小龍?zhí)堵短斓V坑底水泵房防排水系統(tǒng)優(yōu)化

李朝澤

（云南省小龍?zhí)兜V務(wù)局，云南 開遠(yuǎn) 661601）

根據(jù)煤礦安全規(guī)程防治水和推進(jìn)露天煤礦電氣設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化的要求，推進(jìn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”工作，推進(jìn)采、運(yùn)、排一體化工作面示范工程、自動(dòng)化采煤工作面示范工程建設(shè)，推動(dòng)煤礦智能升級(jí)改造，推行無人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控。小龍?zhí)堵短斓V采用大型潛水電泵，并對(duì)調(diào)度室功能進(jìn)行完善，包括大屏改造，新建可視對(duì)講系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)。建立災(zāi)害性天氣預(yù)警預(yù)防機(jī)制，對(duì)主要含水層進(jìn)行長(zhǎng)期水位、水質(zhì)動(dòng)態(tài)觀測(cè)，布設(shè)礦井和各出水點(diǎn)涌水量觀測(cè)點(diǎn)，建立涌水量觀測(cè)成果等防治水基礎(chǔ)臺(tái)賬，并開展水位動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)分析工作，有效提升了采區(qū)防排水能力和智能化水平[1]。

1 礦山概況

云南省小龍?zhí)兜V務(wù)局小龍?zhí)堵短斓V位于云南省紅河州開遠(yuǎn)市小龍?zhí)舵?zhèn)東北10 km，行政區(qū)劃隸屬小龍?zhí)舵?zhèn)。小龍?zhí)堵短斓V煤層以褐煤為主，為單一巨厚煤層，平均厚度約72 m，最大厚度223 m，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量50 Mt，剩余可采儲(chǔ)量15 Mt，平均剝采比0.6 m3/t，小龍?zhí)堵短斓V臺(tái)階高10 m，坡面角為65°，采掘帶寬度10 m，目前已開采到950 m 水平。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.9 Mt/a，露天礦采煤、剝離均采用單斗－卡車間斷工藝。小龍?zhí)堵短斓V屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，氣候溫和。年氣溫8～38 ℃，平均氣溫23 ℃。最低氣溫為－2.4 ℃、最高氣溫為39 ℃。旱季、雨季分明，5—10 月為雨季，降雨量占全年雨量的70%～84%，年均降雨量813.9 mm，壩區(qū)年均氣溫19.4 ℃。2020 年1—12 月降雨量為568.3 mm。露天礦建有完善的排水設(shè)施，地面防排水采用地面防洪溝，坑內(nèi)排水方式為排水溝、集水坑、水泵相結(jié)合?？禹敳傻V邊界建有排水溝，截留所有排水匯入南盤江，坑底950 m 水平建有水泵房[2]。

水泵房由6 kV 配電室、電容補(bǔ)償室、低壓配電室組成，占地面積808.5 m2，地坪標(biāo)高950.5 m。集水池用于坑內(nèi)水量匯聚抽排，集水池尺寸為120 m×100 m，占地12 000 m2，池底標(biāo)高945 m。沉淀池用于匯水沉淀，匯水沉淀之后流入集水池。沉淀池尺寸100 m×130 m，占地13 000 m2。排水管線共4 路：1＃、2＃、3＃水泵匯集DN630 mm 管道，排水口位于西側(cè)1 090 m 水平防洪溝匯入南盤江，管道總長(zhǎng)1 118.7 m；4＃、5＃水泵匯集DN450 管道，排水口南幫防洪溝位于1 050 m 水平，管道總長(zhǎng)1 500 m；6＃、7＃、8＃水泵匯入DN450 管道，排水口南幫防洪溝位于1 050 m 水平，管道總長(zhǎng)1 500 m；9＃水泵匯入DN300 管道，為工作面滅火管道。2020 年1—12 月水泵房抽水時(shí)間總計(jì)1 034 h，排水量共計(jì)565 360 m3。

