礦山排水節(jié)能技術(shù)與實(shí)踐

田志軍

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西太原030024；2.山西省晉城市人民政府，山西晉城030056；3.山西省晉煤集團(tuán)趙莊礦，山西晉城030056）

礦山排水節(jié)能技術(shù)與實(shí)踐

田志軍1,2,3

(1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西太原030024；2.山西省晉城市人民政府，山西晉城030056；3.山西省晉煤集團(tuán)趙莊礦，山西晉城030056）

闡述了礦山排水節(jié)能的意義和方法，指出了優(yōu)化礦山排、供水方案的節(jié)能作用；依據(jù)唐安煤礦主排水泵性能參數(shù)的測(cè)定計(jì)算，提出了以提高排水系統(tǒng)效率為主的各種排水節(jié)能措施，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，研究成果可在類似礦區(qū)推廣應(yīng)用。

礦山；排水；節(jié)能

1 排水節(jié)能意義

為保證井下采煤需要和安全生產(chǎn)，我國(guó)每年排出22億m3礦井水，相當(dāng)于100個(gè)十三陵水庫(kù)的蓄水量。其中，國(guó)有大中型煤礦每年排礦井水約14.4億m3，相當(dāng)于噸煤排放3m3礦井水。大水礦區(qū)噸煤排放的礦井水甚至高達(dá)10m3以上，例如：淄博礦區(qū)達(dá)13.9m3/t，峰峰礦區(qū)達(dá)17.8m3/t，焦作礦區(qū)達(dá)47.1m3/t。

礦山排水量大，水泵功率大，耗電量大，水源面廣層多，排水系統(tǒng)復(fù)雜，涌水量不均衡，變化量大，排水設(shè)備余量大，管路布置受巷道及井筒局限，往往增長(zhǎng)了管道長(zhǎng)度，限制了排水管徑，從而增大了管路阻力；礦井排水與礦區(qū)生活用水、生產(chǎn)用水存在一定替代利用關(guān)系[1]。上述諸多原因，為礦山排水節(jié)能提供了不少選擇和著力點(diǎn)。在節(jié)能降耗為企業(yè)法定艱巨任務(wù)的今天，研究和處理好礦山排水節(jié)能意義重大，具有巨大的技術(shù)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值[2]。

2 綜合排供水方案選擇

礦山給排水系統(tǒng)，一般有中央泵房排水系統(tǒng)、采區(qū)泵房排水系統(tǒng)、采面排水系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、生產(chǎn)用水系統(tǒng)、礦井水處理利用系統(tǒng)，如何將各個(gè)系統(tǒng)組建成一個(gè)合理的綜合排供水方案，必須綜合考慮保證安全原則、排水節(jié)能原則、分質(zhì)供水原則、分級(jí)排水原則、處理利用原則、排處配套原則等需要；其中，除保證安全原則外，其余幾個(gè)原則都與能源節(jié)約、資源節(jié)約存在一定相關(guān)關(guān)系。

唐安煤礦為落實(shí)排水節(jié)能，充分利用分質(zhì)供水、分級(jí)排水、礦井水處理利用、排處配套等措施，對(duì)唐安礦所有給排水系統(tǒng)進(jìn)行了綜合安排。唐安煤礦1.5Mt/ a技改工程中，新建了四盤區(qū)水泵房。按常規(guī)應(yīng)實(shí)行采面、盤區(qū)、礦井三級(jí)排水，根據(jù)節(jié)能原則和實(shí)際情況，實(shí)行了采區(qū)泵房和中央泵房分別向地面排水的并列二級(jí)排水布置：一則中央泵房接蓄的是已結(jié)束采區(qū)的涌水，無(wú)采煤影響、水質(zhì)好，勿需處理即可直接利用；若將受采煤影響的四盤區(qū)水排入中央泵房水倉(cāng)中，就增大了處理費(fèi)用及能耗。二則四盤區(qū)泵房標(biāo)高低、排水路徑長(zhǎng)；若將中央泵房水流入四盤區(qū)泵房集中外排，將增加排水電耗。故該布置方案收到了“既減少水處理消耗、又降低排水能耗”的雙重功能。

