王立偉 祁茂濤

摘 要：安居煤礦井筒深度998米，井筒直徑6米，井筒穿過多個(gè)含水層，滲水現(xiàn)象比較嚴(yán)重。滲水點(diǎn)主要集中在井筒400米-600米處，井筒滲水總量為18/h。井筒滲水?dāng)U散，造成井筒常年淋水，使井底工作環(huán)境非常潮濕，作業(yè)困難。進(jìn)入冬季后井壁及罐道結(jié)冰嚴(yán)重，給立井提升及井底車場作業(yè)帶來嚴(yán)重隱患。

關(guān)鍵詞：恒壓供水裝置；變頻器；壓力傳感器

為了預(yù)防安全事故的發(fā)生及淋水區(qū)域的改善，各豎井都采取了不同的防治水方案和措施。我礦400-600米之間出水量比較大，我礦采取先對出水點(diǎn)進(jìn)行封堵，然后再把滲水引走的方案，在井筒滲水比較大的井壁上，用切割機(jī)環(huán)井壁切出截水槽，該截水槽東高西低形成橢圓形，便于水流集中收集，再將各截水槽的水引至收水管道內(nèi)，收水管道將水引至泵房管子道上面緩沖水箱，然后再輸送到井底復(fù)用處。

副井淋水復(fù)用管道采用管徑89毫米的鋼管，副井全部淋水經(jīng)過該管道引至西大巷水倉內(nèi)。經(jīng)相關(guān)資質(zhì)單位檢驗(yàn)，我礦副井淋水水質(zhì)能夠滿足井下生產(chǎn)使用要求，為了有效避免水資源浪費(fèi)，充分利用井筒淋水，以供井下生產(chǎn)使用，故將井筒淋水引至西大巷的集水倉內(nèi)，再在集水倉外側(cè)安設(shè)一臺(tái)多級(jí)離心泵，由此臺(tái)多級(jí)離心泵將副井淋水注入井下生產(chǎn)供水管網(wǎng)。多級(jí)離心泵由浮球、壓力傳感器、變頻器進(jìn)行控制，實(shí)行高水位、壓力低時(shí)供水，低水位、壓力高時(shí)停水。集水倉安裝溢流管路，將溢出井筒淋水經(jīng)排水溝引至水倉內(nèi)。

1 淋水復(fù)用排水管路選型

我礦井筒主要出水點(diǎn)在400-600米處，井筒總出水量約為20/h，預(yù)選淋水復(fù)用排水管路為管徑89mm的鋼管，管徑厚度為4mm。集水點(diǎn)與用水點(diǎn)有能量輸出，依據(jù)伯努利方程：

h+/2g+P1/γ=h1+/2g+P2/γ+hm

式中h為集水點(diǎn)與用水點(diǎn)的高度，V1集水點(diǎn)水流速，v2用水點(diǎn)水流速，P1集水點(diǎn)截面大氣壓，P2用水點(diǎn)截面大氣壓，不考慮空氣重度P1=P2，h1為用水點(diǎn)高度，g為重力加速度，hm為管道阻力忽略不計(jì)，h-h1=/2g，在此式中h=590米，h1=10米。已知井筒出水量為18/h，井筒引水管道為管徑108mm的鋼絲管，管厚為3mm，則集水點(diǎn)流速為：V1=4θ/[π]，式中θ為井筒出水量，代入數(shù)據(jù)可知V1=2m/s，將V1=2m/s，代入公式h-h1=/2g可知，V2=109m/s，V12 淋水復(fù)用供水系統(tǒng)選型

我礦井下生產(chǎn)用水由井上恒壓供水裝置 進(jìn)行控制，該裝置設(shè)定的生產(chǎn)用水壓力為4.2MPa，井下生產(chǎn)用水低于4.2MPa時(shí)，恒壓供水裝置開啟電動(dòng)閥對井下供水，井下生產(chǎn)用水高于4.2MPa時(shí)，恒壓供水裝置關(guān)閉電動(dòng)閥，因此井下管道壓力一般為4.2MPa。井筒淋水復(fù)用后，生產(chǎn)用水供水主要包括井筒淋水與井上生產(chǎn)用水，當(dāng)水壓較低時(shí)，井下生產(chǎn)用水由井上生產(chǎn)用水與副井淋水供給，所以井筒淋水復(fù)用系統(tǒng)中水泵的控制電路由壓力傳感器、浮球、變頻器控制。當(dāng)滿足西大巷水倉高水位、生產(chǎn)管路低壓力時(shí)，副井淋水復(fù)用系統(tǒng)開始供水，當(dāng)西大巷水倉低水位或生產(chǎn)管路高壓力時(shí)，副井淋水復(fù)用系統(tǒng)開始停止供水。

