礦井主排水泵運行效率提高措施分析

高 鵬

作為礦井排水系統的“主力”，排水泵能夠使礦井排水系統的工作效率得到全面地提升。但在排水泵的日常運行中，由于地處礦井之下，會承受不同程度的壓力，而且排水過程中水質較為污濁，其中摻雜的諸多雜質也會對排水泵造成一定程度的磨損。所以為了能有效提高礦井主排水泵的運行效率，就需要對排水泵的損壞進行詳細的分類，從而針對不同類型的損壞制定合理的解決措施，確保排水泵在排水系統中安全運行。

1 礦井主排水泵運行過程中損壞分類

1.1 流水腐蝕

主排水泵在礦井的生產作業中會將礦井生產過程中產生的廢水排出，而生產廢水中攜帶的大量礦井煤灰使得水中的會濃度過高，對運行中的主排水泵造成汽蝕；同時在排水泵運行過程中，流水的沖擊也會在一定程度上將泵件表面的金屬材質剝離，逐漸磨損泵件；再加上礦井的生產廢水會產生煤灰沉淀現象，煤灰積攢過多時，就會對排水泵的吸水造成阻礙，甚至導致排水泵在排水過程中出現堵塞現象；礦井中的廢水中還包含許多未知元素，都會對排水泵的泵件造成或多或少的腐蝕，減少泵件的使用壽命。

1.2 運行過程中的機械性磨損

礦井主排水泵在日常工作中會通過自身的不斷運轉排出礦井中的廢水，在運轉過程中一定會產生磨損，這種磨損被統一稱為機械性磨損，作為礦井生產作業中的常見磨損，并不會對主排水泵的日常運行產生過多影響，但在礦井生產過程中，一旦有過大的硬質顆粒摻雜在礦井廢水中，就會嚴重影響主排水泵的正常運轉，諸如此類的硬質顆粒造成的磨損類型大致可以分為如下四種。

1.2.1 泵件變形

礦井主排水泵在高速運轉過程中，摻雜在水中的硬質顆粒也會隨之高速運動，而這一過程中一旦顆粒與泵件表面或內部發生碰撞，就會由于高速產生巨大的沖擊力，對泵件的表面產生撞擊，久而久之使得主排水泵的泵件發生磨損變形。因此在主排水泵的運行過程中要對硬質顆粒的夾雜進行有效預防，同時還可以改變泵件的材質，提高泵件的韌性抵御顆粒的沖擊，最大程度降低磨損，預防變形性磨損。

1.2.2 泵件切削

與上述情況相同，當礦井主排水泵在高速運轉過程中，過大的轉速會使硬質顆粒帶有巨大的沖擊力，若硬質顆粒以不同的角度對泵件進行碰撞，就會產生不同程度的磨損，若硬質顆粒通過某種角度的撞擊導致泵件材質產生脫落，就形成了切削磨損，這種磨損輕則影響排水泵的使用壽命，重則直接導致排水泵運行故障，礦井內的積水無法有效排出，對礦業生產工作帶來巨大的安全隱患。

1.2.3 斜向磨損

上述的泵件磨損只是從理論上敘述單獨的硬質顆粒對泵件產生沖擊而造成的磨損，而礦業的實際生產過程中，泵件則會同時承受上述兩種磨損，最終形成斜向磨損，該磨損會對泵件造成巨大的沖擊，導致泵件在運行過程中承受嚴重的磨損，因此礦井主排水泵的管理人員應注意在排水泵的運行過程中定期檢查，同時從運行模式和泵件材料上最大限度提升排水泵的性能，將磨損降到最低，延長排水泵的使用壽命。

1.2.4 研磨性磨損

上述磨損都可以通過提高泵件的韌性來減小磨損程度，可伴隨著泵件材質韌性的提升，泵件的硬度就會相應下降，一旦主排水泵的硬度下降，就容易產生研磨性磨損，硬質顆粒伴隨著排水泵的高速運轉與泵件表面產生摩擦力，對排水泵的表面零件產生各種磨損，久而久之會影響主排水泵的零件緊密程度和運轉流暢程度，也不利于礦井主排水泵的長期有效作業。

