礦用潛水泵運(yùn)輸裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

武 杰

（大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西忻州 036702）

0 引言

受煤層傾角、地質(zhì)構(gòu)造等影響，巷道在掘進(jìn)過程中底板起伏不平，出現(xiàn)低洼現(xiàn)象，巷道在掘進(jìn)過程中鉆孔水、采空區(qū)積水、噴霧灑水等積水在巷道低洼處積聚，且積聚處富含大量煤泥，采用傳統(tǒng)水泵直接排水時(shí)很容易造成煤泥、異物對(duì)水泵堵塞［1］，影響水泵排水效率，而且容易造成水泵損壞，增加設(shè)備維修成本費(fèi)用。本文以某煤礦2104巷為例，針對(duì)巷道低洼處排水，對(duì)礦用水泵設(shè)計(jì)了一套運(yùn)輸裝置，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行合理分析。

某煤礦2104巷位于井田11采區(qū)，巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1 300 m，巷道設(shè)計(jì)斷面規(guī)格為4.5 m×3.5 m （寬×高），巷道掘進(jìn)煤層為2#煤層，平均厚度為5.8 m，平均傾角為8°，施工巷道沿2#煤層底板掘進(jìn)，截止目前巷道已掘進(jìn)1 200 m。

2104巷掘進(jìn)至350 m、580 m、1 110 m處分別揭露一條正斷層，斷層平均落差為1.1 m，平均傾角為57°，受煤層傾角及斷層影響，巷道在350 m、580 m、1 110 m處分別形成低洼處，低洼長(zhǎng)度為27 m，最大深處為1.5 m。

1 巷道掘進(jìn)中排水現(xiàn)狀及問題分析

1.1 巷道掘進(jìn)中排水現(xiàn)狀

由于2104巷在掘進(jìn)過程中鉆孔施工水、噴霧灑水等積水影響，巷道在掘進(jìn)過程中產(chǎn)生大量積水，且巷道內(nèi)積水向低洼處聚集，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在580 m處積水深度達(dá)0.7 m，積水區(qū)內(nèi)煤泥深度達(dá)0.4 m，降低了巷道質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化，嚴(yán)重影響巷道設(shè)備、行人安全［2］。

1.2 排水措施

2104巷掘進(jìn)期間對(duì)積水區(qū)主要采用潛水泵進(jìn)行積水區(qū)排水，潛水泵功率為5 kW，每班安排3名排水工將潛水泵分別移至低洼處進(jìn)行排水；當(dāng)?shù)?處低洼積水區(qū)排水完成后，排水工抬運(yùn)水泵至第2處積水繼續(xù)排水，直至3處積水區(qū)全部排水完成。

1.3 問題分析

（1）勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大。每天需對(duì)巷道3處低洼處進(jìn)行排水，水泵運(yùn)輸間距達(dá)800 m，且需人工抬運(yùn)，從而造成人工勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大，勞動(dòng)成本高，排水效率低［3］；而且巷道內(nèi)機(jī)械設(shè)備數(shù)量多，人工抬運(yùn)水泵時(shí)行走難度大，不利于排水施工安全。

（2）設(shè)備損壞嚴(yán)重。傳統(tǒng)排水時(shí)將潛水泵直接放入積水區(qū)內(nèi)進(jìn)行排水，由于積水區(qū)內(nèi)煤泥及雜物多，在排水過程中會(huì)造成煤泥及雜物吸入水泵內(nèi)，導(dǎo)致水泵卡塞現(xiàn)象嚴(yán)重［4］，甚至造成水泵燒毀事故發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，巷道掘進(jìn)前期排水過程中，共計(jì)燒毀水泵4臺(tái)，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)46萬元。

2 潛水泵移動(dòng)裝置組成及工作原理

2.1 潛水泵移動(dòng)裝置組成

潛水泵移動(dòng)裝置主要由底座、車架、車輪、方柱、過濾箱、絲杠、卡扣、抱箍等組成，如圖1所示。絲杠按照用途分為車輛緊固絲杠、底座及過濾箱調(diào)節(jié)絲杠3種。

車輛底座主要由長(zhǎng)度為1.2 m，寬度為0.5 m，厚度為5 mm鋼板焊制而成，在底座上均勻焊制若干個(gè)直徑為8 mm圓孔，從而提高潛水泵吸水效果。過濾箱主要對(duì)積水區(qū)煤泥、雜物進(jìn)行過濾，過濾箱內(nèi)安裝了3層過濾棉，過濾箱調(diào)節(jié)絲杠能夠?qū)撍靡苿?dòng)裝置上過濾箱的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。車輛底座絲杠能夠調(diào)節(jié)潛水泵移動(dòng)裝置高度使其在不同深度的積水區(qū)使用，共計(jì)4根，調(diào)高絲杠分別安裝在底座4個(gè)角處，絲杠最大調(diào)高高度為0.5 m。緊固絲杠共計(jì)4根，通過卡扣分別固定在光軸上，當(dāng)潛水泵調(diào)高、整平完成后，及時(shí)通過絲杠進(jìn)行固定，防止?jié)撍脙A倒。