2 大型潛水泵的應(yīng)用

潛水泵與傳統(tǒng)水泵相比，在快速、節(jié)能、環(huán)保等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)泵的理想替代產(chǎn)品。小龍?zhí)兜V現(xiàn)使用的排水設(shè)備是臥式多級(jí)離心泵，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泵房、水泵、電機(jī)、管路、配電室、電容器室、變壓器室、值班室、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其他配套設(shè)施。都不具備防水性，一旦發(fā)生突水事故，涌水進(jìn)入泵房必然造成設(shè)備損壞而使排水泵喪失排水能力，導(dǎo)致淹坑事故[3]。潛水泵采用地面控制，即使泵房被淹，潛水泵也能正常運(yùn)行。

小龍?zhí)堵短斓V采剝930 m 水平降段工藝，需要建設(shè)集水池、泵池、水泵及給排水設(shè)備布置、外排管線等。排水參數(shù)：暴雨頻率P＝2%，24 h 暴雨量H24＝102.02 mm，長(zhǎng)歷時(shí)暴雨強(qiáng)度遞減指數(shù)m＝0.35；正常降雨量采用歷年雨季平均月降雨量147.1 mm。正常降雨徑流系數(shù)0.45，暴雨徑流系數(shù)0.5，匯水面積6.7 km2，按5 d 排出坑內(nèi)積水布置排水設(shè)備，并按15 d 校核極端運(yùn)行工況下排水能力，雨季正常降雨匯水量Q＝14 787 m3/d，暴雨匯水量Qb＝120 064 m3/d，地下匯水量忽略不計(jì)。當(dāng)降段工程完成后新水平位于930 m，旱季排水量預(yù)計(jì)為145.99 m3/h，雨季正常排水量為513.74 m3/h，暴雨排水量為3 373.39 m3/h。因此按照最大排水量計(jì)算需要3 373.39 m3/h。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，初步選定Q1100－255/3－1200/W－S 型礦用潛水電泵。水泵房現(xiàn)有主排水泵為礦用耐磨多級(jí)離心泵MD720－60×4（3 臺(tái)），MD720－60×3（2 臺(tái)），理論流量合計(jì)4 780 m3/h，結(jié)合近年降雨量及采區(qū)變化，擬采購(gòu)5 臺(tái)大流量、高揚(yáng)程礦用潛水泵。

特大型潛水泵集泵、機(jī)、控三位一體，整體技術(shù)適用礦山領(lǐng)域主排水、強(qiáng)排水、應(yīng)急救援排水、復(fù)礦排水，全防水高壓電機(jī)，防護(hù)等級(jí)IP68。噪音低，散熱條件好，密封性好，對(duì)環(huán)境影響小，運(yùn)行管理方便，便于自動(dòng)控制。通過互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)局域網(wǎng)控制移動(dòng)終端、監(jiān)控顯示器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理服務(wù)器，可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程故障診斷，優(yōu)化調(diào)度，自動(dòng)控制[4]。

3 坑底雙回路線路改造

小龍?zhí)堵短斓V6C15、6C25 高壓線路作為小龍?zhí)堵短斓V950 水泵房供電線路，電源引自坑口35 kV 變電站6 kV 電源側(cè)，從坑口35 kV 變電站至水泵房方向有2 條架空線路：6C15 線路為單桿單回路，全線為鐵塔與錐形水泥桿共同架設(shè)，線路長(zhǎng)度為3.1 km；6C25 線路為單桿單回路，部分鐵塔架設(shè)部分為水泥桿架設(shè)，線路長(zhǎng)度為2.9 km。

水泵房用電負(fù)荷為4 850 kW，計(jì)算電流值為584 A。2 回路電源引自35 kV 變電所不同母線段，為專用線路，架空導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ－185。當(dāng)水泵房負(fù)荷超過3 500 kW 時(shí)，坑口變電站內(nèi)的2 臺(tái)主變壓器應(yīng)同時(shí)運(yùn)行。坑下排水泵站有6 kV 高壓排水泵5臺(tái)，380 V 低壓排水泵4 臺(tái)，另有加水泵、真空泵等設(shè)備若干，運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到3 682 kW。現(xiàn)有的供電線路為引自坑口35 kV 變電站的6 kV LGJ－185 架空線路，線路長(zhǎng)度為3.1 km。

