王建理

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.19.054

摘 要：礦井企業(yè)要降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，就應(yīng)該對礦井主排水系統(tǒng)進行有效的優(yōu)化設(shè)計和改造。應(yīng)該通過優(yōu)化設(shè)計和改造，保障礦井主排水系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，同時不斷地降低礦井主排水系統(tǒng)的能耗。該文針對礦井主排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和改造提出了一些具體措施，供相關(guān)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：礦井主排水系統(tǒng) 優(yōu)化設(shè)計 改造

中圖分類號：TD744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（a）-0054-02

2007年我國制定了《礦山固定設(shè)備選型使用手冊》，大部分礦井都是以該手冊為基礎(chǔ)，對礦井主排水系統(tǒng)進行設(shè)計。在近10年的運行實踐過程中，針對礦井主排水系統(tǒng)暴露出的一些問題，應(yīng)該對其進行進一步的優(yōu)化和改造，不斷地提高礦井主排水系統(tǒng)的可靠性、環(huán)保性，提高礦井主排水系統(tǒng)的技術(shù)含量，獲得更好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。

1 改造和優(yōu)化泵房

1.1 泵房底板問題

當前絕大部分礦井都通過沖水的形式來打掃泵房，因此在對泵房地面進行設(shè)計時，為了使水流能夠流向吸水小井，避免泵房積水，應(yīng)該使泵房地面具有一定的坡度[1]。

1.2 泵房斷面問題

如果設(shè)計較大的泵房斷面有利于日常維修、擴容改造、泵房斷面拆除和安裝，但是具有較大的工作量。而且如果井深地壓較大，還可能加速變形。因此礦井在對泵房的高度、寬度和長度進行設(shè)計時盡量選取較大的數(shù)值。

1.3 泵房通風(fēng)問題

在礦井直接排水系統(tǒng)中，一般在井筒附近設(shè)置泵房。井筒附近具有較好的通風(fēng)條件，如果需要聯(lián)合運行多臺泵，則應(yīng)該設(shè)置臨時的通風(fēng)設(shè)備。在分段排水系統(tǒng)中，沒有在副井附近設(shè)置當下水平泵房。當下水平泵房必須具有良好的通風(fēng)條件，而且其通風(fēng)往往不及上水平泵房。

2 對礦井主排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和改造

2.1 選擇主排水泵

在礦井主排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中，離心水泵的應(yīng)用越來越普遍。這是由于離心水泵便于維護，具有較低的設(shè)備投資和較高的運行效率，因此隔爆型電動機組和臥式離心泵的基礎(chǔ)模式在很多礦井主排水泵房中得到了應(yīng)用。井下各局供排水場所可以選擇風(fēng)動潛水泵，或者小流量低揚程防爆潛水電泵，這兩種排水泵運行方式相對靈活，而且安裝比較簡單。

離心水泵包括泵架、泵軸、葉輪、泵殼，這種抽水機械主要是對水的離心運動進行利用。當葉輪淹沒于水中時，離心水泵的內(nèi)部就會出現(xiàn)真空，從而能夠進行排水。因此要使離心水泵能夠正常工作，在啟動前就應(yīng)該注滿水。啟動之后泵中的水在葉輪的帶動下開始高速旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)離心運動，然后被甩出和壓入水管。水的甩出減小了葉輪附近的壓強，從而形成了一個低壓區(qū)，避免外部的水進入泵內(nèi)。這樣一來隨著離心水泵的轉(zhuǎn)動，低處的水就不斷地被抽到高處。要保障礦井主排水系統(tǒng)的運行可靠性，就必須保障注水環(huán)節(jié)的可靠性。大氣壓決定了離心式水泵的吸水揚程，也就是其抽水高度，在離心式水的吸水揚程中，1標準大氣壓能夠?qū)?0 m高的水柱進行支持，通過大氣壓將水壓進低壓區(qū)，因此10 m是離心式水泵的吸水揚程理論極限值，一般情況下實際的吸水揚程難以達到理論極限值，這主要是由于離心水泵汽蝕的存在[2]。氣蝕屬于液體動力學(xué)現(xiàn)象，能夠腐蝕金屬。在離心水泵中出現(xiàn)氣蝕會造成金屬表面的麻點、穿孔甚至剝落，直至整個壁面被穿空。因此在離心水泵的吸程中要對氣蝕的余量進行預(yù)留，也就是從最大吸水高度中減去吸水管路的沿程阻力損失和氣蝕余量，將離心泵的吸水高度得出來。事實上離心泵的制造廠商會根據(jù)實驗將實際允許吸上真空高度的Hs值確定下來，并提供給用戶，一般情況下為4～6 m。

2.2 設(shè)計水倉的容量和長度

一般情況下水倉內(nèi)的流速不超過0.005 m/s，最長停留時間為6 h，水倉的最小長寬為110 m。如果就較小的礦井涌水量，可以適當?shù)匮娱L水泵的持續(xù)運行時間，同時提高水倉的有效容量，從而達到避峰填谷的目的。

應(yīng)該對當前的水槽設(shè)施進行一定的改造。在建設(shè)初期底板一般略低于道木，便于底板積煤和人員行走，如果礦井的清倉較少，那么往往會鋪設(shè)臨時道。在正常生產(chǎn)的過程中，如果需要清理和探查水倉，則應(yīng)該在巷頂或巷幫上預(yù)留照明掛鉤和風(fēng)筒掛鉤。在改造時還應(yīng)該對清倉設(shè)備的安裝預(yù)留設(shè)施進行考慮。例如：如果進行水力清倉，就應(yīng)該對管路托梁進行預(yù)留。應(yīng)該將沉淀池設(shè)置在水倉的入口處，并且牢固地澆筑水倉，避免其漏水。

