沁裕煤礦排水系統(tǒng)聯(lián)合試驗的技術(shù)測定

霍 猛

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048200）

在我國煤炭資源的開采中，井工礦井的開采量占到總量的90%以上，而企業(yè)在進行井下作業(yè)時，水、火、瓦斯、煤塵以及頂?shù)装暹@五大災害制約著煤礦的安全生產(chǎn)[1]。其中，礦井水災又被叫做透水事故，這是由于煤礦在生產(chǎn)建設(shè)時期，井田周圍會有江河水庫等水域，并且地層中還有大量地下水源，從而威脅著井下安全[2]。

如果礦井排水設(shè)備老化、排水量不能滿足排水要求時，便會為透水事故埋下隱患。當發(fā)生透水淹沒巷道時，會導致煤礦無法正常生產(chǎn)，影響煤礦采掘計劃，嚴重的還會造成機電設(shè)備浸水、燒壞電路等經(jīng)濟財產(chǎn)的損失，甚至威脅井下作業(yè)人員的生命安全。

因此，礦井需要定期做水泵聯(lián)合排水試驗以檢驗排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與設(shè)備的安全性，確保礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的順利運行。

1 國內(nèi)外排水系統(tǒng)及研究現(xiàn)狀

1.1 國外排水系統(tǒng)

在礦井水災防治方面，國外的井工礦排水系統(tǒng)較為領(lǐng)先，為礦山安全領(lǐng)域做出了巨大的貢獻。俄羅斯國立莫斯科開放大學的波波夫教授等人成功將雙電機拖動系統(tǒng)應用到了礦井高揚程水泵中[3]，并將3000kW異步電動機直接投入電網(wǎng)全電壓起動系統(tǒng)，由此帶來了排水系統(tǒng)高效的實用性。芬蘭基于智慧礦山系統(tǒng)，在井下排水系統(tǒng)的故障診斷、排水控制、安全保護等方面實現(xiàn)了全自動化控制，并對水泵的能耗算法進行了優(yōu)化，極大地提高了排水系統(tǒng)在使用中的便利條件[4-5]。

1.2 國內(nèi)排水系統(tǒng)

目前，我國大多數(shù)礦井仍依靠使用起動器來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，但也有不少礦井通過投入新技術(shù)、新設(shè)備，在礦山的排水系統(tǒng)中使用自動化技術(shù)來進行控制。潞安集團的五陽煤礦通過改變射流泵的工作方式，引入液氣雙高壓流體介質(zhì)來進行射流裝置的供給，可以顯著提高水泵工作時的安全性[6]；國家能源集團的平溝煤礦提出采用最新灰色預測模糊PID模型對無底閥水泵進行自動化控制，不僅整合了井下排水系統(tǒng)的復雜性，使之成為統(tǒng)一整體，還通過遠程遙控的方式實現(xiàn)了井下水泵房的無人職守作業(yè)，有助于作業(yè)效率的提升[7]。

1.3 排水技術(shù)應用的現(xiàn)狀

根據(jù)國內(nèi)外井下排水系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，最常見的排水裝置主要為帶底閥水泵、射流泵和無底閥排水泵三種，具體操作方式如表1所示。所有的排水裝置基本為人工操作和機械自動化操作兩種方式相結(jié)合。但隨著煤礦安全開采水平的日益提高，排水系統(tǒng)的智能化程度也越發(fā)提高，帶底閥水泵、射流泵等傳統(tǒng)排水方式所占比例逐年遞減，更多的礦井選擇安裝無底閥排水裝置。

表1 我國煤礦主要排水泵及其操作

2 排水系統(tǒng)測定及要求

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，礦井水泵必須有工作、備用、檢修的水泵，其中工作水泵的能力，應能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。備用水泵的能力應不小于工作水泵能力的70%。工作水泵和備用水泵的總能力應能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的25%；同時在第二百八十一條對水泵、水管、閘閥和排水用的配電設(shè)備和輸電線路進行規(guī)定。

因此沁裕煤礦每年都對水泵進行聯(lián)合試驗，不僅需記錄每臺泵的電流、電壓、進出口壓力、電氣設(shè)備能力等，還需觀察水泵、水管、閘閥、排水用的配電設(shè)備和輸電線路是否異常，對排水設(shè)備的抗災變能力進行評價。

3 沁裕煤礦聯(lián)合排水試驗技術(shù)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定及機電工作安排，沁裕煤礦組織相關(guān)單位對井下主排水系統(tǒng)進行了聯(lián)合排水試驗，并進行排水能力校驗。

