QJ深井潛水泵在礦井積水排除中的應(yīng)用

吳東燕，王建永

(中核第四研究設(shè)計(jì)工程有限公司，河北 石家莊 050021)

1 礦井現(xiàn)狀

某鈾礦山地處江西丘陵地區(qū)，礦井70年代建成，由于種種原因停產(chǎn)近30多年，地下水已將礦井全部淹沒(méi)。井底水窩標(biāo)高-171.00m，井口標(biāo)高212.00m，井深383.00m，豎井井筒直徑5m，原井筒裝備基本拆除。為減少施工費(fèi)用，在地表新建一座水池，水池池底標(biāo)高226.6m，該水池既用于積水的排除，投產(chǎn)后又作為礦井水沉淀池使用，該水池有效容積約150m3。為恢復(fù)礦井生產(chǎn)新鋪設(shè)兩趟DN200輸水管。

2 排水設(shè)備選型

礦井恢復(fù)生產(chǎn)前需將礦井積水排除。原礦井最上中段167m停產(chǎn)時(shí)已形成部分井巷工程，估算礦井巷道積水13775m3，其他各中段的馬頭門(mén)僅完成5～10m，估算豎井井筒和其余中段積水5890m3。因礦井積水大部分集中在167m中段，且施工工期要求排除井水時(shí)間控制在10天左右，按照積水深度和積水分布情況，以及井下預(yù)測(cè)的礦井涌水量，確定采用分階段排水方案。

前期排水選用大流量小揚(yáng)程泵，盡量縮短排水時(shí)間，后期排水采用高揚(yáng)程小流量泵。排除167m巷道積水選用1臺(tái)300QJ200-80/4型潛水泵，排除豎井井筒積水選用1臺(tái)250QJ50-460/23型潛水泵。水泵主要性能參數(shù)如下。

300QJ200-80/4型潛水泵主要性能參數(shù)：排水量：Q=200m3/h，揚(yáng)程：H=80m，效率：η=76%，轉(zhuǎn)速：n=2900r/min，功率：N=75kW。

250QJ50-460/23型潛水泵主要性能參數(shù)：排水量：Q=50m3/h，揚(yáng)程：H=455m，效率：η=68%，轉(zhuǎn)速：n=2850r/min，功率：N=110kW。

3 排水過(guò)程中遇到的問(wèn)題

300QJ200-80/4型深井潛水泵一次下放到距離井口48m處，靜水位深度約42.5m，排水總高度62.6m，水泵工作正常，按預(yù)期完成167m井巷排水工作，停泵后靜水位深度約45m。然后更換水泵，下放250QJ50-460/23型深井潛水泵到水面下70m左右，水泵實(shí)際安裝排水總高度為129.6m，計(jì)算水泵揚(yáng)程為143.29m。水泵采用軟啟動(dòng)，開(kāi)泵后水泵始終處于過(guò)電流狀態(tài)，啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)最大電流達(dá)到380A，然后在260A附近擺動(dòng)，運(yùn)行極不穩(wěn)定，開(kāi)泵不到2分鐘，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源。

4 原因分析

250QJ50-460/23型深井潛水泵采用離心式葉輪，空間導(dǎo)葉，水潤(rùn)滑軸承。水泵與電機(jī)的聯(lián)接采用聯(lián)軸器剛性聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)為充油式。其工作原理是：水泵葉輪在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使液體能量增加經(jīng)泵殼的導(dǎo)流作用進(jìn)行提水。該泵在水泵上端設(shè)有逆止閥體，防止電泵停機(jī)時(shí)，因排水管中倒流的水損壞工作部件。閥上有泄水孔，可將管路中的水緩緩放掉。

250QJ50水泵的性能曲線見(jiàn)圖1。該系列水泵若在過(guò)低揚(yáng)程下使用，流量將會(huì)增加，電動(dòng)機(jī)工作電流增大，當(dāng)超出電動(dòng)機(jī)額定電流，并長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)燒壞電機(jī)；若使用揚(yáng)程過(guò)高，水泵流量減小，效率降低，電泵軸向力加大，容易造成電機(jī)磨損。

圖1 250QJ50水泵性能曲線

250QJ50-460/23型深井潛水泵排水初期僅安裝在井下115m位置，計(jì)算水泵揚(yáng)程為143.29m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水泵455m的設(shè)計(jì)使用工況點(diǎn)，顯然處于低揚(yáng)程運(yùn)行，水泵呈現(xiàn)過(guò)電流狀態(tài)是顯而易見(jiàn)的。

5 解決方案

根據(jù)淹井的實(shí)際情況，井筒積水量并不多，但井較深，若采用多段排水，還將至少增加2臺(tái)不同級(jí)的深井潛水泵，勢(shì)必將增加建設(shè)投資，極不合理。

若購(gòu)買(mǎi)能適應(yīng)如此工作條件的深井潛水泵，需要特殊訂貨，且需要設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)泵體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，電動(dòng)機(jī)的密封結(jié)構(gòu)需要特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)還受到電纜絕緣要求的限制，設(shè)備價(jià)格將大幅增加。

依據(jù)離心式潛水泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，采用拆除一部分葉輪[1]的方法為宜。按照250QJ50-460/23型潛水深井泵性能曲線，并結(jié)合礦井深度，確定先拆除11級(jí)葉輪，并用地表上的閥門(mén)控制一部分排水量。拆除葉輪后的水泵其設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)為：揚(yáng)程260m，流量50m3/min，功率63kW，水泵效率73%。

現(xiàn)場(chǎng)僅用3個(gè)小時(shí)就將11級(jí)葉輪拆除并重新安裝完成，將水泵重新下井，一次開(kāi)泵成功，水泵運(yùn)行平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)過(guò)電流現(xiàn)象未再出現(xiàn)，電流穩(wěn)定運(yùn)行在105A。水泵初期實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為：揚(yáng)程145m，流量約95m3/min，水泵運(yùn)行效率低。隨著水泵不斷下放，揚(yáng)程不斷增加，水泵一直穩(wěn)定運(yùn)行到260m，達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)。排水到280m時(shí)，將水泵提出，重新將拆除的11級(jí)葉輪歸位，最終完成383m的排水任務(wù)。

6 結(jié)論

在排除深井的井筒積水時(shí)，可根據(jù)井筒深度采用分段排水方案，選擇合適的深井潛水泵，配套的電動(dòng)機(jī)功率要滿足最終運(yùn)行工況。水泵運(yùn)行初期采用拆除部分葉輪這種簡(jiǎn)單易行的方法，將高揚(yáng)程水泵改為低揚(yáng)程泵，充分利用大電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，隨著排水深度的加大，水泵流量減少，揚(yáng)程增加，在適當(dāng)位置將拆除后的水泵葉輪重新歸位，完成整個(gè)井筒積水的排除任務(wù)，同時(shí)還節(jié)省了投資。

[1] 王如飛.深井潛水泵在筒井排水中的應(yīng)用[J].探礦工程,1998,163(1):41-42.