朱福文 李玉娟

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 機(jī)電處，河南 焦作 454002)

煤礦井下采掘地區(qū)施工用水和斷層裂隙涌水后，為保證安全生產(chǎn)，需及時(shí)排出含有煤、矸及其它雜質(zhì)的污水。水泵排水能力依據(jù)正常涌水量和最大涌水量設(shè)計(jì)，應(yīng)能隨時(shí)排出工作面正常涌水量，并能滿足最大涌水量要求，故所選水泵流量往往大于正常涌水量。受巷道架棚及其它條件制約，泵坑容積一般較小，若不安排專人開泵，極易造成水泵空轉(zhuǎn)、喝風(fēng)，且水位淺時(shí)不利于泵體散熱，造成效率低下，耗能嚴(yán)重，甚至燒毀電機(jī)，影響排水安全。若設(shè)專人開泵，又將造成人員的極大浪費(fèi)。因此，研究煤礦采掘地區(qū)的自動(dòng)排水是非常必要的。

1 研究區(qū)概況

焦煤集團(tuán)是全國有名的大涌水礦區(qū)，現(xiàn)有礦井19對(duì)，共有主排水泵房38座，主排水泵325臺(tái)，礦井綜合排水能力1500.73m3/min。經(jīng)過多年的努力，主排水系統(tǒng)完全滿足有關(guān)要求，噸水百米電耗等主要指標(biāo)完成情況名列前茅，但采掘地區(qū)的排水管理一直不盡人意。

2 采掘地區(qū)自動(dòng)排水研究

針對(duì)采掘地區(qū)排水現(xiàn)狀，經(jīng)廣泛調(diào)研和試驗(yàn)，對(duì)采掘地區(qū)水溝、沉淀池、水倉等進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范，并確定了利用全自動(dòng)礦用隔爆型潛水排污電泵排水和利用自動(dòng)上水開關(guān)+隔爆型潛污泵排水兩種自動(dòng)排水方式，經(jīng)試用效果顯著。

2.1 采掘工作面水溝、沉淀池和泵坑的規(guī)格及要求

2.1.1 水溝規(guī)格及要求。預(yù)計(jì)涌水量不大于120m3/h時(shí)在巷道的一側(cè)砌筑凈斷面不小于0.3m×0.3m的水溝;預(yù)計(jì)涌水量大于120m3/h時(shí)砌筑凈斷面不小于0.4m×0.4m的水溝。巖巷水溝必須硬化;煤巷水溝可用鐵板或木板護(hù)幫、護(hù)底，并間隔2m左右加設(shè)橫撐。

2.1.2 沉淀池規(guī)格及要求。沉淀池規(guī)格見下表1，如巷道寬度不夠，可擴(kuò)幫。沉淀池應(yīng)砌筑或澆筑，其上加蓋厚度不小于50mm的木蓋板或5mm的鐵蓋板(必要時(shí)加筋加強(qiáng))，出水口處設(shè)過濾網(wǎng)。涌水量較大且淤積嚴(yán)重時(shí)可設(shè)置2個(gè)沉淀池。

表1 沉淀池規(guī)格表

2.1.3 泵坑的規(guī)格及要求。泵坑設(shè)在沉淀池的出水口處，在巷幫擴(kuò)挖而成，泵坑的規(guī)格見下表2。

表2 泵坑規(guī)格表

預(yù)計(jì)涌水量小于30m3/h時(shí)，泵坑與沉淀池可合并施工，中間隔離。預(yù)計(jì)涌水量大于等于30m3/h的泵坑上應(yīng)搭設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)高于巷道底板0.3m(詳見附圖1)。泵坑口設(shè)置防護(hù)欄，防護(hù)欄高度不低于1m，長度根據(jù)泵坑的實(shí)際尺寸設(shè)置(詳見附圖2)。

排水設(shè)備依據(jù)采掘地質(zhì)說明書提供的正常涌水量和最大涌水量進(jìn)行配置。使用多級(jí)離心泵排水時(shí)，水泵應(yīng)安裝在泵坑口搭設(shè)的平臺(tái)上;使用潛水泵排水時(shí)，水泵應(yīng)垂直吊掛在巷道頂部的錨桿或頂梁上。水泵底座或抽水籠頭離泵坑底板的高度不小于0.2m。水泵控制開關(guān)安置在泵坑口搭設(shè)的平臺(tái)上，且方便操作的地方。

2.2 選用全自動(dòng)礦用隔爆型潛水排污電泵排水方式

我們選取了一種能夠根據(jù)水位高低自動(dòng)運(yùn)行的新一代電、機(jī)一體化全自動(dòng)礦用隔爆型潛水排污電泵。

工作原理：利用液位控制浮球在液體中的漂浮高度、位置及角度，產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)，傳送至電泵內(nèi)的控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)電泵自動(dòng)開停的目的。另外，該水泵采用內(nèi)裝式，所輸送介質(zhì)從電機(jī)殼體與過水套之間排出，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)自行冷卻的作用，便于在淺水位狀態(tài)時(shí)的使用。本全自動(dòng)電泵內(nèi)還裝有熱保護(hù)裝置，當(dāng)電機(jī)溫度達(dá)到保護(hù)溫度時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷電，電機(jī)自動(dòng)停機(jī);只有當(dāng)電機(jī)溫度降至安全溫度以下，才可再次啟動(dòng)，有效的保護(hù)了電泵的正常運(yùn)行。

