抽采泵站高低位水池清淤工藝及設計優(yōu)化

王栓林 皮希宇 廉振山

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京市朝陽區(qū)，100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京市朝陽區(qū)，100013)

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★ 煤礦安全 ★

抽采泵站高低位水池清淤工藝及設計優(yōu)化

王栓林1，2皮希宇1，2廉振山1，2

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京市朝陽區(qū)，100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京市朝陽區(qū)，100013)

通過對現(xiàn)有設計影響抽采泵站循環(huán)水系統(tǒng)中高低位水池清淤過程中存在的問題和缺陷進行分析，提出了地面瓦斯抽采泵站循環(huán)水系統(tǒng)中高低位水池的清淤工藝方案，并對方案實施過程當中的安全措施進行了詳細的分析，提出“一池兩用”的優(yōu)化設計方案，實現(xiàn)了礦井不停泵清淤。優(yōu)化設計后，保證了泵體日常運行和定期清淤維護的用水需求，現(xiàn)場應用效果良好。

瓦斯抽采泵 循環(huán)水 高低位水池 清淤 設計優(yōu)化

水環(huán)式真空泵在電力、煤炭等行業(yè)的多個方面都有應用，主要包括瓦斯抽采、煤層氣輸送的壓縮增濃、煤化工工藝、選煤、收塵、電纜干燥等，但目前應用最為廣泛的仍然是煤礦瓦斯抽采和利用領域。水環(huán)式真空泵具有結構簡單、吸氣均勻、工作平穩(wěn)可靠、操作簡單、維修方便等特點，泵體在抽放瓦斯時，以水為介質，不易產(chǎn)生高溫和火花，從而避免了瓦斯燃燒和爆炸事故，是煤礦瓦斯抽采及利用系統(tǒng)中的重要設備，結垢和銹蝕是瓦斯抽采泵站最常見的問題。水環(huán)式真空泵包括有輔助循環(huán)水系統(tǒng)，主要用于泵體工作液和冷卻液。劉海生等利用變頻器對水循環(huán)系統(tǒng)進行變頻調(diào)速，實現(xiàn)了冷卻水循環(huán)利用和軟化池自動補水；李瓊等人的研究表明水環(huán)式真空泵的工作液溫度較高，會使泵體內(nèi)發(fā)生汽蝕，進而影響真空泵的能效。因此泵體的工作液和冷卻液循環(huán)系統(tǒng)是瓦斯抽采泵高效運行的基礎。

我國北方常見的抽采泵站循環(huán)水均設置有高低位水池，采取機械式冷卻塔進行降溫，由于用水量較大，多設置在敞開的環(huán)境下，在季風氣候影響下，除泵體本身的垢銹等會在水池中淤積外，大量的灰塵、泥土及沙塵等會進入高低位水池進行沉淀和淤積，受循環(huán)水泵的動壓擾動后會進入循環(huán)水系統(tǒng)，嚴重影響抽采泵的水質，所以必須定期對高低位水池進行清淤處理。

目前常見的抽采泵站設計當中并未對高低位水池清淤進行充分的考慮，僅并聯(lián)設置兩趟高位水池到泵體的供水管路，高位水池要清淤就必須停泵，本文主要對高低位水池的清淤工藝進行分析，并提出“一池兩用”的雙高低位水池設置方式來優(yōu)化地面瓦斯抽采泵站的水循環(huán)系統(tǒng)。

1 抽采泵站水循環(huán)工藝

抽采泵站水循環(huán)系統(tǒng)包括高低位水池、補給水管路、供水管、回水管、溢流管、循環(huán)水泵、軟化水裝置及其附屬閥門等，循環(huán)工藝流程如圖1所示。

圖1 抽采泵站水循環(huán)工藝

地面通過深井泵補水到低位水池當中，通過循環(huán)水泵經(jīng)上水管路進入到冷卻塔后補充到高位水池之中，然后經(jīng)過軟化水裝置一部分進入瓦斯抽采泵泵體后經(jīng)汽水分離器回水至低位水池，另一部分經(jīng)減速機冷卻用水管路后回水至低位水池。

2 高低位水池清淤方案

2.1 泵站水循環(huán)系統(tǒng)簡介

山西呂梁朱家店煤礦地面瓦斯抽采泵站建于2010年6月，位于白草村回風立井工業(yè)廣場內(nèi)，由真空泵房、管道間、水泵間、配電室、值班室組成。泵站采用雙回路供電系統(tǒng)，采用兩套獨立的高、低負壓抽放系統(tǒng)。高負壓抽放系統(tǒng)采用兩臺型號為2BEC72的水環(huán)式真空泵，配套電機功率為400 kW，吸氣量355 m3/min，一運一備；低負壓抽放系統(tǒng)采用兩臺型號為2BEC72的水環(huán)式真空泵，配套電機功率為630 kW，吸氣量510 m3/min，一運一備，高位水池容積120 m3，配備冷卻塔，并配備軟化水裝置，低位水池容積160 m3，水循環(huán)系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 高低位水池清淤方案