唐安煤礦還將原設(shè)計(jì)由風(fēng)井出口的布管改為由副井出口布管。風(fēng)井出口標(biāo)高比副井出口標(biāo)高要高出66 mm，且遠(yuǎn)離生產(chǎn)生活區(qū)。實(shí)施改動(dòng)方案，既減少排水揚(yáng)程、降低排水電耗，又方便礦井水處理利用。唐安煤礦還建了與排水配套的礦井水處理設(shè)施，將礦井水全部處理后，分質(zhì)利用于洗煤、制磚、井上井下消防防塵灑水、清潔綠化用水等，大量替代了價(jià)值昂貴的深層地下水使用量；深達(dá)400 m的深井泵只供礦區(qū)職工及附近村民的生活用水，從而節(jié)約了大量抽水能耗和優(yōu)質(zhì)水資源。優(yōu)化礦井綜合排水和供水方案是礦山給排水節(jié)能的首選措施，從中得到了巨大的節(jié)能效益。

3 主排水泵效率測(cè)定計(jì)算

盡力提高礦山主排水泵的系統(tǒng)效率，是礦山排水節(jié)能的又一重要措施。根據(jù)唐安煤礦主排水泵性能測(cè)定數(shù)據(jù)，可將主排水泵效率及損失揚(yáng)程等參數(shù)計(jì)算，列為表1。

表1 唐安煤礦主排水泵性能測(cè)試數(shù)據(jù)表

水泵系統(tǒng)效率是四大效率（容積效率、水力效率、機(jī)械效率和電機(jī)效率）的乘積。要提高水泵系統(tǒng)效率，必須分別提高以上四項(xiàng)效率。從表1看出：中央泵房1號(hào)泵，因使用時(shí)間較長(zhǎng)，泄漏量增大，摩擦力增大，且電機(jī)效率較低，使系統(tǒng)效率降低。四盤區(qū)泵房，因管路長(zhǎng)，彎頭多，使水力效率（管路效率）降低，系統(tǒng)效率也降低。

管路損失揚(yáng)程包括管道摩擦損失、管路進(jìn)出口

現(xiàn)以四盤區(qū)泵房管路系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，查表取250管路摩擦系數(shù)λ=0.015，算得管路內(nèi)水流速V= 1.39 m/s，套入公式λlV2/(2gb)為13.78 m。總管路損失揚(yáng)程33.5 m中，13.78 m為管路摩擦損失，剩余19.72 m為其它局部損失之和。計(jì)算可得局部損失系數(shù)為200，數(shù)額很大，可見管路局部損失對(duì)管路效率有著重要影響，應(yīng)該采取降低措施。

4 排水節(jié)能措施

分析前述水泵系統(tǒng)效率計(jì)算實(shí)例，還可找到相應(yīng)節(jié)能措施。

a.選擇高效節(jié)能設(shè)備。無(wú)論電機(jī)還是水泵，設(shè)備本身的技術(shù)先進(jìn)、效率高，對(duì)于系統(tǒng)的效率提高具有重要作用。

b.盡力選擇水泵工況點(diǎn)在高效率區(qū)域運(yùn)行。根據(jù)D155-30型水泵及MD280-43型水泵性能曲線圖，最高效率點(diǎn)都在約80%附近。唐安煤礦主排水泵實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)效率分別只有66.2%、74%、71%，說(shuō)明選型不合理，今后在設(shè)備更新時(shí)，應(yīng)該注意調(diào)整選型；其中所選電機(jī)功率亦過(guò)大，呈現(xiàn)大馬拉小車運(yùn)行，對(duì)節(jié)能不利，也需適當(dāng)調(diào)整選型。

c.定期檢修設(shè)備，提高設(shè)備效率。水泵的機(jī)械效率與液體與水輪表面的摩擦損失、水泵軸承摩擦損失相關(guān)；水泵的容積效率與葉輪與殼體間隙增大，回流增大，以及軸封等泄漏損失相關(guān)。所以按時(shí)檢修設(shè)備，更換磨損配件，降低摩擦和泄漏，也是提高水泵效率的必須做法。對(duì)于中央水泵房1號(hào)泵，因使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，檢修不及時(shí)而效率大降，就以得出教訓(xùn)警示。

d.重視管路安裝維護(hù)，提高管路效率。合理選擇管路截面積和流速，選購(gòu)內(nèi)表面光滑的管道，從而降低管道摩擦損失；合理布置管道走向，盡力減少?gòu)濐^數(shù)量、角度，采用光滑的適當(dāng)彎曲半徑的機(jī)制彎頭或漸變?nèi)ǎ苊馐褂弥庑螐濐^或直角三通，將進(jìn)出水口做成喇叭口，保證管路接頭的光滑度和密封性，加強(qiáng)管路支撐，避免排水內(nèi)力振動(dòng)；以上措施都有利于降低管路局部阻力。唐安煤礦四盤區(qū)泵房排水管路安裝時(shí)，均遵循了以上要求，管路局部阻力系數(shù)高達(dá)200，局部阻力損失揚(yáng)程達(dá)19.72 m。可見管路安裝維護(hù)要求不可小覷；否則，局部阻力還會(huì)數(shù)倍增加，更將大大降低系統(tǒng)效率。