3.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

沁裕煤礦目前在中央水泵房安裝D155-30*4主水泵2臺，一臺使用，一臺備用，另有一臺D46-30*6檢修水泵，電機功率分別均為90kW、90kW、37kW。礦井設(shè)兩趟排水管路，兩趟排水管管徑均為6寸；通過回風井直達地面，排水高度85m。205 水倉安裝MD25-30*4水泵兩臺，電機功率均為18.5kW，設(shè)兩趟排水管路，水管管徑為2.5 寸，直接將水排至中央水泵房；30 水倉安裝BQW80/40 水泵2 臺，電機功率均為22kW，設(shè)排水管路2趟，水管管徑為3寸，直接將水排至中央水泵房；變電所后門水倉安裝BQW20/25 水泵一臺，電機功率為4kW，設(shè)排水管路1 趟。水管管徑為3 寸，直接將水排至中央水泵房；煤庫底水倉安裝BQW20/25 水泵一臺，電機功率為15kW，設(shè)排水管路1趟。水管管徑為3寸，直接將水排至中央水泵房；立井底水倉安裝BQW60/30水泵一臺，電機功率為15kW，設(shè)排水管路1趟，水管管徑為3 寸，通過30 水倉將水排至中央水泵房；總回風巷臨時水倉安裝BQW20/25水泵一臺，電機功率為4kW，設(shè)排水管路1 趟。水管管徑為2.5 寸，通過立井底水倉、30水倉將水排至中央水泵房。

3.2 井下最大涌水量

通過近三年來的礦井最大涌水量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計：2017 年中央水泵房最大涌水量34m3/h，全礦井最大涌水量71m3/h。2018年中央水泵房最大涌水量31m3/h，全礦井最大涌水量69m3/h。2019年中央水泵房最大涌水量33m3/h，全礦井最大涌水量70m3/h。

3.3 水泵試驗現(xiàn)場記錄

在水泵聯(lián)合試驗中，需要對停泵前后現(xiàn)場排水數(shù)據(jù)進行記錄，詳情如表2所示。

表2 水泵聯(lián)合試驗記錄表

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)顯示，在1#、2#水泵同時啟用的情況下，中央水泵房每小時最大排水量達233m3/h，全礦井最大排水量為416m3/h。

4 聯(lián)合排水能力驗算

4.1 數(shù)值的確定

觀測顯示，涌水量確定：沁裕煤礦近三年來的中央水泵房24h 的最大涌水量為816m3，全礦井24h 的最大涌水量為1704m3；排水量確定：沁裕煤礦現(xiàn)階段各水泵房全部工作、中央水泵房主排水設(shè)備兩臺正常工作情況下，全礦井20h 排水能力為6200m3；泵性質(zhì)的確定：中央水泵房水泵性質(zhì)的確定：1#水泵為工作水泵，2#水泵為備用水泵，3#水泵為檢修水泵；其他水倉水泵均為工作泵。

4.2 排水能力驗算

根據(jù)煤礦安全規(guī)程要求：中央水泵房24h礦井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量＜1；且礦井24h礦井最大涌水量/全礦井20h 最大排水量＜1 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求進行驗算：

中央水泵房24h礦井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量=816/(233×0.75×20)=816/3495=0.23＜1

全礦井24h礦井最大涌水量/全礦井20h最大排水量=1704/(416×0.75×20)=1704/6240=0.27＜1

4.3 排水能力聯(lián)合試驗檢測結(jié)果分析

可以看出，根據(jù)礦井主排水聯(lián)合試驗結(jié)果和水泵排水能力檢測結(jié)果顯示，主排水泵設(shè)備20h的總排水量遠大于礦井24h的最大涌水量，因此該套排水系統(tǒng)的排水能力完全能夠滿足礦井排出最大涌水量的需求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

5 結(jié)束語

目前我國礦井的排水系統(tǒng)主要以使用起動器來實現(xiàn)排水為主，較國外先進系統(tǒng)仍有差距。沁裕煤礦共有三個水泵，依照相關(guān)規(guī)定，每年對水泵聯(lián)合排水系統(tǒng)做定期檢驗。沁裕煤礦近三年來的中央水泵房24h 的最大涌水量為816m3，全礦井24h 的最大涌水量為1704m3。本文根據(jù)最新的排水試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沁裕煤礦全礦井和中央水泵房的涌排比分別為0.23 和0.27，完全滿足相關(guān)規(guī)定，為礦井水害的治理提供了有力保障。