BQ系列潛水電泵機組在礦井追排水實踐中的應(yīng)用與改造分析

劉永生

（鄭州煤電股份有限責(zé)公司告成煤礦，河南 鄭州 450000）

提要：本文針對水災(zāi)礦井追排水現(xiàn)場使用的一款BQ系列潛水電泵排水系統(tǒng)，在應(yīng)用實踐中存在的技術(shù)問題、安全問題進(jìn)行分析，給出適宜的加裝接力泵、吸水罩改造、配套電控系統(tǒng)改造及輔助安全設(shè)施改造等技術(shù)改造思路和方法，提高了追排水效率，實現(xiàn)了水災(zāi)礦井快速恢復(fù)。采用同類型設(shè)備的追排水現(xiàn)場具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。

煤礦井下發(fā)生水災(zāi)致使礦井某個采區(qū)被淹時，人們通常選擇在具備條件的下山巷道內(nèi)安裝水泵進(jìn)行追排水作業(yè)，受巷道斷面影響，用于追排水應(yīng)急排水設(shè)備宜選擇長條形輪式可組裝潛水電泵。據(jù)了解，目前國內(nèi)應(yīng)急排水中心將BQ系列潛水電泵作為首選應(yīng)急排水裝備。該裝備屬于最新型高效排水設(shè)備，具有水泵與電機軸向分體法蘭對接裝配成圓筒外形，有適合不同軌矩軌道輪行走機構(gòu)。該型水泵采用自平衡技術(shù)，具有安全性好、維護(hù)量小的特點。電泵泵體包裹有吸水罩，可改變水泵吸水方式為底部吸水，且水流流經(jīng)泵體與吸水罩間隙，具有較好的冷卻作用等，該型潛水電泵基于上述性能特點，尤其適應(yīng)合煤礦采區(qū)下山沿軌道向下追排水需要。但BQ系列潛水電泵使用說明書規(guī)定使用環(huán)境條件為：電泵必須完全潛入水中，最低淹沒水位應(yīng)不低于逆止閥的出口凸緣上平面。據(jù)了解，該系列潛水電泵長度范圍為3.7～12.8m，裝配后總長度達(dá)5～15m，在下山追排水現(xiàn)場實踐中，存在以下不足：（1）作業(yè)人員為減少停泵延管頻次，往往一次沿軌道向水下推進(jìn)30～40m，由于水泵沒入水下過深過遠(yuǎn)。若前方水下有淤積或其他障礙物，人員無法深入前方水下，清障困難，可能造成機組無法推進(jìn)，嚴(yán)重影響追排水進(jìn)度。（2）該系列潛水電泵供電控制設(shè)備通常安裝在變電所或采區(qū)上部，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控方式開停水泵。在移動頻繁的追排水現(xiàn)場，需要司泵工現(xiàn)場實時觀察水泵運行參數(shù)、運行狀態(tài)及排水管路泄漏情況，以便及時開停水泵。因此，有關(guān)技術(shù)人員共同討論研究，決定對電泵進(jìn)行適用性技術(shù)改造，確定了通過在潛水電泵末端安裝配套的接力泵，將潛水電泵改造為主泵輔泵就地監(jiān)測控制，確定了潛水電泵可以半脫水狀態(tài)運行的技術(shù)改造路線和思路。圍繞這一路線和思路，制定出主要改造內(nèi)容有泵體吸水罩改造、加裝接力泵、就地集中控制改造及輔助設(shè)施、裝備制作等。

1 泵體吸水罩改造

（1）吸水罩水密性改造。原設(shè)計配套吸水罩在使用中完全浸入水中，對其密封性要求不高，脫水運行時漏水嚴(yán)重，已造成水泵缺水。原設(shè)計配套吸水罩在吸水罩底部設(shè)計有觀察孔和排污孔，均設(shè)計為方孔，利用δ3mm鋼板封蓋，且無密封措施；上下兩半式結(jié)構(gòu)吸水罩利用法蘭螺栓聯(lián)接，采用石棉墊作為密封，密封性差。對所有密封結(jié)合面進(jìn)行拋光處理，使密封面粗糙度達(dá)到或接近Ra0.8,然后采用免墊片密封膠588將上下密封面均勻涂抹，用10×30mm止水膠條敷設(shè)平展，按照操作規(guī)范擰緊法蘭螺栓。（2）進(jìn)行等強設(shè)計。將觀察孔和排污孔蓋板更換為與吸水罩同樣厚度的δ10mm鋼板。（3）過渡短節(jié)設(shè)計。將透水過濾罩拆除，更換為相同長度的喇叭形過渡節(jié)，并在過渡節(jié)末端設(shè)計聯(lián)接法蘭，為接力泵聯(lián)接做準(zhǔn)備。（4）實現(xiàn)吸水罩釋壓功能。吸水罩密封問題解決后，還必須具有一定的承壓釋壓功能，以平衡接力泵供水水頭壓力，確保吸水罩密封不受損害。原吸水罩設(shè)計直徑φ1050mm，全封結(jié)構(gòu)，為解決吸水罩卸壓問題，在首端端面頂部設(shè)計2個DN100釋壓孔，經(jīng)強度驗算后將吸水罩鋼板厚度由δ8mm增大到δ10mm，重新設(shè)計制作吸水罩。釋壓孔安裝DN100閘門，接力潛水電泵機組工作期間閘門開啟，觀察釋壓孔有水流出，證明接力泵供水正常，主泵不缺水。