1.3 沖蝕磨損

礦井主排水泵的材質一般都是由金屬構成，在主排水泵的日常作業過程中，經過高速的旋轉和摩擦，會有程度較弱的電解池出現，雖然該電解池程度較弱，但“千里之堤，潰于蟻穴”，久而久之就會導致泵件表面出現點解現象，該現象一旦出現，就會在主排水泵的泵件表面形成一層薄薄的腐蝕層，日積月累，不僅會對泵件本身進行腐蝕，同時還會加重泵件的其他磨損程度，減少礦井主排水泵的使用壽命，甚至還會影響礦井工作的正常運轉。

2 礦井主排水泵在運行過程中的現存問題

2.1 礦井主排水泵富余揚程過大

礦井在選擇主排水泵時主要從兩方面入手，其一是確保主排水泵在日常運轉中保證礦井排水系統的穩定，根據礦井的實際情況，根據作業地質、排水管道口徑等因素進行主排水泵的選擇；其二是嚴格依據國家對礦井作業的相關規定，通過科學合理地方式選取主排水泵，選取過程中對排水泵的排水能力和數量進行合理規劃，確保其滿足日常工作的同時還能有額外替換的空間。因此在排水泵的設置過程中，依據礦井的最大用水量進行主排水泵的揚程設置，意味著主排水泵在運作過程中長期保持著具有一定富余揚程的運作狀態，這是礦井排水系統長期正常運作的主要保障之一。若讓大部分排水泵的富余揚程過大則會給礦井的電機作業帶來額外的負擔，增加了礦井作業成本的同時影響運行效率，同時也會導致排水口出水時出現大動壓，降低管網效率。

2.2 排水系統不匹配

由于礦井生產在我國具有悠久的歷史，因此大多數礦井作業時使用的排水系統僅僅是對過去的排水系統進行了簡單改造，而過去的排水系統受技術制約和自然環境影響，大多數出現了設計不符和現存礦井開采工作的現象，不僅排水管道路徑布設不合理，管口直徑也不能達到現存排水泵的排水需求。同時個別礦井的排水管道還存在轉彎過多、轉彎過急的現象，上述現象都會導致排水過程中排水泵加大水壓、加速運轉的現象，增加了主排水泵的運轉能耗，降低了排水泵的運行效率。

2.3 礦井主排水泵泵件材質低劣

當前市場中，各種排水泵質量參差不齊，從運轉性能到組成材料都良莠不齊，導致礦井的主排水泵在使用過程中更加容易出現質量問題，增加了礦井排水的運行成本。盡管近年來市場中的排水泵不斷進行升級換代，但新型材料在使用過程中依舊不能達到使人滿意的狀態，大多數主排水泵的材料耐腐蝕性較差，尤其是在排水過程中遇到汽蝕問題時，大多數排水泵都會出現表層剝離和葉輪剝落的現象，嚴重影響了主排水泵的排水量和揚程大小，極大程度上降低了礦井主排水泵的工作效率。

2.4 排放水質不達標

礦井作業過程中主排水泵所排放出的生產廢水內含大量化學元素，這些雜質會對主排水泵的日常運轉造成腐蝕或磨損，導致主排水泵的使用壽命降低，增加礦井排水作業的成本，通常不達標的水質分為以下四種。

2.4.1 水質偏硬

過硬的水質會導致排水過程中泄水間隙過小，增加了排水泵在排水過程中的磨損，影響工作效率的同時增加了排水泵出現故障的風險。

2.4.2 水內含過多煤砂

煤砂屬于硬質顆粒，會對泵件的表面產生碰撞和磨損，嚴重情況下還會導致排水泵組件變形甚至失靈，同時葉輪和葉片在長期沖刷下也會出現工作效率降低甚至不工作的現象。

2.4.3 排水管路積垢

由于傳統管道設計問題，傳統排水管道存在大量轉彎，在這些環形管道中，由于水質沉淀形成大量的污垢，久而久之污垢累積到一定程度，就會影響管道的排水口徑，尤其過去的排水管道在設計過程中就存在口徑較小的缺陷，如此一來，既降低了礦井排水效率，又容易導致排水水壓過高造成的管道破裂現象。

