劉 斌

(同煤集團(tuán)煤峪口礦，山西 大同 037003)

0 引言

煤礦生產(chǎn)過程中，礦井既有正常的涌水量，又可能存在一系列突發(fā)性水災(zāi)，而礦井排水就可以很好解決這2種情況下的涌水。但在具體的使用過程中，礦井排水會(huì)產(chǎn)生較高的電耗，約占全礦耗電量的25%左右，一旦礦井出現(xiàn)涌水量較大的情況，比如突發(fā)性水災(zāi)，礦井排水設(shè)備的耗電量將會(huì)進(jìn)一步增加，占比約為60%，因此，如何解決礦井排水設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題至關(guān)重要，不但會(huì)減少全礦的耗電量，而且會(huì)減少全礦的運(yùn)行成本。

1 煤礦排水設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀

我國(guó)多數(shù)礦井的主排水系統(tǒng)符合國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，但也存在一些問題，常見的問題主要有管網(wǎng)效率較低，水泵效率不高，單臺(tái)泵工序能耗較高。

對(duì)于礦井排水設(shè)備運(yùn)行效率低下的問題，煤礦管理者很少會(huì)注意到，主要原因就是礦井排水設(shè)備并沒有影響到礦井的正常排水工作，也沒有引發(fā)相關(guān)安全問題。但卻存在一個(gè)比較隱蔽的問題，即從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度講，水泵運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電浪費(fèi)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)水泵每小時(shí)會(huì)產(chǎn)生約60 kW的電浪費(fèi)量，則每年就是浪費(fèi)電量約為15萬(wàn)kW，直接造成的經(jīng)濟(jì)損失約為8萬(wàn)元左右。每個(gè)礦井的排水設(shè)備基本保持在至少2臺(tái)排水設(shè)備，從這個(gè)意義上講，礦井每年由排水系統(tǒng)引起的經(jīng)濟(jì)損失約為十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)，因此，提高礦井排水設(shè)備的運(yùn)行效率，意義顯著，可提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。

2 影響煤礦排水設(shè)備效率的因素

2.1 影響因素分析

水泵型號(hào)老舊，使用年限長(zhǎng)：多數(shù)礦井使用的排水設(shè)備比較老舊，比如使用的是上個(gè)世紀(jì)的DA型水泵、TSB型水泵，這些排水設(shè)備最大的問題就是設(shè)計(jì)效率低下，也表現(xiàn)出較低的運(yùn)行效率。這些老舊排水設(shè)備在運(yùn)行過程中，運(yùn)行工況點(diǎn)偏離也是其運(yùn)行效率低的一個(gè)原因。

管路的服務(wù)年限較長(zhǎng)，管路阻力增大：一般而言，礦井水的成分多種多樣，往往含有較多的雜質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間后，在水泵或相關(guān)管道中會(huì)出現(xiàn)異常污垢層，從而引發(fā)排水管道的堵塞問題。同時(shí)排水管路也易于發(fā)生銹蝕問題，這就會(huì)使得管徑變小，使得排水管路的阻力系數(shù)變大，進(jìn)而造成排水設(shè)備的排水能力降低，因而從管路的排水效率到整個(gè)排水系統(tǒng)的排水效率都會(huì)變低。

沒有合理安排水泵運(yùn)行時(shí)間：某些礦井只有較小的水倉(cāng)容積，或水倉(cāng)存在一定的淤積問題，這樣就會(huì)引起水泵的頻繁啟動(dòng)問題，從而使得電機(jī)的負(fù)荷增加，同時(shí)也會(huì)使得排水設(shè)備產(chǎn)生一定的損傷，增大設(shè)備的故障率，增加設(shè)備的維修頻率和維修費(fèi)用。此外，很多礦井對(duì)水泵的運(yùn)行時(shí)間并沒有做出合理的安排，對(duì)排水系統(tǒng)的漏水情況也沒有給出有效的解決辦法，從而造成排水效率的低下，增加了排水成本。

管理不善：煤礦對(duì)排水設(shè)備的相關(guān)管理制度不完善，維修維護(hù)工作滯后，也是影響排水設(shè)備效率的因素之一。

2.2 影響因素權(quán)重分析

層次分析法(Analytic hierarchy process)是一種多因素綜合評(píng)價(jià)方法。本文針對(duì)煤礦排水設(shè)備效率影響因素，利用層次分析法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和比較分析，以此判斷關(guān)鍵因素。

評(píng)價(jià)體統(tǒng)：通過前面的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建立了井下排水設(shè)備效率影響因素分析系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 井下排水設(shè)備效率影響因素分析系統(tǒng)

判斷矩陣建立：層次分析法的計(jì)算基礎(chǔ)是基于對(duì)各個(gè)因素比較得出量化標(biāo)準(zhǔn)。其原理是通過對(duì)各因素進(jìn)行兩兩比較，比較值為1時(shí)，代表兩者重要度一樣；比較值為2時(shí)，代表前者比后者相對(duì)重要，以此類推，通常比較值選擇區(qū)間為[1，9]。因此，建立圖1對(duì)應(yīng)的判斷矩陣，見表1。

