淺談礦井供水系統(tǒng)的節(jié)能改造

【摘要】在保證水量、水壓的前提下，通過對(duì)礦井供水方式、水泵選型、葉輪級(jí)數(shù)及直徑等方面的改造，實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、達(dá)到了降低能耗的目的。為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也為其他煤礦企業(yè)開展礦井供水系統(tǒng)的改造提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】礦井供水；改造；節(jié)能降耗

礦井水是由于采礦活動(dòng)造成采動(dòng)區(qū)域及周邊區(qū)域水文地質(zhì)與與水文地質(zhì)單元隔水構(gòu)造的破壞，從而改變了地下水及地表水的徑流方向和地面污染嚴(yán)重，最終在采空區(qū)或者采動(dòng)區(qū)所匯集的水體。部分礦井水由于水質(zhì)好，無(wú)污染，可以作為生產(chǎn)生活用水直接使用，徐州一些煤礦正大力推廣，由此取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

王莊煤礦地處徐州北郊，離城市較遠(yuǎn)，市自來(lái)水公司不能給企業(yè)直接供。因礦區(qū)周圍的小造紙廠多，地面污染嚴(yán)重，地表水不能使用。而該礦井下具有豐富的礦井水資源，是良好的生活用水。王莊煤礦通過水泵輸送井下深處的熔巖水來(lái)供水，由于提水高度較大，過去每年電費(fèi)支出很高，但同時(shí)該礦的供水又有著巨大的節(jié)能潛力。

1、供水系統(tǒng)節(jié)能改造的措施

王莊煤礦供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行（主要是節(jié)電和節(jié)水）是一個(gè)綜合性課題，也是需要綜合手段來(lái)展開節(jié)能工作。針對(duì)該礦供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，分析了進(jìn)行技術(shù)改造和節(jié)水管理方面的系列問題，認(rèn)為水泵的改型更新節(jié)能潛力很大，節(jié)能效果好，投資回收快面對(duì)運(yùn)行工況偏離高效區(qū)的水泵進(jìn)行測(cè)算后實(shí)施了更新；根據(jù)用水量的變化及調(diào)節(jié)運(yùn)行流量不同的水泵；另外用水量變化及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行流量不同的水泵；另外認(rèn)真做好水泵和供水設(shè)施的檢查維護(hù)工作，加強(qiáng)了企業(yè)的用水管理。

1.1選用高效水泵

由于當(dāng)時(shí)的設(shè)備和技術(shù)條件限制，原有井下泵房采用200TSW-6型水泵，Q=300m3/h，H=2.34MPa，配套電機(jī)功率為360KW，水泵效率為64%.經(jīng)測(cè)算分析，該泵的工況點(diǎn)遠(yuǎn)離高效區(qū)，從而大大降低了水泵效率，造成較大的電能浪費(fèi)。后經(jīng)過調(diào)研論證，改用200D43X5型水泵Q=288m3/h，H=2.15kPa，配套電機(jī)功率為300KW，泵的效率為80%。兩種水泵的工況點(diǎn)略有不同但200D型水泵的工況點(diǎn)A2點(diǎn)比200TSW型水泵的效率A1點(diǎn)高得多，在同時(shí)滿足流量和楊程的前提下，配套電機(jī)功率降低了60KW.若按運(yùn)行18h/d計(jì)算，可節(jié)電31.54x104（kW﹒h）/a。

1.2實(shí)施堵水工程

王莊煤礦的供水水源是利用井下的屯頭系的涌水，正常流量達(dá)2.07m3/min，屯頭系的涌水積累到井下倉(cāng)中，再有泵抽到井上清水沉淀池中。為了減少井下水在水溝和水倉(cāng)中的污染，降低了排水的電耗，在井下打出專用巷道并實(shí)施堵水工程在屯頭泵北巷的兩個(gè)進(jìn)口處砌筑了鋼筋混凝土堵水墻，將水堵在后墻內(nèi)水的靜壓常年保持在1.7MPa左右，同時(shí)安裝DN250管道將壓力水引至水泵入口進(jìn)行利用。

引壓力水至進(jìn)水泵進(jìn)水以后，就相當(dāng)于在水泵前串聯(lián)了一性能穩(wěn)定的且不耗能的增壓站。在這種情況下水泵性能曲線向上平移了H’，這個(gè)H’就是壓力水向水泵提供的動(dòng)壓，經(jīng)測(cè)定正常運(yùn)行時(shí)吸水管的動(dòng)壓力為0.7MPa（相當(dāng)于增加了0.7MPa的揚(yáng)程）。并能保持穩(wěn)定狀態(tài)。因此利用正壓力水能減少水泵葉輪的級(jí)數(shù)或者更換功率小的水泵，可以減少水泵的電耗。