2.4.4 水倉淤積

除管道堵塞之外，部分礦井也容易出現水倉淤積的現象，水中過多的雜質極易堵塞水泵的流通管道，限制水泵的運行效率。尤其是部分礦井沒有為主排水泵設置相應的沉淀池，巨大的水流沖擊力裹挾著砂石和諸多雜質直接進入水倉，加速了排水泵泵件的磨損程度。過多的淤泥在吸水井處淤積還容易堵塞排水口，嚴重影響排水工作，對礦井安全產生巨大威脅。

2.5 無法做到水泵的及時檢修

為確保礦井工作安全，相關管理人員應當定期對礦井主排水泵進行檢查，在檢查過程中一旦發現排水泵性能不達標或泵件損壞，就要進行及時更換。但當前礦井管理人員對排水泵的檢修和更換并不及時，即使礦井管理部門下達了定期檢修的要求，相關工作人員也出于形式主義簡單檢查，并沒有做到對排水泵的徹底檢修，導致礦井主排水泵長期出于低效的運行狀態。

3 礦井主排水泵提高運行效率的有效措施

3.1 預留應急資金和應急措施

排水系統作為礦井生產作業過程中的安全保障，一旦因排水泵的罷工而出現癱瘓，不僅對礦井工作人員的生產造成安全隱患，還會對整個礦井作業產生巨大的影響。為應對礦井主排水泵在運行過程中由于長期磨損產生的突發狀況，礦井管理部門應制定合理的應急措施，預留相應的排水泵作為應急設備。同時管理部門也應加大對排水管道的清理工作，預留相應資金為無法及時更換的管道進行相對徹底的除垢工作，確保排水管道在日常工作中的排水量達標，以解決現實流速問題上升到降低礦井生產成本當中，切實提高礦井排水泵的運行效率。

3.2 采取多管并聯排水

過去老舊的排水管道大多存在排水路徑單一、排水管道口徑過小的問題，單線排水的管道一旦發生阻塞或淤積，就會嚴重影響排水工作的有序進行，對礦井的生產作業造成巨大的威脅，因此礦井管理部門在提升主排水泵性能的同時也要注重提升管道的排水性能。當前，多管并聯的方式能有效提升礦井排水的效率，一方面，多管并聯能最大程度避免因管道堵塞造成的排水效率降低問題，即便有一條管道出現了淤積，但其他管道也可以正常工作，絲毫不影響水流量；另一方面，多管并聯可以有效改善傳統排水管道細長、彎道多的弊端，有效降低管網阻力，從排水流量和排水路徑兩方面最大限度地提升礦井主排水泵的運行效率。

3.3 科學合理設置揚程

盡管為確保礦區排水系統的正常運轉需要對排水揚程進行最大化設計，但也不意味著礦井主排水泵的排水揚程的要一味擴大，為降低排水泵日常運營能耗，礦井管理部門應當結合礦井作業的實際情況和地質分析進行科學合理的計算，根據排水泵所需的揚程情況進行詳細地調整。

圖1 揚程曲線

對某礦主排水泵采用兩種測試方法進行測試比對。調節工況，采集了7 個工況點參數，折算到額定轉數下的揚程及兩種測試方法之間的誤差隨流量變化關系見表1 所示。

表1 揚程、誤差與流量關系

根據測試數據，若當前排水泵的富余揚程小于單級揚程，則可以通過規范操作適當去除部分輪葉，以達到縮小水輪直徑的目的；若通過計算得出主排水泵的富余揚程大于單級揚程，則可以通過精簡水泵輪數或水泵段數達到排水高度和揚程的統一。

