某礦山排水用電“避峰填谷”技術(shù)方案研究

李成斌 楊 闖 王寶文

(河鋼集團礦業(yè)公司，河北 唐山 063700)

0 引言

地下礦山的排水費用一直是礦山生產(chǎn)成本的重要部分，特別是大型地下礦山，更是制約采礦成本。地下礦山的排水時間主要是看主水倉的水位變化，通常是水倉水位到達(dá)一定位置后就開啟水泵排水，水位降到一定位置后就關(guān)閉水泵停止排水，并沒有考慮不同時段電費不同這一可以影響排水費用支出的因素，所以如何能夠合理的根據(jù)水倉容積、排水能力、礦山涌水量和分時電價等因素，確定水泵的運行時間，對降低礦山生產(chǎn)的排水成本是十分重要的。

1 工程概況

某地下礦山正常總排水量為14 670m3/d(611m3/h)。按照水倉容納6～8小時正常涌水量計算，需要水倉總?cè)莘e4 008～5 344m3。結(jié)合礦山水文地質(zhì)條件，確定水倉總?cè)莘e為4 800m3。-425m中段泵房內(nèi)設(shè)4臺MD45-83A×7型耐磨多級離心泵。排水管選用Φ273×9無縫鋼管3條，正常及最大水量兩條工作，一條備用，沿副井敷設(shè)出地表。

2 分時電價情況說明

根據(jù)供電部門實行分時電價原則，高峰時段為每天10:00～12:00和13:00～19:00，工業(yè)電價為0.7296元/度；平段時段為每天6:00～10:00和12:00～13:00和19:00～22:00，工業(yè)電價為0.5326元/度；低谷時段為每天22:00～次日6:00，工業(yè)電價為0.3356元/度；通過分析，每天的“峰、谷、平”段時間各為8小時，具體見圖1。

圖1 用電“峰、谷、平”分時及電價

3 水泵運行方案研究

某地下礦山正常總排水量為14 670m3/d(611m3/h)，水倉容積為4 800m3。 -425m中段泵房內(nèi)設(shè)4臺MD450-83A×7型耐磨多級離心泵，功率為1 000kW，流量為450m3/h，借鑒其他礦山相應(yīng)水泵的運行效率，按照有效排量為額定排量的90%計算，單臺水泵流量為400m3/h。根據(jù)水泵開啟的臺數(shù)，擬定三種方案。

方案一：兩臺水泵同時排水方案，初步設(shè)計說明書設(shè)計采用兩臺水泵同時排水，根據(jù)涌水量和排水能力計算，采用該方案每天排水時間需要18.3小時。每天的用電“平段”和“谷段”時間僅為16小時，即使完全利用用電“平段”和“谷段”排水，仍不能滿足排水需要，每天至少有2.3小時工作處于用電峰期。

每天水泵運行電費：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵運行電費：629.6萬元。

為實現(xiàn)“避峰填谷”的用電原則，考慮在用電“平段”和“谷段”排水，用電“峰段”不排水，研究制定出“2+1”水泵運行方案、3臺水泵同時運行方案。

方案二：“2+1”水泵運行方案，兩臺水在用電“平段”和“谷段”連續(xù)運行，在用電“谷段”時再增加一臺水泵運行，根據(jù)涌水量和排水能力計算，采用該方案需要兩臺水泵同時運行16小時的同時一臺水泵再運行4.7小時才能滿足排水需要。

每天水泵運行電費：8×2 000×0.532 6+8×2000×0.335 6+4.6×1 000×0.335 6=15 434元

年水泵運行電費：563.3萬元。

方案三：3臺水泵同時運行方案，3臺水泵同時運行，根據(jù)涌水量和排水能力計算，采用該方案每天排水時間需要12.2小時。每天的用電“谷段”的8小時完全利用，再在用電“平段”運行4.2小時，能夠滿足排水需要。

每天水泵運行電費：1.2×4 000×0.532 6+8×4 000×0.335 6=13 291元

年水泵運行電費：485.1萬元。

表1 不同方案水泵運行情況對比

由表1可見，綜合比較采用方案三，3臺水泵同時開啟方案費用最低。較初步設(shè)計年節(jié)省水泵運行電費144.5萬元。

4 通過水倉容積測算方案合理性

不同水泵運行方案，水泵運行的時間和停止的時間不同，所以對水倉容積的要求也不同。水倉的容積需滿足，在水泵連續(xù)運行時水倉不能被抽干；在水泵停止運行時水倉不能被裝滿。水倉設(shè)計容積為4 800m3，考慮到水倉內(nèi)的水不可能全部排凈和水倉淤泥影響，水倉容積應(yīng)為在停泵期間內(nèi)，水倉最大蓄水量的110%，實際水倉容積為4 363m3。

