非煤礦山深井排水系統的設計優化探討

唐強武，黃孝榮

（江西銅業集團武山銅礦，江西 九江 332204）

1 概述

井下排水系統的是礦山安全生產的重要保障，其一旦出現故障停止運行將造成淹井的嚴重后果，因此如何結合現有技術和井下生產實際對井下排水系統進行設計與優化，使得泵站運行具有更高的安全性、穩定性是值得我們去深入探討的[1]。

2 國內礦山排水系統現狀

進入21世紀以來，隨著采礦技術的發展、先進設備的投入，我國深井采礦飛速發展，目前已有16座礦山開采深度達到或超過1000m，其中，吉林夾皮溝金礦、云南會澤鉛鋅礦和六苴銅礦達到1500m，河南靈寶釜鑫金礦達到1600m。進入深部開采后，水量的增加、水質的改變、水錘力的增大、設備的大型化以及自動化控制等，都是設計時需要著重考慮的問題[2]。

3 深井排水系統優化設計探討

現有排水系統的設計主要按照既有設計規范對井下水泵房內的土建部分、機械部分、管路部分和電氣部分的設計，而對泵站的后期維護、檢修、水質狀況、節能、泵站的日常監控保護等方面考慮較少，這樣對于要求更高的深井排水系統的安全高效運行是十分不利的，因此如何在傳統的設計基礎上進一步完善深井排水系統的設計是值得認真探討的[3]。筆者結合多年的井下泵站管理經驗認為，深井排水系統的設計應考慮以下幾個方面。

3.1 維修硐室的設計

隨著排水深度的增加和水泵技術的進步，高揚程的離心水泵已廣泛應用于井下泵站，該類水泵及配套電機相較低揚程離心泵，尺寸與重量大幅增加。以DF280-65＊9（P）型自平衡多級離心泵為例，該水泵揚程為585m，重達3.7t，若采用提升機或車輛經斜坡道運輸的方式將水泵運送至地面大修，安全隱患大，過程較為復雜。而對于揚程達千米的水泵而言，若仍采用傳統的方式將其運送至地面廠房維修，顯然是不符合實際情況的，因此在深井排水系統設計時應考慮在泵房單獨設計維修硐室。

維修硐室的設計應結合泵站實際情況考慮以下幾個方面：首先維修硐室區域劃分應含維修區，工器具擺放區，材料備件擺放區，水泵擺放區。其中維修區主要是根據水泵尺寸設計相應的維修平臺，平臺四周應留出1.5m～2m的維修空間，維修平臺水泵解體初始端還應預留出解體部件擺放區；工器具擺放區盡量靠近維修區；材料備件區應根據備件大小預留出兩套完整備件擺放區域；水泵擺放區主要用于擺放備用泵（待修泵）。其次，維修硐室應設計電動行車、運輸軌道、轉盤等配套的起吊、運輸裝置。最后，維修硐室應緊靠井下泵站，運輸鐵軌互相連通。

3.2 沉淀池設計

現有井下泵站常用的離心水泵按其使用范圍主要是分為D型、DF型、MD型。其中D型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度低于80℃的清水或物理化學性質類似清水的液體；DF型水泵用于輸送不含固體顆粒、溫度為-20℃～105℃的腐蝕性液體；MD型水泵用于輸送顆粒含量≤1.5%，粒度≤0.5mm，溫度為-20℃～80℃的中性礦井水及其他類似的污水。據此可知井下水泵對水質的要求較高，而井下膠結充填技術的應用會導致水中泥沙含量急劇增加，水質狀況惡化。因此在井下排水系統設計中應根據礦山生產工藝、水質狀況等條件將沉淀池設計也納入到整個系統設計中。沉淀池設計時應注意以下兩個方面：首先沉淀池應設計兩個，一用一清；其次設計時應考慮沉淀池機械清理方式。

對于水質酸性較大的礦山，設計時一般采用DF型水泵，該類水泵采用不銹鋼材質，耐腐蝕性能好，但價格昂貴，空負荷運行時容易燒結卡死。

因此設計時可在沉淀池或水倉處設置加藥中和裝置，將水質變為中性，這樣就可采用D型或MD型水泵取代DF型水泵，極大的降低了水泵采購成本及日后維修成本，經濟效益十分可觀。

3.3 自動化控制設計

國務院辦公廳印發的《安全生產“十三五”規劃》中明確提出礦山企業在十三五規劃期間建設智慧礦山，而井下排水作為礦山安全生產的重要系統之一，實現其自動化、智能化是保證礦山安全生產的重要保障，是智慧礦山不可缺少的安全生產系統。現今大部分礦山均在大力推進井下泵站自動化改造，也有部分礦山早已實現井下泵站自動化控制，因此，井下排水自動化控制是日后排水系統設計中十分重要的一部分。井下泵房自動化控制設計時應注意以下幾個方面。

首先系統監控對象與參數應齊全，主要監控參數有：①電量監測：主電機運行電流、電壓、功率等。②流量監測：單泵流量或單管流量、總管流量。③液位監測：井下水倉內水位。④壓力監測：主水泵進、出口壓力、主管壓力。⑤溫度監測：電機定子繞組、前后軸溫度，水泵前、后軸承溫度。⑥振動監測：水泵前、后軸承振動。⑦設備狀態：主水泵、主電機、排水閘閥、射流泵、射流閥、真空泵、真空閥、配電設備及啟動柜等設備的工作狀態。⑧保護信息：設備的各種保護事件與保護定值等。

其次系統結構設計建議采用分布式多CPU控制，即配備一臺集中控制柜，另外每臺水泵配備一臺就地控制柜，正常情況下由集中控制柜控制，當集中控制出現故障時各臺水泵仍可通過就地控制柜控制。該控制模式，安全度高，集中控制系統出現問題后，其他水泵無論手動還是自動模式均可正常運行。存在問題的水泵可單獨脫離系統進行檢修。其次，穩定性高，每臺水泵對應一套CPU及控制裝置，每臺機組同時熱備。

最后系統異常保護功能應齊全，完善的井下泵站自動控制系統應具備超溫保護、流量保護、壓力異常保護、水位超限報警、啟動超時報警、通訊故障報警、儀表檢測信號掉線報警、透水早期預警保護等功能。

4 結論

由于深井排水系統較為復雜，在系統設計時應綜合考慮安全性、先進性、經濟性、維護的便利性等各方面因素，使得新泵房在使用年限內能完全滿足深井排水的要求，避免日后因技術落后、維護不便等原因而形成附加改造升級工程。