大型礦用潛水泵在布沼壩露天煤礦防洪排水系統中的應用

蔣海江，彭樹梁，張 記，陳 旭

（云南省小龍潭礦務局，云南 開遠 661699）

云南小龍潭礦務局布沼壩露天礦是一個地處山間盆地的深凹型露天煤礦，露天礦所在地區具有雨季長、強降雨極端天氣多的特點。連續性強降雨天氣時有發生，歷史上就曾幾次出現坑內匯入水量遠超排水系統能力以致洪水進入泵房，險些造成事故。布沼壩露天礦過去采用固定水泵房構成的防洪排水系統，這種排水系統存在嚴重的安全隱患，即當遭遇長時間連續強降雨或意外原因導致礦坑內匯水量大大超過系統排水能力時，固定水泵房一旦被淹將導致系統完全喪失排水能力，造成重大的財產損失[1-3]。

為提高露天煤礦排水系統的抗洪能力與可靠性，確保礦坑安全，必須考慮構建不懼水淹的高可靠性防洪排水系統。經不斷考察調研及多次論證，提出了采用大型礦用潛水泵構建排水系統以確保礦坑防洪排水系統可靠運行的方案，并在布沼壩露天煤礦+950 m 水平降段工程中得以圓滿實施。

1 固定水泵房排水系統的主要缺陷

固定水泵房排水系統一般是在坑內最低位置建造水泵房及儲水池，安裝若干臺相應排水能力的水泵及排水管道，構成防洪排水系統，這種排水系統存在著嚴重的安全隱患，以布沼壩露天礦+963 m 水平固定泵排水系統為例進行分析。

1.1 系統可靠性不高

固定水泵房構成的排水系統結構復雜、涉及環節多，除電控系統外還必須裝設抽空泵、抽空管路、軸承冷卻管路等輔助系統，開停泵操控繁瑣，故障點自然增多。

1）除通常的水泵、電機及電控系統故障外，突出的問題是冷卻系統斷水燒損軸承、盤根磨損及相關閥件漏氣、真空泵損壞等以致水泵無法抽水。

2）維修保養中易出現水泵-電機間對中不良、基礎沉降變形松動等引起震動故障，操作運行不慎出現嚴重汽蝕損傷水泵。

3）當遭遇長時間連續強降雨或意外原因導致礦坑內的匯水量超過其總排水能力時，固定水泵房一旦被淹將導致系統完全喪失排水能力，造成嚴重的安全事故。

1.2 操控運行與維護修理環節多

1）水泵啟動前須檢查調整相關輔助系統。首先要調整更換密封填料，既要確保系統不漏氣，又要防止密封填料填得過多；其次水泵運行中因工況調整不當，如超排量排水、水位控制不及時以致水位過低等造成水泵產生嚴重汽蝕甚至損壞[4]。

2）為確保雨季防洪主排水設備的可靠性，每年雨季前都必須將設備拆除吊運至車間進行大修，更換因軸向力問題及汽蝕問題引起的葉輪、導葉、平衡盤、軸套等損傷的配件，并對高壓電機檢測保養。每次吊裝設備都必須拆卸泵房屋頂等較多輔助準備工作，在拆卸、安裝屋頂的彩鋼瓦過程中不僅存在人員高空滑落的危險，而且泵房屋頂經多次拆裝后變形嚴重，以致出現屋頂漏雨問題。

1.3 經濟性環保性不佳

1）隨著開采深度的不斷降深，一般3～5 年就需要新建水泵房及相關附屬設施，同時還需浪費大量人力財力拆除原水泵房相關基建設施。

2）泵房內大型水泵運行過程中噪聲大、溫度高，工作環境惡劣。人員每次進入泵房巡檢設備都必須嚴格佩戴耳塞且不能長時間滯留在泵房內。

3）為確保泵房設備的安全，雨季期間必須隨時把水位控制在最低位置，難以實現電力錯峰運行，水泵經常運行于用電高峰，峰值電費較高。

2 大型礦用潛水泵排水系統的優勢

大型礦用潛水泵構成的防洪排水系統有以下突出優勢：

1）儲水能力增加。泵體常年浸入水中，電控裝置可安裝在高于水泵數十米的地方，不怕水淹、不需在坑底建蓋水泵房及設備基礎，可加大坑底儲水容量。

2）系統穩定可靠。水泵本身就在水中，即便匯入礦坑內的水量遠大于排水總能力，造成少部分工作面被淹，但所配置的水泵仍能正常排水，排水能力不受影響。

3）操作便捷。系統構成簡單，無需抽空、軸承冷卻等輔機系統及設備，操作運行簡單，只需操作起動、停泵按鈕，易實現無人值守的自動控制改造。

4）維修保養方便。水泵、電機為一體化設備，不存在水泵－電機間對中調整困難問題；水泵本身置于水中，產生汽蝕的可能小，且其為雙吸式結構，軸向推力自動平衡，葉輪、導葉等零件不易損傷，一般3年內僅需作一些常規性的檢查保養，無需整機解體維修。

