李成斌 楊 闖 王寶文

(河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司，河北 唐山 063700)

0 引言

地下礦山的排水費(fèi)用一直是礦山生產(chǎn)成本的重要部分，特別是大型地下礦山，更是制約采礦成本。地下礦山的排水時(shí)間主要是看主水倉(cāng)的水位變化，通常是水倉(cāng)水位到達(dá)一定位置后就開啟水泵排水，水位降到一定位置后就關(guān)閉水泵停止排水，并沒(méi)有考慮不同時(shí)段電費(fèi)不同這一可以影響排水費(fèi)用支出的因素，所以如何能夠合理的根據(jù)水倉(cāng)容積、排水能力、礦山涌水量和分時(shí)電價(jià)等因素，確定水泵的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)降低礦山生產(chǎn)的排水成本是十分重要的。

1 工程概況

某地下礦山正?？偱潘繛?4 670m3/d(611m3/h)。按照水倉(cāng)容納6～8小時(shí)正常涌水量計(jì)算，需要水倉(cāng)總?cè)莘e4 008～5 344m3。結(jié)合礦山水文地質(zhì)條件，確定水倉(cāng)總?cè)莘e為4 800m3。-425m中段泵房?jī)?nèi)設(shè)4臺(tái)MD45-83A×7型耐磨多級(jí)離心泵。排水管選用Φ273×9無(wú)縫鋼管3條，正常及最大水量?jī)蓷l工作，一條備用，沿副井敷設(shè)出地表。

2 分時(shí)電價(jià)情況說(shuō)明

根據(jù)供電部門實(shí)行分時(shí)電價(jià)原則，高峰時(shí)段為每天10:00～12:00和13:00～19:00，工業(yè)電價(jià)為0.7296元/度；平段時(shí)段為每天6:00～10:00和12:00～13:00和19:00～22:00，工業(yè)電價(jià)為0.5326元/度；低谷時(shí)段為每天22:00～次日6:00，工業(yè)電價(jià)為0.3356元/度；通過(guò)分析，每天的“峰、谷、平”段時(shí)間各為8小時(shí)，具體見圖1。

圖1 用電“峰、谷、平”分時(shí)及電價(jià)

3 水泵運(yùn)行方案研究

某地下礦山正?？偱潘繛?4 670m3/d(611m3/h)，水倉(cāng)容積為4 800m3。 -425m中段泵房?jī)?nèi)設(shè)4臺(tái)MD450-83A×7型耐磨多級(jí)離心泵，功率為1 000kW，流量為450m3/h，借鑒其他礦山相應(yīng)水泵的運(yùn)行效率，按照有效排量為額定排量的90%計(jì)算，單臺(tái)水泵流量為400m3/h。根據(jù)水泵開啟的臺(tái)數(shù)，擬定三種方案。

方案一：兩臺(tái)水泵同時(shí)排水方案，初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)采用兩臺(tái)水泵同時(shí)排水，根據(jù)涌水量和排水能力計(jì)算，采用該方案每天排水時(shí)間需要18.3小時(shí)。每天的用電“平段”和“谷段”時(shí)間僅為16小時(shí)，即使完全利用用電“平段”和“谷段”排水，仍不能滿足排水需要，每天至少有2.3小時(shí)工作處于用電峰期。

每天水泵運(yùn)行電費(fèi)：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：629.6萬(wàn)元。

為實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”的用電原則，考慮在用電“平段”和“谷段”排水，用電“峰段”不排水，研究制定出“2+1”水泵運(yùn)行方案、3臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行方案。

方案二：“2+1”水泵運(yùn)行方案，兩臺(tái)水在用電“平段”和“谷段”連續(xù)運(yùn)行，在用電“谷段”時(shí)再增加一臺(tái)水泵運(yùn)行，根據(jù)涌水量和排水能力計(jì)算，采用該方案需要兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行16小時(shí)的同時(shí)一臺(tái)水泵再運(yùn)行4.7小時(shí)才能滿足排水需要。

每天水泵運(yùn)行電費(fèi)：8×2 000×0.532 6+8×2000×0.335 6+4.6×1 000×0.335 6=15 434元

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：563.3萬(wàn)元。

方案三：3臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行方案，3臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行，根據(jù)涌水量和排水能力計(jì)算，采用該方案每天排水時(shí)間需要12.2小時(shí)。每天的用電“谷段”的8小時(shí)完全利用，再在用電“平段”運(yùn)行4.2小時(shí)，能夠滿足排水需要。

每天水泵運(yùn)行電費(fèi)：1.2×4 000×0.532 6+8×4 000×0.335 6=13 291元

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：485.1萬(wàn)元。

表1 不同方案水泵運(yùn)行情況對(duì)比

由表1可見，綜合比較采用方案三，3臺(tái)水泵同時(shí)開啟方案費(fèi)用最低。較初步設(shè)計(jì)年節(jié)省水泵運(yùn)行電費(fèi)144.5萬(wàn)元。

4 通過(guò)水倉(cāng)容積測(cè)算方案合理性

不同水泵運(yùn)行方案，水泵運(yùn)行的時(shí)間和停止的時(shí)間不同，所以對(duì)水倉(cāng)容積的要求也不同。水倉(cāng)的容積需滿足，在水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)水倉(cāng)不能被抽干；在水泵停止運(yùn)行時(shí)水倉(cāng)不能被裝滿。水倉(cāng)設(shè)計(jì)容積為4 800m3，考慮到水倉(cāng)內(nèi)的水不可能全部排凈和水倉(cāng)淤泥影響，水倉(cāng)容積應(yīng)為在停泵期間內(nèi)，水倉(cāng)最大蓄水量的110%，實(shí)際水倉(cāng)容積為4 363m3。

