唐強武，黃孝榮

（江西銅業(yè)集團武山銅礦，江西 九江 332204）

1 概述

井下排水系統(tǒng)的是礦山安全生產(chǎn)的重要保障，其一旦出現(xiàn)故障停止運行將造成淹井的嚴重后果，因此如何結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和井下生產(chǎn)實際對井下排水系統(tǒng)進行設計與優(yōu)化，使得泵站運行具有更高的安全性、穩(wěn)定性是值得我們?nèi)ド钊胩接懙腫1]。

2 國內(nèi)礦山排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

進入21世紀以來，隨著采礦技術(shù)的發(fā)展、先進設備的投入，我國深井采礦飛速發(fā)展，目前已有16座礦山開采深度達到或超過1000m，其中，吉林夾皮溝金礦、云南會澤鉛鋅礦和六苴銅礦達到1500m，河南靈寶釜鑫金礦達到1600m。進入深部開采后，水量的增加、水質(zhì)的改變、水錘力的增大、設備的大型化以及自動化控制等，都是設計時需要著重考慮的問題[2]。

3 深井排水系統(tǒng)優(yōu)化設計探討

現(xiàn)有排水系統(tǒng)的設計主要按照既有設計規(guī)范對井下水泵房內(nèi)的土建部分、機械部分、管路部分和電氣部分的設計，而對泵站的后期維護、檢修、水質(zhì)狀況、節(jié)能、泵站的日常監(jiān)控保護等方面考慮較少，這樣對于要求更高的深井排水系統(tǒng)的安全高效運行是十分不利的，因此如何在傳統(tǒng)的設計基礎上進一步完善深井排水系統(tǒng)的設計是值得認真探討的[3]。筆者結(jié)合多年的井下泵站管理經(jīng)驗認為，深井排水系統(tǒng)的設計應考慮以下幾個方面。

3.1 維修硐室的設計

隨著排水深度的增加和水泵技術(shù)的進步，高揚程的離心水泵已廣泛應用于井下泵站，該類水泵及配套電機相較低揚程離心泵，尺寸與重量大幅增加。以DF280-65＊9（P）型自平衡多級離心泵為例，該水泵揚程為585m，重達3.7t，若采用提升機或車輛經(jīng)斜坡道運輸?shù)姆绞綄⑺眠\送至地面大修，安全隱患大，過程較為復雜。而對于揚程達千米的水泵而言，若仍采用傳統(tǒng)的方式將其運送至地面廠房維修，顯然是不符合實際情況的，因此在深井排水系統(tǒng)設計時應考慮在泵房單獨設計維修硐室。

維修硐室的設計應結(jié)合泵站實際情況考慮以下幾個方面：首先維修硐室區(qū)域劃分應含維修區(qū)，工器具擺放區(qū)，材料備件擺放區(qū)，水泵擺放區(qū)。其中維修區(qū)主要是根據(jù)水泵尺寸設計相應的維修平臺，平臺四周應留出1.5m～2m的維修空間，維修平臺水泵解體初始端還應預留出解體部件擺放區(qū)；工器具擺放區(qū)盡量靠近維修區(qū)；材料備件區(qū)應根據(jù)備件大小預留出兩套完整備件擺放區(qū)域；水泵擺放區(qū)主要用于擺放備用泵（待修泵）。其次，維修硐室應設計電動行車、運輸軌道、轉(zhuǎn)盤等配套的起吊、運輸裝置。最后，維修硐室應緊靠井下泵站，運輸鐵軌互相連通。

3.2 沉淀池設計

現(xiàn)有井下泵站常用的離心水泵按其使用范圍主要是分為D型、DF型、MD型。其中D型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度低于80℃的清水或物理化學性質(zhì)類似清水的液體；DF型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度為-20℃～105℃的腐蝕性液體；MD型水泵用于輸送顆粒含量≤1.5%，粒度≤0.5mm，溫度為-20℃～80℃的中性礦井水及其他類似的污水。據(jù)此可知井下水泵對水質(zhì)的要求較高，而井下膠結(jié)充填技術(shù)的應用會導致水中泥沙含量急劇增加，水質(zhì)狀況惡化。因此在井下排水系統(tǒng)設計中應根據(jù)礦山生產(chǎn)工藝、水質(zhì)狀況等條件將沉淀池設計也納入到整個系統(tǒng)設計中。沉淀池設計時應注意以下兩個方面：首先沉淀池應設計兩個，一用一清；其次設計時應考慮沉淀池機械清理方式。

對于水質(zhì)酸性較大的礦山，設計時一般采用DF型水泵，該類水泵采用不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性能好，但價格昂貴，空負荷運行時容易燒結(jié)卡死。

因此設計時可在沉淀池或水倉處設置加藥中和裝置，將水質(zhì)變?yōu)橹行?，這樣就可采用D型或MD型水泵取代DF型水泵，極大的降低了水泵采購成本及日后維修成本，經(jīng)濟效益十分可觀。

3.3 自動化控制設計

國務院辦公廳印發(fā)的《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》中明確提出礦山企業(yè)在十三五規(guī)劃期間建設智慧礦山，而井下排水作為礦山安全生產(chǎn)的重要系統(tǒng)之一，實現(xiàn)其自動化、智能化是保證礦山安全生產(chǎn)的重要保障，是智慧礦山不可缺少的安全生產(chǎn)系統(tǒng)?，F(xiàn)今大部分礦山均在大力推進井下泵站自動化改造，也有部分礦山早已實現(xiàn)井下泵站自動化控制，因此，井下排水自動化控制是日后排水系統(tǒng)設計中十分重要的一部分。井下泵房自動化控制設計時應注意以下幾個方面。

首先系統(tǒng)監(jiān)控對象與參數(shù)應齊全，主要監(jiān)控參數(shù)有：①電量監(jiān)測：主電機運行電流、電壓、功率等。②流量監(jiān)測：單泵流量或單管流量、總管流量。③液位監(jiān)測：井下水倉內(nèi)水位。④壓力監(jiān)測：主水泵進、出口壓力、主管壓力。⑤溫度監(jiān)測：電機定子繞組、前后軸溫度，水泵前、后軸承溫度。⑥振動監(jiān)測：水泵前、后軸承振動。⑦設備狀態(tài)：主水泵、主電機、排水閘閥、射流泵、射流閥、真空泵、真空閥、配電設備及啟動柜等設備的工作狀態(tài)。⑧保護信息：設備的各種保護事件與保護定值等。

其次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計建議采用分布式多CPU控制，即配備一臺集中控制柜，另外每臺水泵配備一臺就地控制柜，正常情況下由集中控制柜控制，當集中控制出現(xiàn)故障時各臺水泵仍可通過就地控制柜控制。該控制模式，安全度高，集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，其他水泵無論手動還是自動模式均可正常運行。存在問題的水泵可單獨脫離系統(tǒng)進行檢修。其次，穩(wěn)定性高，每臺水泵對應一套CPU及控制裝置，每臺機組同時熱備。

最后系統(tǒng)異常保護功能應齊全，完善的井下泵站自動控制系統(tǒng)應具備超溫保護、流量保護、壓力異常保護、水位超限報警、啟動超時報警、通訊故障報警、儀表檢測信號掉線報警、透水早期預警保護等功能。

4 結(jié)論

由于深井排水系統(tǒng)較為復雜，在系統(tǒng)設計時應綜合考慮安全性、先進性、經(jīng)濟性、維護的便利性等各方面因素，使得新泵房在使用年限內(nèi)能完全滿足深井排水的要求，避免日后因技術(shù)落后、維護不便等原因而形成附加改造升級工程。