朱家店煤礦瓦斯抽采泵站于2012年8月1日開始全面24 h運行后，目前已經(jīng)安全運行4年多，由于地面高低位水池敞開設置，長時間運行以后，池底淤積大量的泥土雜物等，嚴重污染泵站循環(huán)水水質，減小了高低位水池的容積。

為了清除泵站高低位水池的淤泥，確保抽采泵的用水量及水質，分析礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀，針對泵站現(xiàn)狀制定了相應的清淤方案，并編制了相應的礦井井下臨時瓦斯排放措施，具體清淤流程如圖3所示。

圖2 朱家店煤礦地面瓦斯抽采泵站水循環(huán)示意圖

圖3 抽采泵站清淤流程

高低位水池清淤過程中的材料準備、關鍵步驟及安全注意事項主要包括：

(1) 材料包括MYP380/660V-3×6+1×6 mm2礦用膠套電纜、泥漿泵、DN50鋼絲骨架膠管、方形鐵鍬、水桶、彩條布、平板車等，其中泥漿泵用于排污，彩條布用于防止人工清淤污染泵房外墻，平板車用于運輸清出后晾干的淤泥。

(2) 選擇井下采掘接續(xù)過程中，通風壓力最小的階段進行停泵，停泵的時間不超過8 h，加大各用風點的風量，嚴密監(jiān)控井下瓦斯?jié)舛茸兓闆r。

(3) 制定停地面瓦斯抽采泵的專項措施，嚴格瓦斯巡回檢查，保證管路內(nèi)瓦斯?jié)舛炔怀^1%。

(4) 盡量選用泥漿泵排出部分淤泥，沉淀層較厚的淤泥需要人工清除。

3 高低位水池優(yōu)化設計

3.1 現(xiàn)有設計缺陷分析

根據(jù)本次高低位水池清淤過程中遇到停泵的問題，現(xiàn)有設計未充分考慮常年運行以后出現(xiàn)的垢銹、灰塵等淤積的問題，高低位水池均為單獨設置，高位水池分為兩路分別進入高低負壓抽采泵內(nèi)進行循環(huán)，要清理水池就必須要停泵，嚴重影響高瓦斯或突出礦井的安全生產(chǎn)，該瓦斯抽采泵站在水循環(huán)系統(tǒng)設計上存在嚴重的缺陷。

3.2 高低位水池優(yōu)化設計

根據(jù)現(xiàn)有設計缺陷的分析，考慮采用“一池兩用”的方式對現(xiàn)有高低位水池進行改造，即在水池中部設置隔水墻和擋水閘門，如圖4所示，高低位水池設置相同的隔水墻和擋水閘門。通過在高位水池隔水墻兩側池底設置雙下水孔來滿足泵體的供水，在高位水池隔水墻兩側的池壁設置雙溢流孔。日常使用時，水池內(nèi)的擋水閘門打開，擋水墻兩側連通，滿足泵體水循環(huán)的需求，當需要清淤時，擋水閘門關閉，隔水墻兩側成為兩個獨立的水池，可以滿足不停泵清淤的目的，實施后效果良好，改造后的低位水池如圖5所示。

圖4 高位水池設計優(yōu)化

圖5 改造后的低位水池

4 結論

(1) 提出了地面瓦斯抽采泵站循環(huán)水系統(tǒng)中高低位水池的清淤工藝方案，并對方案實施過程當中的安全措施進行了詳細的分析。

(2) 通過對現(xiàn)有抽采泵站循環(huán)水系統(tǒng)的缺陷分析，提出“一池兩用”的優(yōu)化設計方案，實現(xiàn)了礦井不停泵清淤。

(3) 優(yōu)化設計后，保證了泵體日常運行和定期清淤維護的用水需求，現(xiàn)場應用效果良好。

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(責任編輯 張艷華)

High-low pool dredging process and design optimization of extraction pumping station

Wang Shuanlin1，2， Pi Xiyu1，2， Lian Zhenshan1，2

(1.Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute, Chaoyang, Beijing 100013, China；2.State Key Laboratory of Coal Mining and Clean Utilization, Chaoyang, Beijing 100013, China)

By analyzing the existing problems and defects in high-low pool dradging process, proposed cleaning procedure plan for high-low pool in circulated water system of ground gas drainage station, and analyzed safety measures in plan implementation process, put forward the "dual-use" optimized design scheme that could dredge with no interruption. After optimization, water demand for daily operation and regular maintenance could be met. Field application effect was favorable.

gas extraction pump, circulating water, high-low pool, dredging, design optimization

王栓林，皮希宇，廉振山.抽采泵站高低位水池清淤工藝及設計優(yōu)化[J].中國煤炭，2017，43(4)：140-142，144. Wang Shuanlin，Pi Xiyu，Lian Zhenshan. High-low pool dredging process and design optimization of extraction pumping station [J]. China Coal, 2017，43(4)：140-142，144.

TD712.63

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王栓林( 1983-)，男，山西繁峙人，助理研究員，碩士，現(xiàn)在煤炭科學技術研究院有限公司安全分院瓦斯治理與利用工程技術研究所擔任副所長，主要從事煤礦瓦斯治理與利用工程技術方面的科研和管理工作。