方案一：兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行方案，每天排水時(shí)間為18.3小時(shí)，停泵時(shí)間為5.7小時(shí)，根據(jù)電價(jià)分時(shí)原則，計(jì)劃水泵運(yùn)行時(shí)段為19:00～次日13：20，停止運(yùn)行時(shí)間為13:20～19:00，水倉(cāng)蓄水量與水泵運(yùn)行的關(guān)系如圖2。

圖2 水倉(cāng)內(nèi)水量變化情況圖

如圖2所示，選擇方案一的水泵運(yùn)行方案，水倉(cāng)最大容積為3 450m3。

方案二：2+1水泵運(yùn)行方案，每天排水時(shí)間為16小時(shí)，停泵時(shí)間為8小時(shí)，根據(jù)電價(jià)分時(shí)原則，計(jì)劃水泵兩臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)段為19:00～次日10：00和12:00～13:00，另外一臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間為0:00～4:40，停止運(yùn)行時(shí)間為10:00～12:00和13：00～19:00，水倉(cāng)蓄水量與水泵運(yùn)行的關(guān)系如圖3。

圖3 水倉(cāng)內(nèi)水量變化情況圖

如圖3所示，選擇方案二的水泵運(yùn)行方案，水倉(cāng)最大容積為4 510m3。

方案三：若3臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行方案，每天排水時(shí)間為12.2小時(shí)，停泵時(shí)間為11.8小時(shí)，根據(jù)電價(jià)分時(shí)原則，每天運(yùn)行時(shí)間為7:40～10:00；12:00～13:00；21:00～6:00。水泵停止運(yùn)行時(shí)間為10:00～12:00；13:00～21:00；6:00～7:40，水倉(cāng)蓄水量與水泵運(yùn)行的關(guān)系如圖4。

圖4 水倉(cāng)內(nèi)水量變化情況圖

如圖4所示，選擇方案三的水泵運(yùn)行方案，水倉(cāng)最大容積為5 521m3

通過(guò)計(jì)算，方案二和方案三在停止排水時(shí)，水量都超過(guò)了水倉(cāng)容積，所以方案二和方案三排水運(yùn)行方案不能實(shí)現(xiàn)。

5 排水方案優(yōu)化

在保證水倉(cāng)容積不變的前提下，合理有效利用水倉(cāng)的容積保證排水費(fèi)用能夠降低，研究進(jìn)一步對(duì)排水方案進(jìn)行優(yōu)化：

采用“1+2+3”的水泵運(yùn)行方式，根據(jù)不同時(shí)期的水倉(cāng)水量變化情況，合理開啟水泵，三臺(tái)水泵得運(yùn)行時(shí)間為：

1臺(tái)水泵運(yùn)行：1.5小時(shí)；運(yùn)行時(shí)間為：6:00～7:30；

2臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行：8.5小時(shí)；運(yùn)行時(shí)間為：19:00～1:00；7:30～10:00；

3臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行：6小時(shí)。運(yùn)行時(shí)間為：1:00～6:00；12:00～13:00。具體運(yùn)行時(shí)間如圖5。

圖5 水泵運(yùn)行時(shí)間

經(jīng)計(jì)算，優(yōu)化后的水泵運(yùn)行方案，水倉(cāng)最大蓄水量為4 320m3，設(shè)計(jì)的水倉(cāng)容積滿足水泵運(yùn)行方案的要求，同時(shí)也證明了該運(yùn)行方案可以實(shí)施。水倉(cāng)蓄水量與水泵運(yùn)行的系如圖6。

電費(fèi)計(jì)算：優(yōu)化后的水泵運(yùn)行方案，在用電“峰”時(shí)；所用水泵不運(yùn)行;在用電“平”時(shí)，所有水泵合計(jì)運(yùn)行12.5小時(shí);在用電“谷”時(shí)，所有水泵合計(jì)運(yùn)行23小時(shí)，費(fèi)用為：

12.5×1 000×0.532 6+23×1 000×0.335 6=14 376元。

圖6 水倉(cāng)內(nèi)水量變化圖

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：524.7萬(wàn)元。

合理利用電力資源，采用“避峰填谷”的用電方案可節(jié)省水泵的應(yīng)用電費(fèi)用。

初步設(shè)計(jì)每天水泵運(yùn)行電費(fèi)：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：629.6萬(wàn)元。

采用優(yōu)化后的水泵運(yùn)行方案電費(fèi)：12.5×1 000×0.53 26+23×1 000×0.335 6=14 376元

年水泵運(yùn)行電費(fèi)：524.7萬(wàn)元。

經(jīng)比較每年水泵運(yùn)行電費(fèi)節(jié)省電費(fèi)104.9萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

礦山企業(yè)正面臨前所未有的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和生存發(fā)展空間的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，礦山企業(yè)需要提高自身的管理水平，從自身進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)以提高競(jìng)爭(zhēng)力。利用好相關(guān)政策，既是企業(yè)自身的責(zé)任又是企業(yè)發(fā)展的需要。合理利用電力資源，降低井下排水費(fèi)用，從運(yùn)營(yíng)方案和經(jīng)濟(jì)效益是方面對(duì)比原初步設(shè)計(jì)都有很大優(yōu)勢(shì)，合理的水泵運(yùn)行方案和精細(xì)的管理辦法對(duì)礦山生產(chǎn)節(jié)能降本有著重大的意義。