1.3變二級(jí)供水為一級(jí)供水

最初，王莊煤礦的供水系統(tǒng)為兩級(jí)提水方式，在井下和地面各有一個(gè)泵房，井下泵房將井下水抽送至地面的清水沉淀池，再經(jīng)過地面泵房轉(zhuǎn)送至各用戶。地面泵房安裝的水泵為6DA8x2型，Q=144m3/h，H=560KPa，功率為40KW。通過多年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)存在以下缺陷：（1）供水可靠性差。二級(jí)供水涉及的環(huán)節(jié)多，供電設(shè)施，水泵機(jī)組，管路，閥門等系統(tǒng)中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題都會(huì)引起全礦停水。（2）水易受污染。地面清水池因受到人為因素和環(huán)境因素的作用，池水的水質(zhì)會(huì)下降。（3）電耗高。由于地面水泵揚(yáng)程大大高于所需揚(yáng)程，使得水泵效率降低，水泵的工況點(diǎn)偏向高流量區(qū)，耗電量增大。（4）管理維修復(fù)雜。（5）運(yùn)行成本高，需單獨(dú)配備多名操作人員。（6）占地面積大。

在井下水泵的揚(yáng)程滿足使用要求的情況下，尤其是堵水后的井下水泵的揚(yáng)程富余量較大，故對(duì)地面的管道進(jìn)行了改造，并切斷了地面泵站系統(tǒng)，由二級(jí)供水變?yōu)橐患?jí)供水。此舉可以減少人工工資支出約5萬(wàn)元每年，節(jié)約設(shè)備維修材料費(fèi)1萬(wàn)元每年，節(jié)電3.3x104（kW﹒h）/a。

1.4減少葉輪數(shù)量

王莊煤礦供水管網(wǎng)實(shí)際需要水壓經(jīng)測(cè)算為2.15MPa，使用正壓水后，原來(lái)使用200D43x5型水泵揚(yáng)程較實(shí)際高出許多，勢(shì)必造成工況點(diǎn)偏移，流量增大，使水泵長(zhǎng)期在低效區(qū)運(yùn)行，造成電能浪費(fèi)。為了降低改造成本，對(duì)現(xiàn)有的5級(jí)泵抽掉一級(jí)葉輪使之成為4級(jí)泵，使原水泵的銘牌揚(yáng)程由2.15MPa將至1.72MPa，配套電機(jī)功率減小為220kw。減少一級(jí)葉輪后，水泵的工況點(diǎn)向左偏移，同時(shí)水泵效率點(diǎn)也由η1升至η2點(diǎn)。水泵機(jī)組改造費(fèi)用共投資6萬(wàn)元，水泵可節(jié)電12.78x104（kW﹒h）/a。一年可以收回全部投資。

1.5切削葉輪直徑

由于后來(lái)地面管網(wǎng)的逐步改造，管理措施的逐步到位，實(shí)際需水量與水壓有所減少，運(yùn)行200D43x4型水泵工況點(diǎn)向高流量區(qū)偏移，使泵的實(shí)際效率降低。若再抽掉一級(jí)葉輪又不能滿足高峰用水的需要，造成高層用戶無(wú)水。為此通過切削水泵葉輪直徑、降低葉輪圓周速度對(duì)水泵特性再次進(jìn)行調(diào)整。

經(jīng)測(cè)定200D43x4型水泵在動(dòng)壓為0.7MPa運(yùn)行狀態(tài)下電壓為6kV，工作電流為19.5A，功率因數(shù)為0.95，水泵切輪前功率為193kw，現(xiàn)將葉輪外徑切去8%，則切削后水泵流量為265m3/h，揚(yáng)程為1.46MPa，功率為150kw。切削后的總揚(yáng)程（2.16MPa）近似于實(shí)際需要水壓，流量略有下降，功率比切葉輪前下降了43kw，但是工況點(diǎn)更接近高效率點(diǎn)。

2、礦井供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

王莊煤礦的供水是由自備水源，提水泵站和管網(wǎng)等組成的獨(dú)立供水系統(tǒng)，進(jìn)行節(jié)能改造后，在保證水量，水壓的前提下，以減少運(yùn)行費(fèi)用為目標(biāo)，對(duì)該礦的供水系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行不斷的分析和研究，找出了最佳的改進(jìn)方案，并分階段予以實(shí)施，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

3、結(jié)束語(yǔ)

煤礦大多遠(yuǎn)離市區(qū)，一般都不能夠使用城市供給的自來(lái)水，都是自備水源，泵站和管網(wǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)煤礦企業(yè)實(shí)行粗放型經(jīng)營(yíng)，用水多，能耗大，電費(fèi)被打入生產(chǎn)成本，往往又不被重視。在保證水量、水壓的前提下，通過對(duì)礦井供水方式、水泵選型、葉輪級(jí)數(shù)及直徑等方面的改造，實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、達(dá)到了降低能耗的目的。王莊煤礦供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的實(shí)施既解決了高層無(wú)水和浪費(fèi)水的問題，又大大節(jié)約了電費(fèi)支出，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)也為其他煤礦企業(yè)開展礦井供水系統(tǒng)的改造提供了借鑒。