關于礦井主排水系統設計及改造的幾個問題

文/高建朝

關于礦井主排水系統設計及改造的幾個問題

文/高建朝

當前礦井主排水系統的設計以2007年版的《礦山固定設備選型使用手冊》為基礎，經過多年的現場工作實踐，在礦井排水系統設計和改進方面應注意以下幾點，可使系統更加完善，可靠性更高。

一、泵房開拓

1．泵房的通風問題

直接排水系統，泵房設置在井筒附近，通風良好，抗災排水多臺泵聯合運行時也可以安設臨時機械通風設備。在分段排水系統情況下，當下水平的泵房未設在副井附近時，下水平的泵房必須考慮到有良好的通風，因為開采越深，地溫越高，承受的水患威脅越大，要考慮到多臺水泵開啟或抗災排水時，電機的發熱持續增高，使環境溫度急速增高。受上水平通風系統（風量、氣溫）的影響，下水平泵房的通風會不及上水平。

2．泵房斷面問題

泵房斷面大一些，安裝、拆除、擴容改造以及日常維修等施工會更方便，但開拓工作量大些，若井深地壓大，還會有變形快的情況。有條件的礦井在設計之初泵房的長、寬、高的計算數值選大些較合適。

3．泵房底板問題

考慮到泵房打掃衛生基本靠水“沖”，所以泵房地面要有一個坡度，方便水流向吸水小井。

二、水倉設計、改造的幾個問題

1．水倉長度和容量

水倉長度應不小于110m，因為倉內水流速應小于0.005m/s，停留時間應大于6小時。

在礦井涌水量不大時，為了使水泵避峰填谷運行，以及使水泵可以連續運行的時間長些，水倉的有效容量應大些，以達到“蓄一天水，開一次泵”的運行工況。

2．水倉的設施

倉內軌道。一是在建設初期，考慮到清理時人員行走和底板積煤，道木應略高于底板。二是清倉少的礦井，在清倉時鋪設臨時道。考慮到在正常生產時進行水倉探察和清理，應在巷幫或巷頂預留風筒掛鉤和照明掛鉤。提前考慮清倉設備安裝預留設施，如水力清倉時，預留管路托梁。在清理水倉或維修水倉需要排水時，要在倉口最低洼處預留小泵窩。水倉入口設置沉淀池；水倉之間必須澆注牢固不漏水，以免給清理水倉帶來麻煩。

三、系統設計

1.照明設計。不宜在泵房頂布置，太高不便維護；可在起吊梁下或墻壁上安裝兩排，設置兩個開關，使燈全亮或一半亮，以滿足不同情況下的需要。

2.射流水管和檢修用放水管設計。要有工作和備用兩套灌泵系統；要有環形管的檢修放水裝置。

3.消防設施放置設計。要考慮滅火器、沙箱的放置位置，可在巷幫開一小硐用于放沙箱，以保持泵房工整。消防水管可放置在中部的安全通道口。

4.電纜吊掛安裝設計。泵房內的動力電纜不要放在電纜溝，一是電纜溝設置在泵房不美觀，且溝變形后，蓋板與地面不平；二是溝內易進水，不易排水；三是電纜檢查維修不便。所以泵房內最好不設電纜溝，采用電纜橋架。

5.牌板張掛設計。可采用墻壁嵌入式，也可后期安裝牌板框。

6.設備起吊梁設計。可在水泵、電機設備的外邊緣，且再增加一根橫鋼梁，使起吊范圍更大，在起吊電動門、逆止閥、短管以及管路時會更方便。

四、排水設備的選型

在排水設備選型以及安裝時，有條件的礦井可以直接做成自動化排水系統，當時無此能力的礦井也要在選型和安裝時預先考慮到以后的改造。

1.不宜選級數太多的泵，給安裝、維修帶來不便；宜選滾動軸承的泵，維護方便。滑動軸承需要配備稀油站對軸承進行專門的潤滑和冷卻，給日后的運行維護帶來麻煩。

2.從安裝、維修角度考慮，宜選轉數相對較低的水泵。從水泵運行效率低時的運行工況和抗災安全性方面考慮，水泵的額定揚程必須高于實際揚程，要比計算值大2%～5%。在水泵設計計算中，有水泵的額定揚程等于實際揚程的情況。但揚程不宜太高，以免流量大，電機超過負荷。

3.多水平排水，要考慮到備件的通用性。

五、排水管選型和安裝的幾點意見

1.對于排送一定流量的管路來說，當采用的管徑越大，其揚程損失越小，電耗越低，但所需的基建投資越大；同時，管徑過大，可能會使水泵在正常運行時導致電機過載；而采用的管徑越小，揚程損失越大，電耗越高，基建投資越小，管壁結垢后的揚程損失加大。

2.經濟流速按“排水管的經濟流速一般取1.5～2.2m/s，為了避免管內嚴重掛污，排水管內流速不得低于0.8m/s。吸水管中的流速一般取0.8～1.5m/s。”要考慮正常排水時和災害排水時的情況，但最大流速不能超過下列規定：

3.排水管的壁厚問題。根據管路銹蝕的情況，選壁厚，可選分段壁厚；結合多年的現場實際，在計算時選取附加厚度時，應選較大值。

4.排水管路的安裝和變形問題。到地面的排水管路一般有兩種安裝形式：一是在井筒內安裝；二是另作管路鉆孔。在井筒內安裝投資少，維護量較小，但鋼梁、管路易銹蝕，水與井筒的溫差大易伸縮變形。管路鉆孔初期投資大，但無需維護、管路不易銹蝕，水溫與鉆孔周圍地溫接近，溫差變形量小。

井筒管路的伸縮變形要考慮以下因素：一是安裝時節，最好是在初春或深秋安裝。二是防止水錘，水錘作用下，使變形增大成為永久變形。三是固定方式，承重梁的間距不宜太大，一般不超過150m。四是連接形式和質量，若加套管焊接，必須達到標準要求。五是排水時間長短，有些礦井幾乎24小時連續排水，這種情況下管路伸縮問題不明顯。

5.隨著技術的發展，聚乙烯涂層復合鋼管和特塑鋼編復合管也大量地應用到井下，聚乙烯涂層復合鋼管是鋼管內外壁涂上聚乙烯制成的，有耐腐蝕、阻力小、不易在管壁結垢等優點。特塑鋼編復合管是合成塑料包鋼絲網制成的，其優點不僅耐腐蝕、阻力小，而且重量輕，價格合理。有條件的礦井在設計或改造時可以采用。

6.水錘的產生和預防。水錘在井深、排水任務重、排水管路長、管路流速達1.2m/s的排水系統中存在的隱患較大。水錘的破壞表象為：井筒排水管路彎曲變形；管路承重梁彎曲、振動較大；泵房內環形管振動、托梁松動；逆止閥沖擊損壞等。水錘的產生具有不預見性，主要是突然停電和停泵不利造成的，幾乎正常停泵都有水錘現象。預防措施主要有：減少彎頭等管件；排水管要固定牢固；安裝水泵多功能逆止閥；合理供電避免電氣故障；按要求停泵；裝設瀉壓溢流裝置；實現變頻控制。

（作者單位：山西冀中能源集團礦業公司）

（責任編輯：李元）