
    (3)有确切的资料，可按资料取值，不受推荐数字的限制。
    有关标准和资料表明煤层含水量4％为能达到防尘目的的最佳含水率。故注水使含水率达到4％为最理想的情况。因此可采用如下公式来估算煤层注水的用水量：

    式中：Q——煤层注水耗水量(m³/d)；
          K——由于顶、底板及围岩损失、渗漏、润湿以及注水孔流失的水量增加系数，采用1.5～2.0；
          G——原煤日产量(t/d)；
          W₁——原煤含水率(％)；
          W₂——注水后要求煤体的最终含水率，一般取0.04。
    对于动压注水，一般由采矿设计根据条件选定了注水泵，这就限制了水量的大致范围。洒水系统设计时即可按注水泵的额定流量考虑。
    调查中，各矿注水时间各不相同。本条按扣除一个班清理检修外的全部时间考虑。这是因为注水速度一般都较慢，不充分利用时间就不可能使煤层含水量达到要求。在本次修订的调研中了解到直接在工作面注水的实例，本条规定的在工作面注水与采煤交错作业时，按两个班采煤，一个班8h的注水时间是符合实际的。
3.1.5 本条根据调查结果和有关资料中的下列情况提出采、掘工作面的洒水用水量参数：
    (1)采煤机组的内、外喷雾要求水压较高4MPa～7MPa，一般均需要对从系统引来的水进行再加压。专为机组内、外喷雾及机械冷却供水用的喷雾泵站有现成的系列产品，它们的额定流量为80L/min、120L/min。
    (2)现采用的称为“高压喷雾”的新技术一般仍从喷雾站水泵出水接管，再通过采煤机组自带的机载泵把水压提高至12MPa～15MPa。高压喷嘴开孔很小，雾化好但水量并不大。机组总用水量略有减少。但也有内喷雾经常由于喷雾孔堵塞而不能工作，只能靠加强外喷雾来弥补。估计与所用水的水质有关。
    (3)综采工作面除机组用水外还要进行支架的喷雾，以消除移架产生的粉尘。综放工作面在放煤时还要在放煤口进行喷雾降尘。这些都是靠专门设置的喷嘴进行工作的。在综放工作面机组采煤和放顶煤的关系一般为采二刀放一道，偶有采一刀放一道的。
    由于最近几年的技术改进，放顶煤处增加防止煤尘扩散的护板，需要喷雾防尘的面积大大减小。
    (4)炮采及普掘有湿式打眼、水炮泥装填、冲洗巷帮、放炮喷雾、装岩或装煤洒水等用水工序。它们都是前后接续，不同时进行。
    条文中按每天平均工作16h中打眼工作占1/2时间，装药、放炮、清理工作面占1/2的时间考虑。
    冲洗巷壁及水炮泥等项用水量很小，按工作面给水栓用水处理可以简化计算。
    (5)对于国内采煤机，一天中的实际开机率在30％左右，较大的为40％。对于引进机组或矿井条件特殊的机组开机率有超过50％的信息，但不具普遍意义，本规范不采用为标准参数。当然如遇能够长时期维持这种高开机率的情况，则可根据实际资料采用较长的用水项日工作时间。
    (6)有的矿区按煤炭生产量计算工作面的洒水用水强度，其指标为20L/(min·t)～30L/(min·t)。考虑到不同矿井洒水工作的内容出入较大，所需的水量是否接近实际无法简单定论。且上述指标的上下限值如何选择比较困难。故暂不列入条文。这个指标可作为参考和比较。
3.1.6 井下巷道的各洒水降尘的用水点情况各异，安装喷嘴的型号及数量各不相同。例如同样是巷道水幕，巷道的断面大小不同其用水量可能差一倍。除了有定型的成套除尘设施外，只有以喷嘴为单元计算水量才能接近实际。本规范第6.3.2条规定了喷雾防尘设计的原则，附录D则提供了各种水喷雾喷嘴的使用场合和技术参数。设计中可采用这些资料。当然，如采用定型的通用设计，它的水量也可直接按通用设计的说明中提供的用水量数值纳入计算。
3.1.7、3.1.8 井下混凝土施工主要为掘进巷道的砌碹及喷浆等。需要供水系统提供制备混凝土或水泥砂浆的用水。它是由系统上的给水栓提供的。与冲洗巷道的给水栓可以互相兼用。有的用水点的用水项较多，则可能需要稍大规格的特殊给水栓。
    关于冲洗巷道，(90)中煤安字第171号文颁发的生产质量标准中规定：“……冲洗周期按煤尘的沉积强度决定，在距尘源30m范围内沉积强度大的地点应每班或每日冲洗一次；距尘源较远，或沉积强度小的巷道可几天或一周冲洗一次，运输大巷可半月冲洗一次。”根据这个规定，并按正常工作效率每小时冲洗巷道25m～30m框算出巷道给水栓使用率如条文。
    给水栓的工作时间，混凝土设备按两个班，冲洗巷道按一个班，均扣除必要的间歇时间。两项的工作流量均按DN25给水栓的正常出水流量作为指标。冲洗巷道用水一般使用软管较长，阻力较大，且经常压扁软管出口限制流量，故指标取略低的值。
    考虑到工作面在爆破、装岩、喷浆及装煤前需要洒水或冲洗湿润巷帮，在用水设备之外专门给出在工作面使用给水栓的水量。
3.1.9 除了采煤和掘进机组冷却水与喷雾一起包括在机组额定用水量中外，尚有其他设备，如提升、运输设备、电气设备需要煤矿井下消防、洒水系统提供设备冷却水，这些水量参数应根据设备厂家提供参数纳入。另外，还有可能会出现的井下紧急供水等，这些水量都较大，应该计入。而水量小于每天3m³的用水项可以略去不计。无论从理论上还是实际操作上把这部分水量归于“其他”用水范围，由富余系数来体现它们的存在都是比较合理的。