3.4 對主排水泵進行及時的更新換代

科技飛速進步，各行各業的產品也在隨時更新換代，而礦井主也應順應時代潮流，對排水系統進行及時的更新換代。從主排水泵入手，礦井管理部門應及時淘汰性能相對陳舊落后的排水泵，將高效節能的主排水泵應用于自身的排水系統當中。同時通過對葉輪材質的長期使用實踐，積累排水泵不同材質的使用經驗，得出不銹鋼葉輪水泵效率高于傳統葉輪水泵效率的結論之后，及時引入相應材質的排水泵進行排水作業，延長礦井排水系統壽命的同時降低排水系統的運行成本，為礦井創造更多生產收益奠定堅實的基礎。

3.5 及時處理水倉淤積

為確保礦井排水系統中主排水泵的使用壽命得以有效延長，相關部門應及時重視排水過程中產生的水倉淤積現象，尤其是在排水系統中沒有設置沉淀池的礦井，更要重視對水倉淤積現象的日常巡檢，避免嚴重的淤積現象降低主排水泵的工作效率，為礦井的日常工作造成安全隱患。一方面，礦井管理部門應安排相關人員定期更換水倉入水口處的過濾篩，以防篦子在長期沖刷下孔洞變大導致水倉內混入大直徑硬質顆粒，影響主排水泵的排水性能；另一方面，沒有布設沉淀池的礦井立即增設相關設施，這可以極大減少水流中的雜質，同時降低了主排水泵的工作壓力，降低了硬質顆粒對主排水泵泵件的磨損程度，同時，沉淀池的處理可以借助先進的自動清理設備，相較于清理水倉更為簡便，清理時間也被大大縮短了，提升排水泵工作效率的同時降低了礦井工作的人力資源成本，提升了礦井創造生產收益的能力。

3.6 強化維修管理工作

傳統主排水泵在檢修過程中，需要人工監測，以防機械運行過程中出現故障造成安全生產問題，耗費大量人力物力，而將機電一體化技術融入到排水泵的監測中，就大大簡化了監測流程。機電一體化技術應用于安全生產監測工作后，其工作內容具體劃分為在線監控、自動報警和故障自診三部分，其中操作人員可以使用機電一體化系統當中的監控系統對于排水流程進行自動監控，一旦出現問題，監測系統就會對排水過程中出現的故障進行診斷，若故障不嚴重可進行自動修復；若故障較為棘手，機電一體化系統就會及時向操作人員發出警報，并且對故障位置進行精準定位，這簡化了人工檢查的步驟，也降低了礦井主排水泵對于人工檢查的依賴性。同時在排水泵工作環境中上安裝攝像頭對排水工作畫面進行監控，操作人員可以對監控畫面的觀察作出判斷是否需要調整機械作業狀態，及時在遠程監控的狀態下也能做到及時高效地進行排水作業，煤礦產業的生產流程得到大幅度簡化，而產業生產的效率也會隨之增高。

3.7 強化水溝維修管理

排水溝作為礦井排水系統的組成部分之一，對主排水泵的工作效率也起到顯著的影響，因此相關部門在日常工作中要強化水溝的維修管理工作，確保礦井排水過程中水溝能夠暢通無阻。同時主排水泵運行的動力來源是電力，礦井管理部門一定要對電力設施進行定期維護和檢修，為主排水泵的穩定運行奠定良好基礎，隨時隨地地進行高水位吸水，確保礦井生產安全。同時在日常用電高峰時期，降低排水水位，用電高峰結束后再降低吸水水位，便可以實現節能減排，有效節約電能，降低生產成本。

4 總結

排水系統作為礦井安全生產的基本保障之一，在我國的礦業生產過程中尤為重要，而提高排水系統中排水泵的運行效率在確保煤礦工程生產安全的同時提高了煤礦機械設備的使用效率，也讓現代科技和傳統煤礦產業完美融合，對我國礦井的安全生產發展有極其深遠的意義。在排水系統不斷發展完善的同時，相關技術人員也要不斷更新相關技術應用方案，創新排水泵在排水系統中的使用方式，擴大排水系統在礦井生產中的應用范圍，以實現我國礦業生產在節能減排道路上的可持續發展。