2.1 壓力傳感器選擇 在淋水復(fù)用水泵控制電路中，壓力傳感器選用兩線制壓力傳感器，兩線制壓力傳感器的最大壓力為10MPa。兩線制壓力傳感器廣泛應(yīng)用于測量各種流體介質(zhì)壓力。兩線制壓力傳感器的原理是利用了4-20mA信號(hào)為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4mA，那么不可能輸出最低值4mA，因此一般要求兩線制壓力變送器的自身耗電要小于3.5mA，從整體結(jié)構(gòu)上來看，兩線制變送器由三部分組成：傳感器、調(diào)理電路、V/I變送器構(gòu)成。傳感器將溫度、壓力物理量轉(zhuǎn)換為電參量，調(diào)理電路將傳感器輸出的微弱信號(hào)或非電性信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)換為線性的電壓輸出。兩線制V/I變化電路根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路的輸出控制總體耗電電流，同時(shí)從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)定，供調(diào)理電路和傳感器使用。采樣電阻串聯(lián)在控制電路的最低端，所有電流都通過采樣電阻回到電源負(fù)極。

2.2 供水泵選擇 在淋水復(fù)用供水系統(tǒng)中，供水泵為多級(jí)離心泵。多級(jí)離心泵為立式結(jié)構(gòu)，具有占地面積小的特點(diǎn)，泵重心重合于泵腳中心，因而運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、壽命長。同時(shí)多級(jí)離心泵口徑相同且在同一水平中心線上，無需改變管路結(jié)構(gòu)，可直接安裝在管道的任何部位，安裝極為方便。由于我礦井下生產(chǎn)用水的供水壓力為4.2MPa，因此我們選用多級(jí)離心泵為揚(yáng)程為500米的多級(jí)離心泵，其額定壓力為5 MPa，能夠滿足我礦井下生產(chǎn)用水壓力要求。

3 淋水復(fù)用供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 淋水復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 淋水復(fù)用系統(tǒng)主要包括緩沖水箱、引水管路、集水倉、多級(jí)離心泵。井筒淋水經(jīng)淋水收集裝置引至井下中央泵房管子道處緩沖水箱內(nèi)，再經(jīng)引水管路將井筒淋水引至西大巷處集水倉，最后經(jīng)多級(jí)離心泵將井筒淋水注入井下生產(chǎn)供水管網(wǎng)。

井筒淋水由中央泵房引至西大巷水倉時(shí)，路線較長，拐彎處較多，淋水復(fù)用管路與淋水收集管路直接相接時(shí)，副井井筒最底端的截水槽處溢水，從而造成副井下井口淋水比較多，因此在淋水復(fù)用管路與淋水收集管路交接處增設(shè)一緩沖水箱，使井筒淋水完全流入緩沖水箱，緩沖水箱設(shè)在井下中央泵房管子道最高處。西大巷水倉增設(shè)溢水管路，當(dāng)井下生產(chǎn)用水充足、水倉水位過高時(shí)，水倉多余的井筒淋水由溢水管路流出，經(jīng)沉淀池、排水溝引至礦井水倉。

3.2 淋水復(fù)用供水泵電路設(shè)計(jì) 淋水復(fù)用供水泵工作原理：供水泵揚(yáng)程為500米，供水泵額定壓力為5MPa。當(dāng)水倉水位較高，浮球處于接通狀態(tài)并且未達(dá)到浮球最低水位、壓力傳感器測得井下生產(chǎn)管路壓力為4.2MPa時(shí)，此時(shí)水泵控制電路接通變頻器，水泵開始工作。井筒淋水由供水泵抽至生產(chǎn)供水管路。當(dāng)水倉水位低于浮球最低位置時(shí)，或者壓力傳感器測得井下生產(chǎn)用水管路壓力達(dá)到5MPa時(shí)，水泵控制電路斷開變頻器，水泵停止工作。淋水復(fù)用供水系統(tǒng)主要由浮球、壓力傳感器、變頻器、離心泵組成。浮球懸掛于西大巷水倉內(nèi)，用于監(jiān)測水倉水位高低、接通或斷開控制電路。壓力傳感器安裝在西大巷門口供水管路上，用于監(jiān)測井下生產(chǎn)供水管路的壓力、接通或斷開離心泵供水電路。浮球?yàn)閮蓚€(gè)浮球，一個(gè)用于水倉高水位、管道低壓力時(shí)供水泵的開啟電路，一個(gè)用于水倉低水位時(shí)的斷開電路。

4 總結(jié)

井筒淋水復(fù)用系統(tǒng)投入后，外排水量少，利于礦井環(huán)境保護(hù)，該系統(tǒng)投入后，年節(jié)約費(fèi)用約93萬元，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有利于礦井可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王仁祥.電力新技術(shù)概論[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]周芝峰，張星.變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析[J].變頻世界，2000（10）：35-38.