煤礦采掘地區(qū)自動排水的研究

朱福文 李玉娟

(焦作煤業(yè)(集團)有限責任公司 機電處，河南 焦作 454002)

煤礦井下采掘地區(qū)施工用水和斷層裂隙涌水后，為保證安全生產，需及時排出含有煤、矸及其它雜質的污水。水泵排水能力依據正常涌水量和最大涌水量設計，應能隨時排出工作面正常涌水量，并能滿足最大涌水量要求，故所選水泵流量往往大于正常涌水量。受巷道架棚及其它條件制約，泵坑容積一般較小，若不安排專人開泵，極易造成水泵空轉、喝風，且水位淺時不利于泵體散熱，造成效率低下，耗能嚴重，甚至燒毀電機，影響排水安全。若設專人開泵，又將造成人員的極大浪費。因此，研究煤礦采掘地區(qū)的自動排水是非常必要的。

1 研究區(qū)概況

焦煤集團是全國有名的大涌水礦區(qū)，現有礦井19對，共有主排水泵房38座，主排水泵325臺，礦井綜合排水能力1500.73m3/min。經過多年的努力，主排水系統完全滿足有關要求，噸水百米電耗等主要指標完成情況名列前茅，但采掘地區(qū)的排水管理一直不盡人意。

2 采掘地區(qū)自動排水研究

針對采掘地區(qū)排水現狀，經廣泛調研和試驗，對采掘地區(qū)水溝、沉淀池、水倉等進行了統一規(guī)范，并確定了利用全自動礦用隔爆型潛水排污電泵排水和利用自動上水開關+隔爆型潛污泵排水兩種自動排水方式，經試用效果顯著。

2.1 采掘工作面水溝、沉淀池和泵坑的規(guī)格及要求

2.1.1 水溝規(guī)格及要求。預計涌水量不大于120m3/h時在巷道的一側砌筑凈斷面不小于0.3m×0.3m的水溝;預計涌水量大于120m3/h時砌筑凈斷面不小于0.4m×0.4m的水溝。巖巷水溝必須硬化;煤巷水溝可用鐵板或木板護幫、護底，并間隔2m左右加設橫撐。

2.1.2 沉淀池規(guī)格及要求。沉淀池規(guī)格見下表1，如巷道寬度不夠，可擴幫。沉淀池應砌筑或澆筑，其上加蓋厚度不小于50mm的木蓋板或5mm的鐵蓋板(必要時加筋加強)，出水口處設過濾網。涌水量較大且淤積嚴重時可設置2個沉淀池。

表1 沉淀池規(guī)格表

2.1.3 泵坑的規(guī)格及要求。泵坑設在沉淀池的出水口處，在巷幫擴挖而成，泵坑的規(guī)格見下表2。

表2 泵坑規(guī)格表

預計涌水量小于30m3/h時，泵坑與沉淀池可合并施工，中間隔離。預計涌水量大于等于30m3/h的泵坑上應搭設平臺，平臺高于巷道底板0.3m(詳見附圖1)。泵坑口設置防護欄，防護欄高度不低于1m，長度根據泵坑的實際尺寸設置(詳見附圖2)。

排水設備依據采掘地質說明書提供的正常涌水量和最大涌水量進行配置。使用多級離心泵排水時，水泵應安裝在泵坑口搭設的平臺上;使用潛水泵排水時，水泵應垂直吊掛在巷道頂部的錨桿或頂梁上。水泵底座或抽水籠頭離泵坑底板的高度不小于0.2m。水泵控制開關安置在泵坑口搭設的平臺上，且方便操作的地方。

2.2 選用全自動礦用隔爆型潛水排污電泵排水方式

我們選取了一種能夠根據水位高低自動運行的新一代電、機一體化全自動礦用隔爆型潛水排污電泵。

工作原理：利用液位控制浮球在液體中的漂浮高度、位置及角度，產生開關信號，傳送至電泵內的控制系統，從而實現電泵自動開停的目的。另外，該水泵采用內裝式，所輸送介質從電機殼體與過水套之間排出，實現了電機自行冷卻的作用，便于在淺水位狀態(tài)時的使用。本全自動電泵內還裝有熱保護裝置，當電機溫度達到保護溫度時，會自動斷電，電機自動停機;只有當電機溫度降至安全溫度以下，才可再次啟動，有效的保護了電泵的正常運行。