圖1 礦井排水潛水泵移動(dòng)裝置斷面示意圖

2.2 潛水泵移動(dòng)裝置工作原理

潛水泵移動(dòng)裝置在正常使用時(shí)，工作人員首先要在過濾箱內(nèi)安裝潛水泵，潛水泵安裝完畢后通過調(diào)節(jié)圓套來設(shè)定潛水泵的高度，待潛水泵的高度設(shè)定完成后再調(diào)節(jié)4根緊固絲杠，使?jié)撍霉潭ɡ喂蹋?］。當(dāng)完成潛水泵的固定工作后，工作人員要繼續(xù)通過調(diào)節(jié)兩端對(duì)稱絲杠設(shè)定過濾箱高度，過濾箱高度要保證與底板距離大于15 cm，防止過濾箱與移動(dòng)裝置底板發(fā)生碰撞。當(dāng)完成過濾箱的固定工作后，工作人員將潛水泵移動(dòng)裝置移動(dòng)到排水區(qū)域，為了保證移動(dòng)裝置供電安全，排水區(qū)域的水深必須保證不得淹沒潛水泵的電纜及喇叭嘴。

為了保證潛水泵能夠起到較好的排水效果，當(dāng)潛水泵移動(dòng)裝置移動(dòng)到排水區(qū)域后，工作人員通過調(diào)節(jié)兩端對(duì)稱絲杠，將過濾箱高度調(diào)整到距底板大于3 cm之后，再繼續(xù)排水工作。當(dāng)潛水泵移動(dòng)裝置在坡度較大的運(yùn)輸巷道進(jìn)行排水時(shí)，工作人員要隨時(shí)觀察潛水泵區(qū)域的水深，當(dāng)排水區(qū)域內(nèi)的水深高度降到潛水泵底座高度后，工作人員方可繼續(xù)移動(dòng)潛水泵移動(dòng)裝置進(jìn)行排水。當(dāng)潛水泵移動(dòng)裝置在巷道坡度較大的積水區(qū)進(jìn)行排水時(shí)，為了防止移動(dòng)裝置在坡度較大巷道發(fā)生側(cè)翻事故，工作人員要隨時(shí)對(duì)車輛底座絲杠進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保車輛底座始終處于水平狀態(tài)。

完成排水作業(yè)后，工作人員要及時(shí)將移動(dòng)裝置從積水區(qū)域撤出，然后調(diào)節(jié)移動(dòng)裝置兩側(cè)的絲杠，確保車輪軸的高度與濾箱底部平行，最后將絲杠調(diào)整到最初的高度，完成整個(gè)排水作業(yè)。

3 優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益

3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）潛水泵移動(dòng)裝置使用的材料為工字鋼，該材料價(jià)格較低、焊接方便、重復(fù)使用性強(qiáng)，能夠降低潛水泵移動(dòng)裝置的價(jià)格。

（2）潛水泵移動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠便捷地在車間進(jìn)行組裝，故障率低，整套裝置成本費(fèi)用為0.12萬元，成本費(fèi)用低；而且該裝置可用于采掘工作面復(fù)雜地點(diǎn)中，實(shí)用性強(qiáng)［6］。

（3）在排水之前，施工人員能夠首先根據(jù)積水區(qū)域的深度進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后再將車輛推移至排水區(qū)域，與傳統(tǒng)直接排水相比，減少了煤泥、雜物對(duì)水泵損壞，提高了水泵使用壽命。

（4）當(dāng)?shù)谝惶幏e水區(qū)排水完成后，施工人員可直接推移該裝置至另一處積水區(qū)，在移動(dòng)過程中僅需1人即可，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度及成本費(fèi)用，避免了以往排水人員工作強(qiáng)度大，以及電纜、喇叭嘴進(jìn)水的難題［7］。

3.2 缺點(diǎn)

該裝置在實(shí)際使用中還存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）受積水區(qū)煤泥影響，裝置過濾箱需定期進(jìn)行清理并更換過濾棉；（2）由于水泵在排水過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)［8］，長(zhǎng)期振動(dòng)影響會(huì)造成底座出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

2019年4月該煤礦對(duì)2104巷投入使用潛水泵移動(dòng)裝置，截止2019年10月，通過6個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，該裝置投入使用后可使水泵排水效率提高至3倍以上，大大提高排水效率；在使用過程中未發(fā)生因水泵卡塞造成水泵燒毀的事故，降低設(shè)備維修成本費(fèi)用達(dá)40余萬元；同時(shí)采用該裝置后2104巷排水僅需1人即可，不僅降低了水泵安裝、移動(dòng)作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，而且降低了水泵移動(dòng)時(shí)的故障率，保證了水泵安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)2104巷掘進(jìn)期間積水區(qū)排水效率低、水泵故障率高、水泵移動(dòng)難度大等技術(shù)難題，設(shè)計(jì)了一套潛水泵移動(dòng)裝置，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置大大提高了積水區(qū)排水效率，降低了排水時(shí)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提高了礦用潛水泵使用壽命。