變壓器室配置S9－800KVA－6/0.4 變壓器2 臺(tái)。6＃、7＃水泵軟啟動(dòng)器為ATS－48C59Q 型，8＃、9＃水泵軟啟動(dòng)器為MCD3000 型。每臺(tái)水泵分別設(shè)置控制箱、溫度巡檢箱。1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃水泵啟動(dòng)為串聯(lián)電抗器啟動(dòng)，電抗器型號(hào)QKSJ－1000/6 kV。串聯(lián)電抗器啟動(dòng)是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)串入電抗器，以限制和降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流及電網(wǎng)壓降，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定且電流達(dá)到一定值時(shí)，切除電抗器變?yōu)殡姍C(jī)直接啟動(dòng)模式。由于啟動(dòng)過程中電機(jī)端的電壓下降，容易導(dǎo)致啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠，在啟動(dòng)過程中還會(huì)出現(xiàn)二次沖擊的過程[5]。

在西幫區(qū)域重新規(guī)劃下坑線路，在現(xiàn)有6C15、6C25 架空線的基礎(chǔ)上分別增加2 條LGJ－185 型回路線路，采用2 條LGJ－185 型回路線路并聯(lián)的方式供電。供電線路符合6 kV 線路允許電壓降為5 %的規(guī)定。經(jīng)過路徑優(yōu)化后，6C15 架空線縮短280.1 m，6C25 架空線縮短283.7 m，各技術(shù)參數(shù)指標(biāo)滿足煤礦供用電標(biāo)準(zhǔn)。

4 信息化建設(shè)

根據(jù)露天煤礦“四化”建設(shè)的要求，對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)全礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。開展露天煤礦智能生產(chǎn)系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)集中操控、固定崗位無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)維、生產(chǎn)過程自動(dòng)控制等。建設(shè)露天煤礦智能綜合管控平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)整體集成，實(shí)現(xiàn)基于智能綜合管控平臺(tái)的一體化智能協(xié)同管控。建設(shè)主供水智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主供水系統(tǒng)設(shè)備的智能運(yùn)行，供水用電自動(dòng)削峰填谷及管網(wǎng)調(diào)配，自動(dòng)選擇最優(yōu)電量。通過水泵運(yùn)行等參數(shù)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)水泵控制及監(jiān)測(cè)的智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)異常低壓現(xiàn)象的預(yù)警。通過多傳感器和各系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)按需供水，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)用水量的預(yù)分析功能。

4.1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

調(diào)度室現(xiàn)有4 臺(tái)電視、4 臺(tái)電腦、1 臺(tái)解碼器（DS－6901UD），視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)從監(jiān)控室調(diào)取。值班室采用電腦終端進(jìn)行視頻監(jiān)控的調(diào)取。值班室目前采用電話作為通訊系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)全呼、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、監(jiān)聽、錄音等功能。目前小龍?zhí)堵短斓V辦公樓、家屬區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、水泵房等區(qū)域無網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)。

調(diào)度室是數(shù)字化系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)對(duì)各區(qū)域的統(tǒng)一指揮調(diào)度，為值班人員提供各重點(diǎn)區(qū)域、出入口、公共走廊的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻。整個(gè)顯示系統(tǒng)應(yīng)可作為統(tǒng)一顯示平臺(tái)顯示臨時(shí)信息，也可分為多個(gè)功能區(qū)，各功能區(qū)按照職能需要顯示各種信號(hào)。為了更便捷地了解各生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、卡點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況，及時(shí)核實(shí)、處置監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)（報(bào)）警情，需要將視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)區(qū)域的監(jiān)控畫面?zhèn)鬏斨林蛋嗍?、調(diào)度室，再通過電腦、視頻解碼器將指定的畫面?zhèn)鬏斀o大屏顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。顯示系統(tǒng)需對(duì)多個(gè)視頻信號(hào)、計(jì)算機(jī)信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)高分辨率信號(hào)進(jìn)行顯示，顯示時(shí)可對(duì)任意信號(hào)窗口進(jìn)行靈活控制和管理，同時(shí)保證顯示效果良好，具有較高的可靠性。

4.2 方案設(shè)計(jì)