5）經濟環保性好。水泵安裝簡單方式靈活，無需建造泵房及設備基礎，其電控設施安裝在可移動電控室內，當再次降段時根據需要遷移即可，避免重復基建投入；易實現電力錯峰運行，一般情況下不在用電高峰期排水，可在夜間用電低谷時排水，以降低電費成本；水泵運行平衡、無震動、且在水池內，基本聽不到運行噪聲。

3 布沼壩露天礦大型礦用潛水泵防洪排水系統

大型礦用潛水泵排水系統與傳統固定水泵房排水系統相比，除同樣需要配置排水管道與電控裝置外，最大的區別就是必須選用結構先進、保護功能齊全、性能穩定、質量可靠的潛水泵及不怕水淹的相關控制閥，同時還要綜合考慮以下方面。

1）潛水泵與排水管道。①水泵及管路參數需根據水文地質及歷史氣象資料，按防洪排水系統設計規范要求及潛水泵不怕水淹的特點合理設計相應的排水管路、潛水泵、控制閥件等規格數量與相關參數；②選用臥式安裝的潛水泵，用以在雨季期間盡量壓低儲水池水位，增強抗洪儲水能力；③露天煤礦多為偏酸性水質，應選用結構先進、零配件材質耐磨、抗酸防腐性好、監控保護設施齊全、質量可靠的產品，一般應采用雙吸式泵體結構，不銹鋼材質葉輪、水潤滑型新型FB102 復合材料軸承、充水型潛水電動機，潛水電動機需配置缺水、繞組溫度監測保護。

2）電控系統。為減小大型潛水泵起動時對供電系統的沖擊，確保供電系統的可靠運行，一般需加裝可自動調整的、啟動性能優越、對電網及通訊網絡無諧波干擾的高可靠軟啟動裝置，除常規的保護外需同時設置具有充水式潛水電機缺水、繞組溫度監測、及儲水池水位過高過低報警等潛水泵綜合保護裝置及高壓動態絕緣監測裝置。

3）控制閥。為充分發揮潛水泵排水系統不怕水淹的特點，控制閥不應再選擇傳統的電動閘閥，應選用無需電源的具有緩開緩閉止回閥、閘閥、防水錘等功能的污水型多功能液力自控閥。

4 大型礦用潛水泵防洪排水系統的實施效果

4.1 排水系統主要設備設施

通過設計與論證[5]，布沼壩露天礦+950 m 水平降段工程的主排水系統由2 臺排水量1 100 m3/h，揚程255 m、電機功率1 200 kW、電壓6 kV 的BQ1100-255/3-1200/WS 礦用潛水泵[6]及DN620 專用排水管道并配以BFDZ703H-40C 污水型多功能液力自控閥構成。其電控裝置安裝于+975 m 水平，配置2 面具有電機缺水、繞組溫度監測、儲水池水位報警、絕緣監測功能的RYZQ 高壓干式調壓軟啟動柜[7]。主排水系統擔負雨季期間將礦坑內的水從+944 m 水平排到+1 090 m 的防洪溝的排水任務。干旱季節期間，主排水泵停止向坑外排水，另配置2 臺排水量725 m3/h，揚程53 m、電機功率160 kW、電壓380 V 的BQ725-53/2-160/WS 礦用潛水泵用于旱季時將+944 m 水平的水排到繼續留用的+963 m水平固定水泵排水系統的儲水池內，以確保旱季防塵滅火用水的需要。

4.2 系統實施效果

設備安裝裝調試完成后，經實際運行及相關參數測試證明潛水泵防洪排水系統性能優越。

系統設備運行穩定、噪聲低；操控簡單不需抽排空氣，只需操控啟動、停機按鈕即可完成操作；無抽空系統不存在系統漏氣無法排水問題，同時，多功能液力控制閥的緩閉功能有效消除了意外停電致使系統產生水錘的問題；電控系統高于潛水泵近31 m，具有較高的抗洪可靠性；與固定水泵相比其運行效率更高，有明顯的節能優勢；維護工作量小，一般每3 年才需將水泵吊出水面進行檢查更換相關的易損件；加裝相關傳感器[8]及監控系統后可實現排水系統的無人值守運行，以節省人力資源的投入；無需建蓋水泵房及設備基礎，節省了基建投資。

5 結語

潛水泵排水系統比傳統的固定水泵排水系統相比有著諸多優勢，能較大地提高露天礦的防洪排水能力及可靠性，較好保障了露天礦山的安全生產。潛水泵排水系統在露天礦山推廣應用時，還需積極推進智能控制系統以實現無人值守自動運行。