實(shí)施方案(附圖)：當(dāng)液面上漲時(shí)，浮球在浮力作用下漂浮上升，達(dá)到所需排水液位上限時(shí)，浮球上傾斜一定角度后內(nèi)部常開觸點(diǎn)接通，給泵內(nèi)控制系統(tǒng)傳遞開啟信號(hào)，水泵自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。隨著液位的下降，浮球慢慢回落，當(dāng)降到要求的液位下限時(shí)，浮球下傾斜一定角度，浮球開關(guān)內(nèi)部接通觸點(diǎn)斷開，泵自動(dòng)停止運(yùn)行。當(dāng)液位再升高后，重復(fù)上述過程。其結(jié)構(gòu)和工作原理如附圖3、4所示。

2.3 選用自動(dòng)上水開關(guān)+隔爆型潛污泵排水方式

該開關(guān)可作為普通隔爆型電磁起動(dòng)器和自動(dòng)上水開關(guān)使用，電氣原理見圖5。

附圖5 自動(dòng)上水開關(guān)工作原理圖

起動(dòng)：按右側(cè)停止按鈕，把隔離換向開關(guān)推到合位置按下起動(dòng)按鈕QA，本安繼電器閉合(扭子開關(guān)在手動(dòng)位置，出廠時(shí)0#、2#已短接)，中間繼電器得電吸合，真空接觸器合閘，負(fù)載得電運(yùn)行;同時(shí)CKJ2、ZJ3、SJ1斷開漏電閉鎖檢測回路。如須遠(yuǎn)控把 0#、2#短接拆開，引進(jìn)三條線分別是 0#、1#、2#，把 0#、2#接按扭常閑，把1#把常開。

停止：按下停止按鈕TA，本安繼電器失電分?jǐn)?，中間繼電器失電，真空接觸器分?jǐn)?。同時(shí)CKJ2、ZJ3、閉合、SJ1延時(shí)閉合接通漏電閉鎖檢測回路。

水泵自動(dòng)排水：將扭子開關(guān)推到自動(dòng)位置，引出三條線分別為：0#、4#、44#線(有效控制距離≤50米);當(dāng)水位升到高水位置時(shí)：本安繼電器閉合，中間繼電器得電吸合，真空接觸器合閘，水泵開始排水;水位下降當(dāng)下降到低水位露出水面時(shí)：本安繼電器失電分?jǐn)?，中間繼電器失電，真空接觸器分?jǐn)?，水泵停止排水?反復(fù)運(yùn)行)。

3 經(jīng)濟(jì)和安全效益分析

上述兩種排水方式的特點(diǎn)是：液面定位，自動(dòng)啟停，無須盯守，安全穩(wěn)定;杜絕空載，提高壽命，節(jié)約電能，減少人工。該電泵一經(jīng)安裝，液位設(shè)定好且接通電源后，電泵自身就能根據(jù)設(shè)定的最高、最低液位自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作。可有效地防止液位超高而影響安全，也能防止電泵處于無液狀態(tài)的空運(yùn)行，造成浪費(fèi)乃至損壞電泵。經(jīng)過近一年的試用，受到使用單位的好評(píng)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1.1 避免電泵空載耗電：傳統(tǒng)電泵由于人工操作，不能根據(jù)水位及時(shí)停止電泵，造成電泵空載運(yùn)行，消耗功率約為額定功率的30%，以75KW電泵為例，傳統(tǒng)電泵按每班空載運(yùn)行1h，一年約耗電：75(KW)×30% ×3h×30d×12(月)=24300(KW/h)即2.43萬度。采用自動(dòng)排水后，可有效杜絕或避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

3.1.2 節(jié)省人工費(fèi)用：自動(dòng)排水方式不需要專職操作工操作和看管盯守，只需定時(shí)巡查，每天可節(jié)能3個(gè)司泵工，每人每日支出費(fèi)用約100元，每年可節(jié)省人工費(fèi)：3×100×30×12=10.8 萬元。

3.2 安全和社會(huì)效益分析

該型排水方式與傳統(tǒng)排水方式相比，在生產(chǎn)過程中全面改善了生產(chǎn)操作環(huán)境，減少了修理和搬運(yùn)次數(shù)，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)了安全系數(shù);該型排水方式節(jié)電效果顯著，節(jié)能環(huán)保，節(jié)省人工，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益具有明顯的優(yōu)勢，符合國家“節(jié)能減排，低碳科技環(huán)?！闭?，社會(huì)效益顯著。

[1]于治福，李旭鳴，商德男，潘越.基于PLC的煤礦主排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2010(01)

[2]李高峰，張興，王磊.采掘巷道自動(dòng)化排水裝置應(yīng)用[J].中國西部科技，2010(22)

[3]龍興根，李華光.自動(dòng)排水在井下的應(yīng)用[J].江西煤炭科技，2007(01)

[4]劉俊民.井下自動(dòng)排水研究[J]，民營科技，2012(09)