2 加裝接力泵

接力泵選擇HDB系列隔爆型單級大流量專用潛水泵，流量為主泵額定流量的110%～120%，保證給水充足。接力泵電機功率范圍為18.5～80kW，電壓等級660V，采用QJZI-80/200型隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁啟動器控制，接力泵通過過渡節(jié)與主泵吸水罩法蘭聯(lián)接。經(jīng)改造，一種傾斜布置的軌道式“主輔一體式接力追排水機組”應(yīng)運而生，稱為接力潛水電泵機組。該機組只需將最前端的接力泵潛入水中，電泵主機可完全脫水作業(yè)，接力泵最低吸水高度580mm。這樣，水泵機組前方障礙物清晰可見，方便清除，使追排水得以順利進(jìn)行。

3 就地集中控制系統(tǒng)改造

煤礦井下追排水時通常將水泵供電控制系統(tǒng)安裝于高處，但采用主輔一體式接力潛水電泵機組排水時，需要主泵與接力泵根據(jù)水位高低、主泵是否缺水、供電、管路及水泵運行情況等，及時配合開停水泵，保證潛水電泵泵機組安全。若主泵與接力泵控制保護(hù)裝置不能實現(xiàn)集中控制與顯示，現(xiàn)場操作人員就無法根據(jù)現(xiàn)場情況、數(shù)據(jù)顯示及報警情況，及時準(zhǔn)確操控設(shè)備，甚至造成設(shè)備損壞。因此，必須進(jìn)行就地集中控制改造。

（1）被控設(shè)備基本情況。該電泵機組配套的接力泵采用500HDB混流式潛水電泵，水泵額定流量1600m3/h，電機功率80kW，供電電壓660V，接力泵控制采用QJZI-200型隔爆兼本質(zhì)安全型低壓真空電磁啟動器就地控制與顯示，無須改造；主泵采用BQ系列潛水電泵，水泵水泵額定流量1100m3/h，電機功率2800kW，供電電壓6kV，水泵控制采用QJGZ-400/6型隔爆兼本質(zhì)安全型高壓真空電磁啟動器遠(yuǎn)方控制與顯示，需進(jìn)行就地控制技術(shù)改造。改造電控系統(tǒng)圖如圖1。

