劉永生

（鄭州煤電股份有限責公司告成煤礦，河南 鄭州 450000）

提要：本文針對水災礦井追排水現(xiàn)場使用的一款BQ系列潛水電泵排水系統(tǒng)，在應用實踐中存在的技術(shù)問題、安全問題進行分析，給出適宜的加裝接力泵、吸水罩改造、配套電控系統(tǒng)改造及輔助安全設施改造等技術(shù)改造思路和方法，提高了追排水效率，實現(xiàn)了水災礦井快速恢復。采用同類型設備的追排水現(xiàn)場具有較好的指導和借鑒作用。

煤礦井下發(fā)生水災致使礦井某個采區(qū)被淹時，人們通常選擇在具備條件的下山巷道內(nèi)安裝水泵進行追排水作業(yè)，受巷道斷面影響，用于追排水應急排水設備宜選擇長條形輪式可組裝潛水電泵。據(jù)了解，目前國內(nèi)應急排水中心將BQ系列潛水電泵作為首選應急排水裝備。該裝備屬于最新型高效排水設備，具有水泵與電機軸向分體法蘭對接裝配成圓筒外形，有適合不同軌矩軌道輪行走機構(gòu)。該型水泵采用自平衡技術(shù)，具有安全性好、維護量小的特點。電泵泵體包裹有吸水罩，可改變水泵吸水方式為底部吸水，且水流流經(jīng)泵體與吸水罩間隙，具有較好的冷卻作用等，該型潛水電泵基于上述性能特點，尤其適應合煤礦采區(qū)下山沿軌道向下追排水需要。但BQ系列潛水電泵使用說明書規(guī)定使用環(huán)境條件為：電泵必須完全潛入水中，最低淹沒水位應不低于逆止閥的出口凸緣上平面。據(jù)了解，該系列潛水電泵長度范圍為3.7～12.8m，裝配后總長度達5～15m，在下山追排水現(xiàn)場實踐中，存在以下不足：（1）作業(yè)人員為減少停泵延管頻次，往往一次沿軌道向水下推進30～40m，由于水泵沒入水下過深過遠。若前方水下有淤積或其他障礙物，人員無法深入前方水下，清障困難，可能造成機組無法推進，嚴重影響追排水進度。（2）該系列潛水電泵供電控制設備通常安裝在變電所或采區(qū)上部，采用遠程監(jiān)控方式開停水泵。在移動頻繁的追排水現(xiàn)場，需要司泵工現(xiàn)場實時觀察水泵運行參數(shù)、運行狀態(tài)及排水管路泄漏情況，以便及時開停水泵。因此，有關(guān)技術(shù)人員共同討論研究，決定對電泵進行適用性技術(shù)改造，確定了通過在潛水電泵末端安裝配套的接力泵，將潛水電泵改造為主泵輔泵就地監(jiān)測控制，確定了潛水電泵可以半脫水狀態(tài)運行的技術(shù)改造路線和思路。圍繞這一路線和思路，制定出主要改造內(nèi)容有泵體吸水罩改造、加裝接力泵、就地集中控制改造及輔助設施、裝備制作等。

1 泵體吸水罩改造

（1）吸水罩水密性改造。原設計配套吸水罩在使用中完全浸入水中，對其密封性要求不高，脫水運行時漏水嚴重，已造成水泵缺水。原設計配套吸水罩在吸水罩底部設計有觀察孔和排污孔，均設計為方孔，利用δ3mm鋼板封蓋，且無密封措施；上下兩半式結(jié)構(gòu)吸水罩利用法蘭螺栓聯(lián)接，采用石棉墊作為密封，密封性差。對所有密封結(jié)合面進行拋光處理，使密封面粗糙度達到或接近Ra0.8,然后采用免墊片密封膠588將上下密封面均勻涂抹，用10×30mm止水膠條敷設平展，按照操作規(guī)范擰緊法蘭螺栓。（2）進行等強設計。將觀察孔和排污孔蓋板更換為與吸水罩同樣厚度的δ10mm鋼板。（3）過渡短節(jié)設計。將透水過濾罩拆除，更換為相同長度的喇叭形過渡節(jié)，并在過渡節(jié)末端設計聯(lián)接法蘭，為接力泵聯(lián)接做準備。（4）實現(xiàn)吸水罩釋壓功能。吸水罩密封問題解決后，還必須具有一定的承壓釋壓功能，以平衡接力泵供水水頭壓力，確保吸水罩密封不受損害。原吸水罩設計直徑φ1050mm，全封結(jié)構(gòu)，為解決吸水罩卸壓問題，在首端端面頂部設計2個DN100釋壓孔，經(jīng)強度驗算后將吸水罩鋼板厚度由δ8mm增大到δ10mm，重新設計制作吸水罩。釋壓孔安裝DN100閘門，接力潛水電泵機組工作期間閘門開啟，觀察釋壓孔有水流出，證明接力泵供水正常，主泵不缺水。

