非煤礦山深井排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

唐強(qiáng)武，黃孝榮

（江西銅業(yè)集團(tuán)武山銅礦，江西 九江 332204）

1 概述

井下排水系統(tǒng)的是礦山安全生產(chǎn)的重要保障，其一旦出現(xiàn)故障停止運(yùn)行將造成淹井的嚴(yán)重后果，因此如何結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和井下生產(chǎn)實(shí)際對井下排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，使得泵站運(yùn)行具有更高的安全性、穩(wěn)定性是值得我們?nèi)ド钊胩接懙腫1]。

2 國內(nèi)礦山排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著采礦技術(shù)的發(fā)展、先進(jìn)設(shè)備的投入，我國深井采礦飛速發(fā)展，目前已有16座礦山開采深度達(dá)到或超過1000m，其中，吉林夾皮溝金礦、云南會澤鉛鋅礦和六苴銅礦達(dá)到1500m，河南靈寶釜鑫金礦達(dá)到1600m。進(jìn)入深部開采后，水量的增加、水質(zhì)的改變、水錘力的增大、設(shè)備的大型化以及自動化控制等，都是設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮的問題[2]。

3 深井排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

現(xiàn)有排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要按照既有設(shè)計(jì)規(guī)范對井下水泵房內(nèi)的土建部分、機(jī)械部分、管路部分和電氣部分的設(shè)計(jì)，而對泵站的后期維護(hù)、檢修、水質(zhì)狀況、節(jié)能、泵站的日常監(jiān)控保護(hù)等方面考慮較少，這樣對于要求更高的深井排水系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行是十分不利的，因此如何在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善深井排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是值得認(rèn)真探討的[3]。筆者結(jié)合多年的井下泵站管理經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，深井排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

3.1 維修硐室的設(shè)計(jì)

隨著排水深度的增加和水泵技術(shù)的進(jìn)步，高揚(yáng)程的離心水泵已廣泛應(yīng)用于井下泵站，該類水泵及配套電機(jī)相較低揚(yáng)程離心泵，尺寸與重量大幅增加。以DF280-65＊9（P）型自平衡多級離心泵為例，該水泵揚(yáng)程為585m，重達(dá)3.7t，若采用提升機(jī)或車輛經(jīng)斜坡道運(yùn)輸?shù)姆绞綄⑺眠\(yùn)送至地面大修，安全隱患大，過程較為復(fù)雜。而對于揚(yáng)程達(dá)千米的水泵而言，若仍采用傳統(tǒng)的方式將其運(yùn)送至地面廠房維修，顯然是不符合實(shí)際情況的，因此在深井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在泵房單獨(dú)設(shè)計(jì)維修硐室。

維修硐室的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合泵站實(shí)際情況考慮以下幾個(gè)方面：首先維修硐室區(qū)域劃分應(yīng)含維修區(qū)，工器具擺放區(qū)，材料備件擺放區(qū)，水泵擺放區(qū)。其中維修區(qū)主要是根據(jù)水泵尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)的維修平臺，平臺四周應(yīng)留出1.5m～2m的維修空間，維修平臺水泵解體初始端還應(yīng)預(yù)留出解體部件擺放區(qū)；工器具擺放區(qū)盡量靠近維修區(qū)；材料備件區(qū)應(yīng)根據(jù)備件大小預(yù)留出兩套完整備件擺放區(qū)域；水泵擺放區(qū)主要用于擺放備用泵（待修泵）。其次，維修硐室應(yīng)設(shè)計(jì)電動行車、運(yùn)輸軌道、轉(zhuǎn)盤等配套的起吊、運(yùn)輸裝置。最后，維修硐室應(yīng)緊靠井下泵站，運(yùn)輸鐵軌互相連通。

3.2 沉淀池設(shè)計(jì)