圖1 改造電控系統(tǒng)圖

（2）改造方案說明：就地控制功能改造。潛水電泵配備的HD智能控制器將控制輸出接點接入開關(guān)控制回路，可以實現(xiàn)自動開停水泵。HD智能控制器以單片機系統(tǒng)為核心，包括2路溫度輸入、5路電極輸入、1路計時輸入、1路報警輸出、1路控制輸出，各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過觸摸液晶屏顯示。HD智能控制器可實時顯示電泵內(nèi)部溫度，提供兩點溫度檢測（用符號A、B表示），可以對報警溫度值進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)兩點溫度中任一點超限或由上水位、下水位、缺水1、缺水2、開機水位報警時，控制器顯示報警。同時，對應(yīng)繼電器KS、KJ閉合觸點輸出，供外部電路連鎖或連接報警器用。HD智能控制器有4個主頁面：工況顯示、事件查詢、時間設(shè)定、參數(shù)設(shè)置等。但由于HD智能控制器監(jiān)測數(shù)據(jù)不全，如沒有采集監(jiān)測水泵運行電流，無法判斷水泵是否過載；沒有采集排水管路壓力、流量數(shù)據(jù)，無法判斷管路是否泄露或水泵吸水口堵塞等情況；沒有采集水泵及線纜絕緣下降、接地、斷相等電氣參數(shù)，無法判斷水泵系統(tǒng)電氣故障；且水泵及電機溫度監(jiān)測采集點不夠，無法了解水泵機組各處溫升狀態(tài)等；HD智能控制器采用液晶屏顯示，無法制作人機交互友好的組態(tài)畫面，不能動態(tài)形象顯示監(jiān)控圖像及運行數(shù)據(jù)、參數(shù)。沒有配備視頻系統(tǒng)，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場智能可視化。另外，在追排水現(xiàn)場，由于電泵機組經(jīng)常移動，排水管路需經(jīng)常延接，水泵開機水位、上水位時常變化，自動控制時會因參數(shù)變化產(chǎn)生誤動作。由于HD智能控制器沒有監(jiān)測管路泄漏的傳感器，無法在管路泄漏時及時停運水泵，現(xiàn)場實踐中，排水管路多因密封或連接不良發(fā)生泄漏，必須人工立即停泵處理。HD智能控制器只有報警輸出，需要自配報警器。可見，采用HD智能控制實現(xiàn)自動開停水泵機組存在較大安全風(fēng)險。所以，本次就地控制功能改造的思路為采用智能控制器監(jiān)測報警、人工操控水泵模式。改造內(nèi)容有以下幾個方面：①控制系統(tǒng)改造。在主潛水電泵與遠(yuǎn)方高壓啟動器之間配套有一根屏蔽多芯監(jiān)測控制電纜，監(jiān)測控制電源電壓127V，由高壓啟動器內(nèi)部控制變壓器供電。在追排水現(xiàn)場，將監(jiān)測控制電纜水泵側(cè)剖開，分別將控制主泵的高爆啟動器和控制接力泵的低壓啟動器遠(yuǎn)程控制端子接入一個防爆控制按鈕。同時，將主泵啟動時間設(shè)定延時3s，讓接力泵先于主泵啟動，為主泵啟動創(chuàng)造必要條件。②就地顯示報警或停機功能改造。第一步，通過水泵控制開關(guān)僅能查看水泵的運行電流、電壓，而控制主泵的高壓啟動器在遠(yuǎn)處，現(xiàn)場司泵工無法看到。為全面掌握智能控制器采集的水泵運行各項參數(shù)，必須將安裝于高壓啟動器內(nèi)部不能觀察到監(jiān)測畫面的HD200KS控制器拆除，安裝固定在帶有觀察窗的隔爆殼內(nèi)移至追排水現(xiàn)場，同時殼體內(nèi)新增127V繼電器一只，在繼電器回路串入溫度、水位、缺水接點KS、KJ和水泵開機計時接點K。就地監(jiān)測主排水泵在運行過程中可能發(fā)生的電機內(nèi)部繞組超溫和缺水、環(huán)境水位異常等情況，保證設(shè)備安全運行。第二步，外接語音報警器。報警器采用127V電壓供電，將HD智能控制報警輸出點接入報警器控制回路，實現(xiàn)語音報警。改造接線圖如圖2。圖3為工況顯示頁面，即主顯示畫面。

圖2 改造接線圖

圖3 工況顯示圖

4 接力潛水電泵機組輔助設(shè)施改造

（1）主泵與接力泵連接部分強化。在主泵吸水罩改造過程中，已經(jīng)預(yù)設(shè)過渡短節(jié)，過渡短節(jié)末端可直接與接力泵法蘭聯(lián)接，接力泵長度3.2m，重量約1.3t,接力泵采用懸臂無輔助支持方式與主泵聯(lián)接，運行過程中會對過渡短節(jié)及接力泵聯(lián)接處的法蘭及密封墊圈上邊緣和下邊緣產(chǎn)生較大拉伸力和擠壓力，可能會損壞聯(lián)接法蘭和密封。為此，在吸水罩最高處設(shè)計焊接倒三角形耳板裝置，安裝兩根斜拉鋼索，斜拉鋼索的松緊程度以法蘭周邊壓力均衡為判斷依據(jù)，大大減少了破壞力。

（2）涉水作業(yè)輔助裝備設(shè)計制作。“主輔一體式接力追排水機組”改造正常后運行過程中，機組前方遇有淤積、礦車、鉆機等或前方巷道坡度變緩，需要人工清除障礙或機組需要輔助牽引前移時，人員需要涉水懸掛起吊裝置、固定繩輪等，安全風(fēng)險大，職工需要涉水作業(yè)。為此，利用多只PE材料浮箱，根據(jù)標(biāo)定浮力50kg/只，設(shè)計制作浮箱托架、護(hù)欄等制作了浮筏，一次可承載2～3人，讓作業(yè)人員乘坐浮筏漂至巷道迎頭作業(yè)，避免職工涉水作業(yè)，有利于作業(yè)安全。

BQ系列潛水電泵與接力泵一體化排水機組改造應(yīng)用，取得了較好效果，斜巷追排水效率提高了2倍以上。接力潛水電泵一體化機組在水災(zāi)淹井井下追排水過程中發(fā)揮重要作用，大大加快了追排水進(jìn)度，保障了受災(zāi)礦井快速恢復(fù)生產(chǎn)。實踐證明，接力潛水電泵機組就地集中控制顯示裝置改造最為關(guān)鍵，本文所給出的改造方案是工程技術(shù)人員在實際追排水過程中，為保證設(shè)備安全運行而采取應(yīng)急方案措施，希望對采用同類排水設(shè)備追排水現(xiàn)場有一定借鑒作用。更希望從事排水設(shè)備及排水設(shè)備智能電控化生產(chǎn)及科研單位結(jié)合現(xiàn)場需求，盡快開發(fā)研制適合該類組合排水裝備的一體化智能化監(jiān)控設(shè)備，滿足國內(nèi)水害嚴(yán)重礦井應(yīng)急排水需要。