2 加裝接力泵

接力泵選擇HDB系列隔爆型單級大流量專用潛水泵，流量為主泵額定流量的110%～120%，保證給水充足。接力泵電機功率范圍為18.5～80kW，電壓等級660V，采用QJZI-80/200型隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁啟動器控制，接力泵通過過渡節(jié)與主泵吸水罩法蘭聯(lián)接。經(jīng)改造，一種傾斜布置的軌道式“主輔一體式接力追排水機組”應運而生，稱為接力潛水電泵機組。該機組只需將最前端的接力泵潛入水中，電泵主機可完全脫水作業(yè)，接力泵最低吸水高度580mm。這樣，水泵機組前方障礙物清晰可見，方便清除，使追排水得以順利進行。

3 就地集中控制系統(tǒng)改造

煤礦井下追排水時通常將水泵供電控制系統(tǒng)安裝于高處，但采用主輔一體式接力潛水電泵機組排水時，需要主泵與接力泵根據(jù)水位高低、主泵是否缺水、供電、管路及水泵運行情況等，及時配合開停水泵，保證潛水電泵泵機組安全。若主泵與接力泵控制保護裝置不能實現(xiàn)集中控制與顯示，現(xiàn)場操作人員就無法根據(jù)現(xiàn)場情況、數(shù)據(jù)顯示及報警情況，及時準確操控設備，甚至造成設備損壞。因此，必須進行就地集中控制改造。

（1）被控設備基本情況。該電泵機組配套的接力泵采用500HDB混流式潛水電泵，水泵額定流量1600m3/h，電機功率80kW，供電電壓660V，接力泵控制采用QJZI-200型隔爆兼本質(zhì)安全型低壓真空電磁啟動器就地控制與顯示，無須改造；主泵采用BQ系列潛水電泵，水泵水泵額定流量1100m3/h，電機功率2800kW，供電電壓6kV，水泵控制采用QJGZ-400/6型隔爆兼本質(zhì)安全型高壓真空電磁啟動器遠方控制與顯示，需進行就地控制技術(shù)改造。改造電控系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 改造電控系統(tǒng)圖

（2）改造方案說明：就地控制功能改造。潛水電泵配備的HD智能控制器將控制輸出接點接入開關(guān)控制回路，可以實現(xiàn)自動開停水泵。HD智能控制器以單片機系統(tǒng)為核心，包括2路溫度輸入、5路電極輸入、1路計時輸入、1路報警輸出、1路控制輸出，各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過觸摸液晶屏顯示。HD智能控制器可實時顯示電泵內(nèi)部溫度，提供兩點溫度檢測（用符號A、B表示），可以對報警溫度值進行設定，當兩點溫度中任一點超限或由上水位、下水位、缺水1、缺水2、開機水位報警時，控制器顯示報警。同時，對應繼電器KS、KJ閉合觸點輸出，供外部電路連鎖或連接報警器用。HD智能控制器有4個主頁面：工況顯示、事件查詢、時間設定、參數(shù)設置等。但由于HD智能控制器監(jiān)測數(shù)據(jù)不全，如沒有采集監(jiān)測水泵運行電流，無法判斷水泵是否過載；沒有采集排水管路壓力、流量數(shù)據(jù)，無法判斷管路是否泄露或水泵吸水口堵塞等情況；沒有采集水泵及線纜絕緣下降、接地、斷相等電氣參數(shù)，無法判斷水泵系統(tǒng)電氣故障；且水泵及電機溫度監(jiān)測采集點不夠，無法了解水泵機組各處溫升狀態(tài)等；HD智能控制器采用液晶屏顯示，無法制作人機交互友好的組態(tài)畫面，不能動態(tài)形象顯示監(jiān)控圖像及運行數(shù)據(jù)、參數(shù)。沒有配備視頻系統(tǒng)，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場智能可視化。另外，在追排水現(xiàn)場，由于電泵機組經(jīng)常移動，排水管路需經(jīng)常延接，水泵開機水位、上水位時常變化，自動控制時會因參數(shù)變化產(chǎn)生誤動作。由于HD智能控制器沒有監(jiān)測管路泄漏的傳感器，無法在管路泄漏時及時停運水泵，現(xiàn)場實踐中，排水管路多因密封或連接不良發(fā)生泄漏，必須人工立即停泵處理。HD智能控制器只有報警輸出，需要自配報警器?？梢姡捎肏D智能控制實現(xiàn)自動開停水泵機組存在較大安全風險。所以，本次就地控制功能改造的思路為采用智能控制器監(jiān)測報警、人工操控水泵模式。改造內(nèi)容有以下幾個方面：①控制系統(tǒng)改造。在主潛水電泵與遠方高壓啟動器之間配套有一根屏蔽多芯監(jiān)測控制電纜，監(jiān)測控制電源電壓127V，由高壓啟動器內(nèi)部控制變壓器供電。在追排水現(xiàn)場，將監(jiān)測控制電纜水泵側(cè)剖開，分別將控制主泵的高爆啟動器和控制接力泵的低壓啟動器遠程控制端子接入一個防爆控制按鈕。同時，將主泵啟動時間設定延時3s，讓接力泵先于主泵啟動，為主泵啟動創(chuàng)造必要條件。②就地顯示報警或停機功能改造。第一步，通過水泵控制開關(guān)僅能查看水泵的運行電流、電壓，而控制主泵的高壓啟動器在遠處，現(xiàn)場司泵工無法看到。為全面掌握智能控制器采集的水泵運行各項參數(shù)，必須將安裝于高壓啟動器內(nèi)部不能觀察到監(jiān)測畫面的HD200KS控制器拆除，安裝固定在帶有觀察窗的隔爆殼內(nèi)移至追排水現(xiàn)場，同時殼體內(nèi)新增127V繼電器一只，在繼電器回路串入溫度、水位、缺水接點KS、KJ和水泵開機計時接點K。就地監(jiān)測主排水泵在運行過程中可能發(fā)生的電機內(nèi)部繞組超溫和缺水、環(huán)境水位異常等情況，保證設備安全運行。第二步，外接語音報警器。報警器采用127V電壓供電，將HD智能控制報警輸出點接入報警器控制回路，實現(xiàn)語音報警。改造接線圖如圖2。圖3為工況顯示頁面，即主顯示畫面。

