礦井排水管路閉式高壓水除垢技術在九里山礦的應用

李良先，劉建博

1河南能源焦煤公司機電部 河南焦作 454002

2河南能源焦煤公司九里山礦 河南焦作 454100

九 里山礦井下中央泵房現有 MD450-60×6 型水泵 21 臺，排水管 8 條，其中副井井筒敷設 6 條排水管，直徑為 419 mm，鉆孔敷設 2 條排水管，直徑為 377 mm。主排水管安裝至今已使用 30 多年，排水管內壁結垢嚴重。經在排水管上開口，實測 8 條排水管結垢厚度為 60～90 mm，結垢導致整個排水系統效率低下，影響排水系統安全高效運行。

為提高礦井排水效率，確保系統安全高效運行，九里山礦井于 2018 年對排水管路進行更換，僅更換1 條管路就耗時 4 個月，材料和施工費共計 90 萬余元，管路更換期間嚴重影響礦井副井提升，且井筒作業存在的安全風險較大。為徹底解決礦井排水管路結垢問題，提高排水效率，礦井亟需探索一種安全高效的解決方案。

1 管路除垢技術分析

目前，管路除垢技術主要有化學除垢、物理除垢和機械除垢[1-2]?；瘜W除垢主要采用酸性液體浸泡，通過化學反應將堿性污垢分解排出管路；物理除垢主要采用超聲波、水射流等方法，將污垢破碎后排出管路；機械除垢主要是在壁內用切削工具刮蝕除垢，如使用刺球在排水管內刮削清理積垢[3]。鑒于目前環保要求和排水管路安裝位置的特殊性，化學除垢和機械除垢在九里山礦排水管路除垢施工中均不宜采用。

通過對排水管路結垢成分和結垢厚度的分析，九里山礦主排水管路內壁結垢的主要成分為煤屑和煤泥混合物。結垢形式有 2 種：一種是在地面平直段形成的層理較為清晰的結垢體，厚度較薄，硬度較大；另一種是由煤屑和煤泥沉積而形成的結垢體，硬度低，比較厚，一般為 60～90 mm，主要分布在井筒垂直段、管道及泵房環形管路段。結合現有的除垢方法和現場實際情況，九里山礦決定采用物理除垢中的水射流工藝，通過優化施工工藝流程，改進除垢噴頭裝置，探索出了一種閉式高壓水除垢技術。

2 閉式高壓水除垢工藝流程

閉式高壓水除垢技術是以水為介質，通過增壓裝置形成高壓水，再經過特制的噴頭噴射出能量集中、速度很高的水射流，連續不斷地作用在長距離封閉的管路內表面，從而使結垢體脫落，達到除垢的目的[4-6]。

2.1 裝置介紹

整個閉式高壓水除垢裝置分為增壓裝置、高壓水管、除垢噴頭及水管升降裝置，如圖 1 所示。

圖1 除垢裝置結構簡圖

(1) 增壓裝置主要由過濾器、冷卻器和柱塞泵組成，首先將自來水進行過濾，確保進入高壓管路的液體不含雜質，不會堵住噴頭，然后通過柱塞泵將過濾后的自來水進行加壓，形成高壓水作為除垢的動力源。冷卻器主要是對高壓水進行冷卻，防止水溫過高。增壓裝置通過高壓膠管為噴頭提供動力。

(2) 可旋轉噴頭由噴頭和支撐架組成，其中支撐架分為垂直管路支撐架和水平管路支撐架 2 種形式。如圖 2 所示為垂直管路內清理垢體使用，支撐架主要作用為防護噴頭；圖 3 所示為清理水平管路垢體使用，支撐架可以在管路內平穩移動。

(3) 升降裝置為提升絞車，通過升降固定在絞車鋼絲繩上的高壓水管帶動噴頭在管路內移動。

2.2 除垢施工流程

在整個除垢的過程中，將排水管路分為地面、井筒段和井下管道至泵房段管路 3 部分，分部逐段依次進行清洗。

圖2 噴頭 1

圖3 噴頭 2

(1) 井筒段管路施工。首先在井口排水管路入井筒處的彎頭上開 1 個 200 mm 的圓孔，在井底管道最上方的彎頭處開 1 個 600 mm×400 mm 的方孔，然后利用井口安裝的小絞車將綁扎在絞車鋼絲繩上的高壓膠管沿排水管路下放至除垢位置進行施工。

為避免沖刷掉的垢體賭塞管路，井筒段排水管路除垢采用自下而上的施工順序，粉碎后的垢體沿管路自然下落，在井底管路上開口處排出，直接流入副井井底小井內，集中進行清理。

(2) 管道及環形管路施工。由于高壓清洗噴頭不能轉彎，井下管道及泵房段采用分段清洗，在每個彎頭處割開 600 mm×400 mm 孔，人工將高壓管拖拽至除垢位置再進行施工，在除垢的過程中，利用高壓噴頭的反作用力及噴頭支架支撐，噴頭可以自動向前沖洗排水管路。

(3) 地面管路施工與管道及環形管路施工流程一致。每條排水管路除垢結束后對開口處進行恢復焊接，為保障后期排水管路的運行安全，除對開口進行焊接外，還要在開口處加裝緊固裝置，確保安全。

3 除垢效果分析

礦井排水管路閉式高壓水除垢技術在九里山礦應用后，每條排水管路除垢后均接受驗收。

(1) 利用微型攝像頭查看管壁結垢清理情況，如圖 4、5 所示，除垢前后對比效果明顯，使用閉式高壓水除垢技術能夠解決九里山礦主排水管路結垢問題，且對管路自身沒有造成傷害。

圖4 清洗前管路結垢情況

圖5 清洗后管路內壁情況

(2) 除垢前后排水系統效率對比。以 6 號管路為例，管路除垢前后測試的一泵一管每百米電耗分別為0.501 和除垢后的電耗明顯下降。

(3) 大大縮短了施工周期。前期選擇更換管路，由于日常需要正常提升，每天能夠安排的檢修時間有限，更換一條排水管路耗時 4 個月，而采用高壓水清洗平均 7 天可以完成一條管路。

4 結語

采用閉式高壓水對礦井排水管路除垢具有環保無污染，成本低，效率高等優點。

清洗介質為自來水，不存在任何污染；與更換排水管路相比，僅為更換管路費用的 12%；生產影響小，可以在副井正常提升期間連續施工，做到施工、生產兩不誤；安全高效，閉式高壓水除垢施工不存在井筒作業，且施工效率高，清洗 1 條管路是更換管路用時的且除垢效果好。

通過在九里山礦應用后發現，閉式高壓水除垢技術在礦井排水管路除垢方面具有施工成本低、周期短、操作方便等優點，在類似礦井中具有很好的推廣和應用價值。