安居煤礦副井淋水復用項目

王立偉 祁茂濤

摘 要：安居煤礦井筒深度998米，井筒直徑6米，井筒穿過多個含水層，滲水現象比較嚴重。滲水點主要集中在井筒400米-600米處，井筒滲水總量為18/h。井筒滲水擴散，造成井筒常年淋水，使井底工作環境非常潮濕，作業困難。進入冬季后井壁及罐道結冰嚴重，給立井提升及井底車場作業帶來嚴重隱患。

關鍵詞：恒壓供水裝置；變頻器；壓力傳感器

為了預防安全事故的發生及淋水區域的改善，各豎井都采取了不同的防治水方案和措施。我礦400-600米之間出水量比較大，我礦采取先對出水點進行封堵，然后再把滲水引走的方案，在井筒滲水比較大的井壁上，用切割機環井壁切出截水槽，該截水槽東高西低形成橢圓形，便于水流集中收集，再將各截水槽的水引至收水管道內，收水管道將水引至泵房管子道上面緩沖水箱，然后再輸送到井底復用處。

副井淋水復用管道采用管徑89毫米的鋼管，副井全部淋水經過該管道引至西大巷水倉內。經相關資質單位檢驗，我礦副井淋水水質能夠滿足井下生產使用要求，為了有效避免水資源浪費，充分利用井筒淋水，以供井下生產使用，故將井筒淋水引至西大巷的集水倉內，再在集水倉外側安設一臺多級離心泵，由此臺多級離心泵將副井淋水注入井下生產供水管網。多級離心泵由浮球、壓力傳感器、變頻器進行控制，實行高水位、壓力低時供水，低水位、壓力高時停水。集水倉安裝溢流管路，將溢出井筒淋水經排水溝引至水倉內。

1 淋水復用排水管路選型

我礦井筒主要出水點在400-600米處，井筒總出水量約為20/h，預選淋水復用排水管路為管徑89mm的鋼管，管徑厚度為4mm。集水點與用水點有能量輸出，依據伯努利方程：

h+/2g+P1/γ=h1+/2g+P2/γ+hm

式中h為集水點與用水點的高度，V1集水點水流速，v2用水點水流速，P1集水點截面大氣壓，P2用水點截面大氣壓，不考慮空氣重度P1=P2，h1為用水點高度，g為重力加速度，hm為管道阻力忽略不計，h-h1=/2g，在此式中h=590米，h1=10米。已知井筒出水量為18/h，井筒引水管道為管徑108mm的鋼絲管，管厚為3mm，則集水點流速為：V1=4θ/[π]，式中θ為井筒出水量，代入數據可知V1=2m/s，將V1=2m/s，代入公式h-h1=/2g可知，V2=109m/s，V12 淋水復用供水系統選型

我礦井下生產用水由井上恒壓供水裝置 進行控制，該裝置設定的生產用水壓力為4.2MPa，井下生產用水低于4.2MPa時，恒壓供水裝置開啟電動閥對井下供水，井下生產用水高于4.2MPa時，恒壓供水裝置關閉電動閥，因此井下管道壓力一般為4.2MPa。井筒淋水復用后，生產用水供水主要包括井筒淋水與井上生產用水，當水壓較低時，井下生產用水由井上生產用水與副井淋水供給，所以井筒淋水復用系統中水泵的控制電路由壓力傳感器、浮球、變頻器控制。當滿足西大巷水倉高水位、生產管路低壓力時，副井淋水復用系統開始供水，當西大巷水倉低水位或生產管路高壓力時，副井淋水復用系統開始停止供水。

2.1 壓力傳感器選擇 在淋水復用水泵控制電路中，壓力傳感器選用兩線制壓力傳感器，兩線制壓力傳感器的最大壓力為10MPa。兩線制壓力傳感器廣泛應用于測量各種流體介質壓力。兩線制壓力傳感器的原理是利用了4-20mA信號為自身提供電能。如果變送器自身耗電大于4mA，那么不可能輸出最低值4mA，因此一般要求兩線制壓力變送器的自身耗電要小于3.5mA，從整體結構上來看，兩線制變送器由三部分組成：傳感器、調理電路、V/I變送器構成。傳感器將溫度、壓力物理量轉換為電參量，調理電路將傳感器輸出的微弱信號或非電性信號進行放大、調理、轉換為線性的電壓輸出。兩線制V/I變化電路根據信號調理電路的輸出控制總體耗電電流，同時從環路上獲得電壓并穩定，供調理電路和傳感器使用。采樣電阻串聯在控制電路的最低端，所有電流都通過采樣電阻回到電源負極。

2.2 供水泵選擇 在淋水復用供水系統中，供水泵為多級離心泵。多級離心泵為立式結構，具有占地面積小的特點，泵重心重合于泵腳中心，因而運行平穩、振動小、壽命長。同時多級離心泵口徑相同且在同一水平中心線上，無需改變管路結構，可直接安裝在管道的任何部位，安裝極為方便。由于我礦井下生產用水的供水壓力為4.2MPa，因此我們選用多級離心泵為揚程為500米的多級離心泵，其額定壓力為5 MPa，能夠滿足我礦井下生產用水壓力要求。

3 淋水復用供水系統設計

3.1 淋水復用系統設計 淋水復用系統主要包括緩沖水箱、引水管路、集水倉、多級離心泵。井筒淋水經淋水收集裝置引至井下中央泵房管子道處緩沖水箱內，再經引水管路將井筒淋水引至西大巷處集水倉，最后經多級離心泵將井筒淋水注入井下生產供水管網。

井筒淋水由中央泵房引至西大巷水倉時，路線較長，拐彎處較多，淋水復用管路與淋水收集管路直接相接時，副井井筒最底端的截水槽處溢水，從而造成副井下井口淋水比較多，因此在淋水復用管路與淋水收集管路交接處增設一緩沖水箱，使井筒淋水完全流入緩沖水箱，緩沖水箱設在井下中央泵房管子道最高處。西大巷水倉增設溢水管路，當井下生產用水充足、水倉水位過高時，水倉多余的井筒淋水由溢水管路流出，經沉淀池、排水溝引至礦井水倉。

3.2 淋水復用供水泵電路設計 淋水復用供水泵工作原理：供水泵揚程為500米，供水泵額定壓力為5MPa。當水倉水位較高，浮球處于接通狀態并且未達到浮球最低水位、壓力傳感器測得井下生產管路壓力為4.2MPa時，此時水泵控制電路接通變頻器，水泵開始工作。井筒淋水由供水泵抽至生產供水管路。當水倉水位低于浮球最低位置時，或者壓力傳感器測得井下生產用水管路壓力達到5MPa時，水泵控制電路斷開變頻器，水泵停止工作。淋水復用供水系統主要由浮球、壓力傳感器、變頻器、離心泵組成。浮球懸掛于西大巷水倉內，用于監測水倉水位高低、接通或斷開控制電路。壓力傳感器安裝在西大巷門口供水管路上，用于監測井下生產供水管路的壓力、接通或斷開離心泵供水電路。浮球為兩個浮球，一個用于水倉高水位、管道低壓力時供水泵的開啟電路，一個用于水倉低水位時的斷開電路。

4 總結

井筒淋水復用系統投入后，外排水量少，利于礦井環境保護，該系統投入后，年節約費用約93萬元，具有很高的經濟效益和社會效益，有利于礦井可持續發展。

參考文獻：

[1]王仁祥.電力新技術概論[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]周芝峰，張星.變頻器在供水系統中的節能分析[J].變頻世界，2000（10）：35-38.