實施方案(附圖)：當液面上漲時，浮球在浮力作用下漂浮上升，達到所需排水液位上限時，浮球上傾斜一定角度后內部常開觸點接通，給泵內控制系統傳遞開啟信號，水泵自動啟動運行。隨著液位的下降，浮球慢慢回落，當降到要求的液位下限時，浮球下傾斜一定角度，浮球開關內部接通觸點斷開，泵自動停止運行。當液位再升高后，重復上述過程。其結構和工作原理如附圖3、4所示。

2.3 選用自動上水開關+隔爆型潛污泵排水方式

該開關可作為普通隔爆型電磁起動器和自動上水開關使用，電氣原理見圖5。

附圖5 自動上水開關工作原理圖

起動：按右側停止按鈕，把隔離換向開關推到合位置按下起動按鈕QA，本安繼電器閉合(扭子開關在手動位置，出廠時0#、2#已短接)，中間繼電器得電吸合，真空接觸器合閘，負載得電運行;同時CKJ2、ZJ3、SJ1斷開漏電閉鎖檢測回路。如須遠控把 0#、2#短接拆開，引進三條線分別是 0#、1#、2#，把 0#、2#接按扭常閑，把1#把常開。

停止：按下停止按鈕TA，本安繼電器失電分斷，中間繼電器失電，真空接觸器分斷。同時CKJ2、ZJ3、閉合、SJ1延時閉合接通漏電閉鎖檢測回路。

水泵自動排水：將扭子開關推到自動位置，引出三條線分別為：0#、4#、44#線(有效控制距離≤50米);當水位升到高水位置時：本安繼電器閉合，中間繼電器得電吸合，真空接觸器合閘，水泵開始排水;水位下降當下降到低水位露出水面時：本安繼電器失電分斷，中間繼電器失電，真空接觸器分斷，水泵停止排水。(反復運行)。

3 經濟和安全效益分析

上述兩種排水方式的特點是：液面定位，自動啟停，無須盯守，安全穩(wěn)定;杜絕空載，提高壽命，節(jié)約電能，減少人工。該電泵一經安裝，液位設定好且接通電源后，電泵自身就能根據設定的最高、最低液位自動啟動和停止工作?？捎行У胤乐挂何怀叨绊懓踩?，也能防止電泵處于無液狀態(tài)的空運行，造成浪費乃至損壞電泵。經過近一年的試用，受到使用單位的好評，并取得了良好的經濟效益和安全效益。

3.1 經濟效益分析

3.1.1 避免電泵空載耗電：傳統電泵由于人工操作，不能根據水位及時停止電泵，造成電泵空載運行，消耗功率約為額定功率的30%，以75KW電泵為例，傳統電泵按每班空載運行1h，一年約耗電：75(KW)×30% ×3h×30d×12(月)=24300(KW/h)即2.43萬度。采用自動排水后，可有效杜絕或避免此類現象的發(fā)生。

3.1.2 節(jié)省人工費用：自動排水方式不需要專職操作工操作和看管盯守，只需定時巡查，每天可節(jié)能3個司泵工，每人每日支出費用約100元，每年可節(jié)省人工費：3×100×30×12=10.8 萬元。

3.2 安全和社會效益分析

該型排水方式與傳統排水方式相比，在生產過程中全面改善了生產操作環(huán)境，減少了修理和搬運次數，大大降低了工人勞動強度，增強了安全系數;該型排水方式節(jié)電效果顯著，節(jié)能環(huán)保，節(jié)省人工，為企業(yè)降低生產成本，提高經濟效益具有明顯的優(yōu)勢，符合國家“節(jié)能減排，低碳科技環(huán)?！闭撸鐣б骘@著。

[1]于治福，李旭鳴，商德男，潘越.基于PLC的煤礦主排水泵自動控制系統設計[J].煤礦機械，2010(01)

[2]李高峰，張興，王磊.采掘巷道自動化排水裝置應用[J].中國西部科技，2010(22)

[3]龍興根，李華光.自動排水在井下的應用[J].江西煤炭科技，2007(01)

[4]劉俊民.井下自動排水研究[J]，民營科技，2012(09)