e.注意水泵運(yùn)行管理，降低運(yùn)行損耗及故障。避免水泵在閘門開啟不全狀態(tài)下運(yùn)行或用閘門來(lái)調(diào)節(jié)流量。以150閘閥為例：當(dāng)全部開啟時(shí)，ζ值為0.145，半開啟時(shí)，ζ值為2.64，是全開時(shí)的18倍，1/4開啟時(shí)，ζ值為17.1，是全開時(shí)的118倍，開啟不全，局部阻力大增。再者，盡量減少水泵并聯(lián)運(yùn)行，尤其是單管并聯(lián)運(yùn)行，會(huì)令阻力大增；避免水泵放氣不徹底或吸程過(guò)大運(yùn)行，以防止水泵產(chǎn)生汽蝕、喘振等故障，降低排水效率；注意水泵避峰運(yùn)行，以降低電費(fèi)，水泵功率大，避峰運(yùn)行效果佳。

f.注意地表水防治，避免礦井水排水量增大。由采空區(qū)所造成的地表裂縫、沉陷等應(yīng)及時(shí)填塞處理。應(yīng)避免水庫(kù)河流滲漏及洪水灌井等故障，從而避免礦井排水量增大，排水電耗增大。

g.建立健全和嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)水管理制度，降低水資源消耗。提高職工及村民節(jié)水節(jié)能意識(shí)，建立用水分配、使用、計(jì)量、考核、獎(jiǎng)罰制度，建立洗煤水循環(huán)利用制度，盡力降低水資源消耗。唐安煤礦生活用水井深達(dá)400 m，噸水電耗近2度，再加上水資源費(fèi)每噸1元～2元，噸水成本為2元～3元，節(jié)水效益相當(dāng)巨大，社會(huì)意義的相當(dāng)重要。經(jīng)過(guò)以上制度落實(shí)，唐安煤礦水資源消耗呈良性下降趨勢(shì)，出現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能、職工節(jié)錢（水費(fèi)）的雙贏局面。

5 結(jié)束語(yǔ)

為保證社會(huì)及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)能降耗成為時(shí)代重要課題，礦山排水節(jié)能方法多、效益顯著，企業(yè)必須十分重視。要從設(shè)計(jì)決策上優(yōu)化企業(yè)綜合排水、供水方案，取得戰(zhàn)略性節(jié)能效果；要從技術(shù)措施上提高各排水系統(tǒng)效率，提高礦井水處理利用率，提高水循環(huán)利用次數(shù)；要從管理措施上減少設(shè)備運(yùn)行浪費(fèi)，減少水資源浪費(fèi)。煤礦從安全出發(fā)，選擇水泵能力余量時(shí)常過(guò)大，造成了電機(jī)大馬拉小車、水泵在低效區(qū)運(yùn)行的情況，對(duì)于節(jié)能十分不利，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)選型重視，擇機(jī)適當(dāng)調(diào)整。

[1]周乃榮，閻百生．礦山固定設(shè)備技術(shù)測(cè)定[M]．煤炭工業(yè)出版社，1980．

[2]葉青．神東現(xiàn)代化礦區(qū)建設(shè)與生產(chǎn)技術(shù)[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2002．

[3]李甲亮，姜軍，王亞博．煤礦礦井水資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)[J]．能源環(huán)境保護(hù)，2004（2）：20-22．

[3]鄭洽余，魯鐘琪．流體力學(xué)[M]．北京．機(jī)械工業(yè)出版社，1986．

[4]楊淑平．淺談礦井排水設(shè)備的效率和節(jié)能[J]．中州煤炭，2004（2）：20-22．

Energy-conservation Technique in Mining Pumping

TIAN Zhi-jun1,2,3
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.The goverment of Jincheng City,Jincheng Shanxi 030056;3.Zhao zhuang Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi 030056,China)

This paper elaborated the energy co nservation significance and the method in mine pumping,pointed out energy conservation function with optimized water pumping and water supply,and through the host drainage pump performance computation in Tangan mine,elaborated the energy conservation measure of drainage system.

mine;water draining;energy conservation

book=60,ebook=1

TD744

A

編輯：劉新光

1672-5050（2010）01-0060-03

2009-11-20

田志軍（1978—），男，山西高平人，在讀工程碩士研究生，高級(jí)工程師，從事國(guó)有企業(yè)管理工作。