圖2 改造接線圖

圖3 工況顯示圖

4 接力潛水電泵機組輔助設施改造

（1）主泵與接力泵連接部分強化。在主泵吸水罩改造過程中，已經(jīng)預設過渡短節(jié)，過渡短節(jié)末端可直接與接力泵法蘭聯(lián)接，接力泵長度3.2m，重量約1.3t,接力泵采用懸臂無輔助支持方式與主泵聯(lián)接，運行過程中會對過渡短節(jié)及接力泵聯(lián)接處的法蘭及密封墊圈上邊緣和下邊緣產(chǎn)生較大拉伸力和擠壓力，可能會損壞聯(lián)接法蘭和密封。為此，在吸水罩最高處設計焊接倒三角形耳板裝置，安裝兩根斜拉鋼索，斜拉鋼索的松緊程度以法蘭周邊壓力均衡為判斷依據(jù)，大大減少了破壞力。

（2）涉水作業(yè)輔助裝備設計制作。“主輔一體式接力追排水機組”改造正常后運行過程中，機組前方遇有淤積、礦車、鉆機等或前方巷道坡度變緩，需要人工清除障礙或機組需要輔助牽引前移時，人員需要涉水懸掛起吊裝置、固定繩輪等，安全風險大，職工需要涉水作業(yè)。為此，利用多只PE材料浮箱，根據(jù)標定浮力50kg/只，設計制作浮箱托架、護欄等制作了浮筏，一次可承載2～3人，讓作業(yè)人員乘坐浮筏漂至巷道迎頭作業(yè)，避免職工涉水作業(yè)，有利于作業(yè)安全。

BQ系列潛水電泵與接力泵一體化排水機組改造應用，取得了較好效果，斜巷追排水效率提高了2倍以上。接力潛水電泵一體化機組在水災淹井井下追排水過程中發(fā)揮重要作用，大大加快了追排水進度，保障了受災礦井快速恢復生產(chǎn)。實踐證明，接力潛水電泵機組就地集中控制顯示裝置改造最為關(guān)鍵，本文所給出的改造方案是工程技術(shù)人員在實際追排水過程中，為保證設備安全運行而采取應急方案措施，希望對采用同類排水設備追排水現(xiàn)場有一定借鑒作用。更希望從事排水設備及排水設備智能電控化生產(chǎn)及科研單位結(jié)合現(xiàn)場需求，盡快開發(fā)研制適合該類組合排水裝備的一體化智能化監(jiān)控設備，滿足國內(nèi)水害嚴重礦井應急排水需要。