方案一：兩臺水泵同時運行方案，每天排水時間為18.3小時，停泵時間為5.7小時，根據(jù)電價分時原則，計劃水泵運行時段為19:00～次日13：20，停止運行時間為13:20～19:00，水倉蓄水量與水泵運行的關(guān)系如圖2。

圖2 水倉內(nèi)水量變化情況圖

如圖2所示，選擇方案一的水泵運行方案，水倉最大容積為3 450m3。

方案二：2+1水泵運行方案，每天排水時間為16小時，停泵時間為8小時，根據(jù)電價分時原則，計劃水泵兩臺水泵運行時段為19:00～次日10：00和12:00～13:00，另外一臺水泵運行時間為0:00～4:40，停止運行時間為10:00～12:00和13：00～19:00，水倉蓄水量與水泵運行的關(guān)系如圖3。

圖3 水倉內(nèi)水量變化情況圖

如圖3所示，選擇方案二的水泵運行方案，水倉最大容積為4 510m3。

方案三：若3臺水泵同時運行方案，每天排水時間為12.2小時，停泵時間為11.8小時，根據(jù)電價分時原則，每天運行時間為7:40～10:00；12:00～13:00；21:00～6:00。水泵停止運行時間為10:00～12:00；13:00～21:00；6:00～7:40，水倉蓄水量與水泵運行的關(guān)系如圖4。

圖4 水倉內(nèi)水量變化情況圖

如圖4所示，選擇方案三的水泵運行方案，水倉最大容積為5 521m3

通過計算，方案二和方案三在停止排水時，水量都超過了水倉容積，所以方案二和方案三排水運行方案不能實現(xiàn)。

5 排水方案優(yōu)化

在保證水倉容積不變的前提下，合理有效利用水倉的容積保證排水費用能夠降低，研究進(jìn)一步對排水方案進(jìn)行優(yōu)化：

采用“1+2+3”的水泵運行方式，根據(jù)不同時期的水倉水量變化情況，合理開啟水泵，三臺水泵得運行時間為：

1臺水泵運行：1.5小時；運行時間為：6:00～7:30；

2臺水泵同時運行：8.5小時；運行時間為：19:00～1:00；7:30～10:00；

3臺水泵同時運行：6小時。運行時間為：1:00～6:00；12:00～13:00。具體運行時間如圖5。

圖5 水泵運行時間

經(jīng)計算，優(yōu)化后的水泵運行方案，水倉最大蓄水量為4 320m3，設(shè)計的水倉容積滿足水泵運行方案的要求，同時也證明了該運行方案可以實施。水倉蓄水量與水泵運行的系如圖6。

電費計算：優(yōu)化后的水泵運行方案，在用電“峰”時；所用水泵不運行;在用電“平”時，所有水泵合計運行12.5小時;在用電“谷”時，所有水泵合計運行23小時，費用為：

12.5×1 000×0.532 6+23×1 000×0.335 6=14 376元。

圖6 水倉內(nèi)水量變化圖

年水泵運行電費：524.7萬元。

合理利用電力資源，采用“避峰填谷”的用電方案可節(jié)省水泵的應(yīng)用電費用。

初步設(shè)計每天水泵運行電費：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵運行電費：629.6萬元。

采用優(yōu)化后的水泵運行方案電費：12.5×1 000×0.53 26+23×1 000×0.335 6=14 376元

年水泵運行電費：524.7萬元。

經(jīng)比較每年水泵運行電費節(jié)省電費104.9萬元。

6 結(jié)語

礦山企業(yè)正面臨前所未有的市場競爭和生存發(fā)展空間的挑戰(zhàn)。在這樣的背景下，礦山企業(yè)需要提高自身的管理水平，從自身進(jìn)行優(yōu)化升級以提高競爭力。利用好相關(guān)政策，既是企業(yè)自身的責(zé)任又是企業(yè)發(fā)展的需要。合理利用電力資源，降低井下排水費用，從運營方案和經(jīng)濟效益是方面對比原初步設(shè)計都有很大優(yōu)勢，合理的水泵運行方案和精細(xì)的管理辦法對礦山生產(chǎn)節(jié)能降本有著重大的意義。