影響井下排水設備效率的因素與改善措施

劉 斌

(同煤集團煤峪口礦，山西 大同 037003)

0 引言

煤礦生產過程中，礦井既有正常的涌水量，又可能存在一系列突發性水災，而礦井排水就可以很好解決這2種情況下的涌水。但在具體的使用過程中，礦井排水會產生較高的電耗，約占全礦耗電量的25%左右，一旦礦井出現涌水量較大的情況，比如突發性水災，礦井排水設備的耗電量將會進一步增加，占比約為60%，因此，如何解決礦井排水設備的經濟運行問題至關重要，不但會減少全礦的耗電量，而且會減少全礦的運行成本。

1 煤礦排水設備運行現狀

我國多數礦井的主排水系統符合國家制定的相關標準、規范，但也存在一些問題，常見的問題主要有管網效率較低，水泵效率不高，單臺泵工序能耗較高。

對于礦井排水設備運行效率低下的問題，煤礦管理者很少會注意到，主要原因就是礦井排水設備并沒有影響到礦井的正常排水工作，也沒有引發相關安全問題。但卻存在一個比較隱蔽的問題，即從經濟學角度講，水泵運行時會產生一定的電浪費量，據統計水泵每小時會產生約60 kW的電浪費量，則每年就是浪費電量約為15萬kW，直接造成的經濟損失約為8萬元左右。每個礦井的排水設備基本保持在至少2臺排水設備，從這個意義上講，礦井每年由排水系統引起的經濟損失約為十幾萬甚至幾十萬，因此，提高礦井排水設備的運行效率，意義顯著，可提高煤礦的經濟效益。

2 影響煤礦排水設備效率的因素

2.1 影響因素分析

水泵型號老舊，使用年限長：多數礦井使用的排水設備比較老舊，比如使用的是上個世紀的DA型水泵、TSB型水泵，這些排水設備最大的問題就是設計效率低下，也表現出較低的運行效率。這些老舊排水設備在運行過程中，運行工況點偏離也是其運行效率低的一個原因。

管路的服務年限較長，管路阻力增大：一般而言，礦井水的成分多種多樣，往往含有較多的雜質，長時間后，在水泵或相關管道中會出現異常污垢層，從而引發排水管道的堵塞問題。同時排水管路也易于發生銹蝕問題，這就會使得管徑變小，使得排水管路的阻力系數變大，進而造成排水設備的排水能力降低，因而從管路的排水效率到整個排水系統的排水效率都會變低。

沒有合理安排水泵運行時間：某些礦井只有較小的水倉容積，或水倉存在一定的淤積問題，這樣就會引起水泵的頻繁啟動問題，從而使得電機的負荷增加，同時也會使得排水設備產生一定的損傷，增大設備的故障率，增加設備的維修頻率和維修費用。此外，很多礦井對水泵的運行時間并沒有做出合理的安排，對排水系統的漏水情況也沒有給出有效的解決辦法，從而造成排水效率的低下，增加了排水成本。

管理不善：煤礦對排水設備的相關管理制度不完善，維修維護工作滯后，也是影響排水設備效率的因素之一。

2.2 影響因素權重分析

層次分析法(Analytic hierarchy process)是一種多因素綜合評價方法。本文針對煤礦排水設備效率影響因素，利用層次分析法進行權重計算和比較分析，以此判斷關鍵因素。

評價體統：通過前面的分析，結合現場實踐經驗，建立了井下排水設備效率影響因素分析系統，如圖1所示。

圖1 井下排水設備效率影響因素分析系統

判斷矩陣建立：層次分析法的計算基礎是基于對各個因素比較得出量化標準。其原理是通過對各因素進行兩兩比較，比較值為1時，代表兩者重要度一樣；比較值為2時，代表前者比后者相對重要，以此類推，通常比較值選擇區間為[1，9]。因此，建立圖1對應的判斷矩陣，見表1。

表1 影響因素判斷矩陣

權重計算和結果檢驗：層次分析法的計算是通過計算判斷矩陣的特征向量和最大特征根求得的。因此，求得上述判斷矩陣的特征向量為

H=(h1,h2,h3,h4,h5)T=(0.335 9,0.254 6,0.179 9,0.143 9,0.080 3)T

λmaxA=5.197 2

層次分析法的結果檢驗是通過一致性檢驗得出的，計算公式如式(1)所示。

CR=(λmax-n)/(n-1)/RI

(1)

式中：RI—平均隨機一致性指標，當n取5時，RI取1.12。

將相關參數代入式(1)中，可得CR<0.10，結果合理。

結果分析：通過上面的計算結果，可以對井下排水設備效率影響因素進行比較，發現設備陳舊與電機老化所占權重較大，是影響效率的主要原因。此外，權重比較從大到小依次為管路使用情況、運行時間以及制度管理。

3 煤礦排水系統節能優化措施

3.1 提高排水系統設備的先進性

使用先進的排水泵：國家相關法律法規均要求排水泵既要節能又要高效，要做好水泵的節能工作，常用的方法就是使用性能先進的新型排水泵，讓排水泵運行的工況點處在高效區內。

選擇合適的驅動電機：對于電機的選擇，要結合系統的整體要求來確定。電機的選擇要充分實現排水泵的效率，保證實際效率值與額定效率值基本一致，因此，要綜合考慮各方面因素來確定額定效率值。對于電機存在老化問題的情況，要投入資金，更換設備。最后，排水系統可以實現自動化運行。

3.2 制定完備的制度并且加強管理

排水設備管理工作的有序開展需要一定的管理制度作為保障。排水設備的管理工作要嚴格按照相關部門制定的制度開展，要明確每個管理者的工作范圍，提高管理效率。①對排水系統的運行時間做出合理的安排，比如在電費較高階段，可減少排水系統的使用，出現危險水災事故除外；②排水設備正常運行時，操作人員要做好相關技術性操作，嚴格遵規操作，提高操作規范化程度。同時，對于管道中的雜質等采取定期清理措施；③加強排水設備的日常管理維護工作，對排水系統的各設備，均要實行定期維修管理，定期檢查，一旦發現排水設備存在老化等問題，就要及時采取維修或更換措施。對排水設備的性能也要進行定期測試，一旦發現耗能變大，則及時采取更換措施。對于排水設備的保養工作，可結合各設備的使用頻次，確定合理的保養周期。此外，維修或保養工作結束后，還要對維修或保養情況進行綜合評價，不斷總結，以優化維修或保養措施，減少費用。

3.3 合理規劃排水系統的管線

在抽水管線的直徑的選擇問題上，應采用大直徑水管，同時也應滿足排水設備的排水效率，以確保各設備正常運行。此外，在設備的安裝方面，還應考慮一些重要因素，比如高度、長度和位置。根據以往經驗，可在排水泵出水口加裝一定長度的管線，這樣可使得礦井水完全排出礦井。最后，在管線材料的選擇上，還應選擇綠色建材，從而確保管線的使用年限，即便管線損壞而棄用時，也不會污染環境。

4 結論

(1)本文對煤礦排水設備運行現狀進行了了解，分析了煤礦排水設備運行效率不高原因：管路的服務年限和水泵的服務年限較長，效率較低、水倉容積相對較小，沒有合理安排水泵運行時間等。

(2)通過層次分析法，對各個因素進行了權重分析，得出了各因素對排水設備效率的影響程度大小。針對主要因素提出了提高排水系統設備效率的措施。