現(xiàn)有井下泵站常用的離心水泵按其使用范圍主要是分為D型、DF型、MD型。其中D型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度低于80℃的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似清水的液體；DF型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度為-20℃～105℃的腐蝕性液體；MD型水泵用于輸送顆粒含量≤1.5%，粒度≤0.5mm，溫度為-20℃～80℃的中性礦井水及其他類似的污水。據(jù)此可知井下水泵對水質(zhì)的要求較高，而井下膠結(jié)充填技術(shù)的應(yīng)用會導(dǎo)致水中泥沙含量急劇增加，水質(zhì)狀況惡化。因此在井下排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)礦山生產(chǎn)工藝、水質(zhì)狀況等條件將沉淀池設(shè)計(jì)也納入到整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。沉淀池設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：首先沉淀池應(yīng)設(shè)計(jì)兩個(gè)，一用一清；其次設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮沉淀池機(jī)械清理方式。

對于水質(zhì)酸性較大的礦山，設(shè)計(jì)時(shí)一般采用DF型水泵，該類水泵采用不銹鋼材質(zhì)，耐腐蝕性能好，但價(jià)格昂貴，空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)容易燒結(jié)卡死。

因此設(shè)計(jì)時(shí)可在沉淀池或水倉處設(shè)置加藥中和裝置，將水質(zhì)變?yōu)橹行?，這樣就可采用D型或MD型水泵取代DF型水泵，極大的降低了水泵采購成本及日后維修成本，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

3.3 自動化控制設(shè)計(jì)

國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》中明確提出礦山企業(yè)在十三五規(guī)劃期間建設(shè)智慧礦山，而井下排水作為礦山安全生產(chǎn)的重要系統(tǒng)之一，實(shí)現(xiàn)其自動化、智能化是保證礦山安全生產(chǎn)的重要保障，是智慧礦山不可缺少的安全生產(chǎn)系統(tǒng)?，F(xiàn)今大部分礦山均在大力推進(jìn)井下泵站自動化改造，也有部分礦山早已實(shí)現(xiàn)井下泵站自動化控制，因此，井下排水自動化控制是日后排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要的一部分。井下泵房自動化控制設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

首先系統(tǒng)監(jiān)控對象與參數(shù)應(yīng)齊全，主要監(jiān)控參數(shù)有：①電量監(jiān)測：主電機(jī)運(yùn)行電流、電壓、功率等。②流量監(jiān)測：單泵流量或單管流量、總管流量。③液位監(jiān)測：井下水倉內(nèi)水位。④壓力監(jiān)測：主水泵進(jìn)、出口壓力、主管壓力。⑤溫度監(jiān)測：電機(jī)定子繞組、前后軸溫度，水泵前、后軸承溫度。⑥振動監(jiān)測：水泵前、后軸承振動。⑦設(shè)備狀態(tài)：主水泵、主電機(jī)、排水閘閥、射流泵、射流閥、真空泵、真空閥、配電設(shè)備及啟動柜等設(shè)備的工作狀態(tài)。⑧保護(hù)信息：設(shè)備的各種保護(hù)事件與保護(hù)定值等。

其次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議采用分布式多CPU控制，即配備一臺集中控制柜，另外每臺水泵配備一臺就地控制柜，正常情況下由集中控制柜控制，當(dāng)集中控制出現(xiàn)故障時(shí)各臺水泵仍可通過就地控制柜控制。該控制模式，安全度高，集中控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，其他水泵無論手動還是自動模式均可正常運(yùn)行。存在問題的水泵可單獨(dú)脫離系統(tǒng)進(jìn)行檢修。其次，穩(wěn)定性高，每臺水泵對應(yīng)一套CPU及控制裝置，每臺機(jī)組同時(shí)熱備。

最后系統(tǒng)異常保護(hù)功能應(yīng)齊全，完善的井下泵站自動控制系統(tǒng)應(yīng)具備超溫保護(hù)、流量保護(hù)、壓力異常保護(hù)、水位超限報(bào)警、啟動超時(shí)報(bào)警、通訊故障報(bào)警、儀表檢測信號掉線報(bào)警、透水早期預(yù)警保護(hù)等功能。

4 結(jié)論

由于深井排水系統(tǒng)較為復(fù)雜，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮安全性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)的便利性等各方面因素，使得新泵房在使用年限內(nèi)能完全滿足深井排水的要求，避免日后因技術(shù)落后、維護(hù)不便等原因而形成附加改造升級工程。