2.3 選擇和安裝排水管

如果排水管路需要對一定的流量進行排送，那么為了減少揚塵損失，降低能耗，就應(yīng)該適當?shù)財U大管徑，但是這也會增加基建投資。而且在水泵運行的過程中管徑過大，可能會造成電機過載的問題。但是如果管徑過小，盡管可以減小基建投資，但是卻會造成主排水系統(tǒng)的能耗過高，而且具有較大的揚程損失。管徑較小的水管很容易結(jié)垢，一旦排水管結(jié)構(gòu)，會進一步加大揚程損失[3]。

排水管的經(jīng)濟流速一般為1.5～2.2 m/s，管內(nèi)流速不得低于0.8 m/s，否則排水管內(nèi)可能會出現(xiàn)嚴重的掛污。吸水管的流速一般為0.8～1.5 m/s，但是還要對災(zāi)害排水和正常排水這兩種情況進行分別考慮，制定排水管的流速上限。如果管路直徑為150 mm，最大流不得超過2.45 m/h，最大流量不得超過154.8 m3/h；如果管路直徑為175 mm，最大流不得超過2.49 m/h，最大流量不得超過216 m3/h；如果管路直徑為200 mm，最大流不得超過2.69 m/h，最大流量不得超過299.88 m3/h；如果管路直徑為250 mm，最大流不得超過2.72 m3/h，最大流量不得超過479.88 m3/h；如果管路直徑為300 mm，最大流不得超過2.71 m/h，最大流量不得超過691.2 m3/h。還要考慮到排水管的壁厚，盡量選擇較大的附加厚度進行計算。

排水管路的安裝可以分為兩種形式：另作管路鉆孔、井筒內(nèi)安裝。井筒內(nèi)安裝的缺點在于容易產(chǎn)生伸縮變形，管路容易銹蝕，但是其維護量較小，安裝投資少。相反管路鉆孔需要較大的初期投資，但是能夠減小溫差變形，避免管路銹蝕，無需后期維護。當前很多礦井開始應(yīng)用特塑鋼編復(fù)合管、聚乙烯涂層復(fù)合鋼管，這兩種鋼管管壁不易結(jié)垢、阻力小、耐腐蝕。

要注意避免產(chǎn)生水錘，在管路流速為1.2 m/s、排水管路長、排水任務(wù)重、礦井較深的排水系統(tǒng)中，很容易出現(xiàn)水錘的問題，水錘會造成井筒排水管路的變形，同時破壞泵房內(nèi)的環(huán)形管，損壞逆止閥。停泵不利和停電都可能造成水錘，應(yīng)該盡量減少彎頭的管線，牢固的固定排水管，加裝水泵多功能逆止閥，盡量實現(xiàn)合理供電，減少電氣故障的發(fā)生。為了實現(xiàn)變頻控制，還可以使用瀉壓溢流裝置[4]。

2.4 設(shè)計和改造注水方式

只有當離心水泵的泵腔中都注滿水時，才能對離心水泵進行啟動。當前主要有兩種離心水泵沖水的方法，分別為射流泵抽真空和真空泵抽真空，礦井也可以根據(jù)自身的考慮將兩者互為備用。

射流泵抽真空的動力源是壓縮空氣或壓力水源，是一種純機械裝置，這種充水方式具有較低的能耗，但是具有相當復(fù)雜的管路閘閥系統(tǒng)，而且每次啟動都需要使用壓縮空氣或壓力水源，具有比較復(fù)雜的自動化控制，需要較長時間進行啟動，而且很容易出現(xiàn)管路系統(tǒng)漏氣的問題。

真空泵抽真空方式的抽真空系統(tǒng)，主要包括真空表、電磁閥、管路、真空泵，但是這種方式同樣具有自動化控制復(fù)雜、啟動時間長、管路閘閥系統(tǒng)復(fù)雜的缺點，且需要配置真空泵，要占用較大的泵房硐室空間，而且也容易出現(xiàn)管路系統(tǒng)的漏氣。

要啟動水泵，必須對啟動的各個環(huán)節(jié)進行精確的計算。如果使用人工計算具有較大的工作強度，而且操作過程相當繁瑣，錯誤率較高，很容易出現(xiàn)多泵磨損不均的問題。因此在對礦井主排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計時，可以在水泵房設(shè)備中運行集中控制器，實現(xiàn)在線監(jiān)視，能夠?qū)﹂l閥的開關(guān)及開度和水泵的啟停進行手動和自動控制，而且具有自動診斷功能。經(jīng)過改造之后的礦井主排水系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理和優(yōu)化管理，安全效益和經(jīng)濟效益都得到了明顯的提高。而且老礦井排水系統(tǒng)存在的漏水問題得到了妥善解決，避免了水淹大巷的情況出現(xiàn)，保障了礦井的正常提升和生產(chǎn)，具有良好的效益。

3 結(jié)語

通過對礦井主排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和改造，能夠進一步提高礦井主排水系統(tǒng)運行的可靠性和安全性，使礦井主排水系統(tǒng)更加完善，對原有的泵房、水倉等進行進一步的改造。與此同時，礦井主排水系統(tǒng)中還應(yīng)該對照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電纜吊掛進行科學(xué)的設(shè)計。

參考文獻

[1] 李令德.礦井主排水系統(tǒng)檢驗若干問題探討[J].科技傳播， 2014（17）：226-227.

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[3] 張樂芳，李超.嵌入式技術(shù)在煤礦排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013（10）：148-150.

[4] 周遠生.煤礦在用主排水系統(tǒng)檢驗工作中應(yīng)注意的問題[J].煤礦機械，2012，33（10）：224-226.