為加強(qiáng)指揮調(diào)度的管理，提高區(qū)域內(nèi)的安防等級(jí)，有效提高應(yīng)急處突能力，減輕值班人員的工作負(fù)擔(dān)，需新建大屏顯示系統(tǒng)以及可視對(duì)講系統(tǒng)，并對(duì)調(diào)度室進(jìn)行功能完善，包括大屏改造，新建可視對(duì)講系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)，以提高調(diào)度、指揮、應(yīng)急處突水平。

大屏顯示系統(tǒng)包括1 套LCD 拼接屏，含6 個(gè)LCD 液晶顯示單元，6 個(gè)LCD 拼接屏支架，3 個(gè)LCD拼接屏支架（底座）。調(diào)度系統(tǒng)包含1 臺(tái)可視對(duì)講主機(jī)（一級(jí)）、1 臺(tái)可視對(duì)講主機(jī)（二級(jí)）、17 臺(tái)雙向可視對(duì)講分機(jī)以及1 臺(tái)地址盒。廣播系統(tǒng)包含19 個(gè)尋呼話筒、24 個(gè)室外音柱、12 個(gè)室外號(hào)角、20 臺(tái)功率放大器[6]。

5 科學(xué)管理

水泵房現(xiàn)執(zhí)行24 h 值班值守管理模式。具體負(fù)責(zé)水位觀測(cè)，防排水設(shè)施檢查、水泵開啟、現(xiàn)場(chǎng)巡查等工作。水泵警戒水位2.8 m，超出警戒水位自動(dòng)響鈴，確保水位處于安全范圍。加強(qiáng)應(yīng)急值守，嚴(yán)格執(zhí)行礦領(lǐng)導(dǎo)到崗帶班值班制度。完善應(yīng)急預(yù)案，儲(chǔ)備必要的潛水電泵及配套管線、應(yīng)急通信裝備等應(yīng)急救援裝備及物資。組織開展水害事故應(yīng)急演練，使礦山管理人員、調(diào)度員和其他相關(guān)作業(yè)人員熟悉預(yù)案內(nèi)容、應(yīng)急職責(zé)、應(yīng)急處置程序和措施，熟悉避災(zāi)路線，及時(shí)檢查維護(hù)梯道間、梯子間等安全出口，確保安全暢通。發(fā)現(xiàn)重大險(xiǎn)情，要立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，科學(xué)組織救援[7]。

制定并完善小龍?zhí)堵短斓V安全生產(chǎn)事故應(yīng)急預(yù)案、雨季防洪應(yīng)急救援預(yù)案、水災(zāi)害專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案、重大水害停產(chǎn)撤人實(shí)施細(xì)則、調(diào)度值班報(bào)告制度、雨季“三防”管理制度、水文地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)制度等預(yù)案。雨季前重點(diǎn)完成防洪溝清理和修繕。坑口變電站、950 泵房供配電設(shè)備雨季前完成預(yù)防性試驗(yàn)、水泵大修和所有水泵抽排水試驗(yàn)?？觾?nèi)修建和加固攔水壩堤，在江邊泵房、保衛(wèi)科卡點(diǎn)處加強(qiáng)對(duì)南盤江水位的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)報(bào)告。為防止西幫主防洪溝漫溝（南幫入坑口處），在礦坑邊修筑攔水壩和排水溝。及時(shí)清理蓄水池、沉淀池淤泥，疏通各臺(tái)階排水溝渠，杜絕雨季極端異常天氣可能造成防洪溝跨塌、溝內(nèi)排水受阻、嚴(yán)重滲漏等導(dǎo)致洪水漫流、涌入礦坑的現(xiàn)象發(fā)生[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)小龍?zhí)堵短斓V950 坑底水泵房防排水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。通過雙回路供電線路改造、信息化建設(shè)、潛水泵運(yùn)用及相關(guān)管理制度建設(shè)，切實(shí)提高了露天礦整體水平。研究礦山生產(chǎn)建設(shè)中防治水害的方法，對(duì)露天礦水患進(jìn)行科學(xué)管理，進(jìn)一步提高水害防治能力及突發(fā)生產(chǎn)安全事故的能力，保障了煤礦安全生產(chǎn)。通過露天礦防排水系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，礦山生產(chǎn)安全系數(shù)得到較大提高，消除了水害隱患。