表1 影響因素判斷矩陣

權(quán)重計(jì)算和結(jié)果檢驗(yàn)：層次分析法的計(jì)算是通過計(jì)算判斷矩陣的特征向量和最大特征根求得的。因此，求得上述判斷矩陣的特征向量為

H=(h1,h2,h3,h4,h5)T=(0.335 9,0.254 6,0.179 9,0.143 9,0.080 3)T

λmaxA=5.197 2

層次分析法的結(jié)果檢驗(yàn)是通過一致性檢驗(yàn)得出的，計(jì)算公式如式(1)所示。

CR=(λmax-n)/(n-1)/RI

(1)

式中：RI—平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)n取5時(shí)，RI取1.12。

將相關(guān)參數(shù)代入式(1)中，可得CR<0.10，結(jié)果合理。

結(jié)果分析：通過上面的計(jì)算結(jié)果，可以對(duì)井下排水設(shè)備效率影響因素進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)設(shè)備陳舊與電機(jī)老化所占權(quán)重較大，是影響效率的主要原因。此外，權(quán)重比較從大到小依次為管路使用情況、運(yùn)行時(shí)間以及制度管理。

3 煤礦排水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

3.1 提高排水系統(tǒng)設(shè)備的先進(jìn)性

使用先進(jìn)的排水泵：國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)均要求排水泵既要節(jié)能又要高效，要做好水泵的節(jié)能工作，常用的方法就是使用性能先進(jìn)的新型排水泵，讓排水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)處在高效區(qū)內(nèi)。

選擇合適的驅(qū)動(dòng)電機(jī)：對(duì)于電機(jī)的選擇，要結(jié)合系統(tǒng)的整體要求來確定。電機(jī)的選擇要充分實(shí)現(xiàn)排水泵的效率，保證實(shí)際效率值與額定效率值基本一致，因此，要綜合考慮各方面因素來確定額定效率值。對(duì)于電機(jī)存在老化問題的情況，要投入資金，更換設(shè)備。最后，排水系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

3.2 制定完備的制度并且加強(qiáng)管理

排水設(shè)備管理工作的有序開展需要一定的管理制度作為保障。排水設(shè)備的管理工作要嚴(yán)格按照相關(guān)部門制定的制度開展，要明確每個(gè)管理者的工作范圍，提高管理效率。①對(duì)排水系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間做出合理的安排，比如在電費(fèi)較高階段，可減少排水系統(tǒng)的使用，出現(xiàn)危險(xiǎn)水災(zāi)事故除外；②排水設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，操作人員要做好相關(guān)技術(shù)性操作，嚴(yán)格遵規(guī)操作，提高操作規(guī)范化程度。同時(shí)，對(duì)于管道中的雜質(zhì)等采取定期清理措施；③加強(qiáng)排水設(shè)備的日常管理維護(hù)工作，對(duì)排水系統(tǒng)的各設(shè)備，均要實(shí)行定期維修管理，定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)排水設(shè)備存在老化等問題，就要及時(shí)采取維修或更換措施。對(duì)排水設(shè)備的性能也要進(jìn)行定期測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)耗能變大，則及時(shí)采取更換措施。對(duì)于排水設(shè)備的保養(yǎng)工作，可結(jié)合各設(shè)備的使用頻次，確定合理的保養(yǎng)周期。此外，維修或保養(yǎng)工作結(jié)束后，還要對(duì)維修或保養(yǎng)情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，不斷總結(jié)，以優(yōu)化維修或保養(yǎng)措施，減少費(fèi)用。

3.3 合理規(guī)劃排水系統(tǒng)的管線

在抽水管線的直徑的選擇問題上，應(yīng)采用大直徑水管，同時(shí)也應(yīng)滿足排水設(shè)備的排水效率，以確保各設(shè)備正常運(yùn)行。此外，在設(shè)備的安裝方面，還應(yīng)考慮一些重要因素，比如高度、長(zhǎng)度和位置。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，可在排水泵出水口加裝一定長(zhǎng)度的管線，這樣可使得礦井水完全排出礦井。最后，在管線材料的選擇上，還應(yīng)選擇綠色建材，從而確保管線的使用年限，即便管線損壞而棄用時(shí)，也不會(huì)污染環(huán)境。

4 結(jié)論

(1)本文對(duì)煤礦排水設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了了解，分析了煤礦排水設(shè)備運(yùn)行效率不高原因：管路的服務(wù)年限和水泵的服務(wù)年限較長(zhǎng)，效率較低、水倉(cāng)容積相對(duì)較小，沒有合理安排水泵運(yùn)行時(shí)間等。

(2)通過層次分析法，對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行了權(quán)重分析，得出了各因素對(duì)排水設(shè)備效率的影響程度大小。針對(duì)主要因素提出了提高排水系統(tǒng)設(shè)備效率的措施。