淺析礦井主排水泵的監控及檢驗技術

莫慶軍

（1.長沙礦山研究院有限責任公司檢測中心，湖南 長沙 410000；2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室，湖南 長沙 410000）

根據規程規定，水泵房應配備至少一臺工作水泵、一臺備用水泵及一臺檢修水泵。工作水泵的能力，應當能在20h內排出礦井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。備用水泵的能力，應當不小于工作水泵能力的70%。檢修水泵的能力，應當不小于工作水泵能力的25%。工作和備用水泵的總能力，應當能在20h內排出礦井24h的最大涌水量。排水管路應當有工作和備用水管。工作排水管路的能力，應當能配合工作水泵在20h內排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用排水管路的總能力，應當能配合工作和備用水泵在20h內排出礦井24h的最大涌水量。配電設備的能力應當與工作、備用和檢修水泵的能力相匹配，能夠保證全部水泵同時運轉。華亭礦井中央水泵房工作泵、備用泵和檢修泵各一臺，型號為MD280-65×10，配套電機功率為800kW。

1 主排水泵主要部件監控

（1）啟動時排空監控。啟動主排水泵必須保證泵體內部真空度，常見采用射流泵或真空泵排除泵體內部多余空氣。監控設備有真空傳感器、壓力監控儀表等。

（2）排水通道監控。排水通道監控主要指得是對主閥閉合調節的監控。按照水泵操作規程、或調整排水通道及防止水錘事故的發生，必須進行主閥的開啟或關閉。因此，主閥開閉狀態要監控，以確保排水通道可靠運行。

（3）水倉水位高低監控。水倉相對是一個密閉空間，要做到水位高低時能自動發出開機或停機信號或傳出水位實際高度，至少保證值班人員知道水倉時時水位。監控設備有液位傳感器等。

（4）運轉時常態監控。常見有主軸溫度監控、水泵運轉振動監控、排水管流量監控、水泵入出口壓力監控、電壓電流監控等。以上環節的監控數據及工作狀態均可在操作臺時時監控顯示，通過PLC傳輸地面機房計算機分析處理形成曲線或表格供管理人員做出正確判斷，向井下可編輯控制器發出命令。

（5）電動機是主排水泵的心臟，水泵電機常見有欠壓、過流、短路等故障。由中央變電所控制的高壓開關柜的綜合保護器實現。電動機的自動控制由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，它是自動化控制的真心環節。

（6）水泵出入口壓力監控。對水泵吸水端真空壓力及排水壓力要進行監控。常見有吸入口安裝真空壓力表，經水泵運轉之后在排水管合適處安裝壓力表，并采集數據匯集計算機。

以上監控所采集的數據集成一個動態運行狀態，如下圖1、2所示。

圖1 監控數據采集系統

2 主排水泵的檢測技術

2.1 排水泵運行工況點的效率

水泵工況是指水泵運行時，實際出水量 Q、揚程H、軸功率N、效率 n 等，把這些值繪在揚程曲線、功率曲線、效率曲線上，就成為一個具體的點，因為水泵是與管路相聯的，所以它要受管路的制約。水泵的特性曲線與管路的特性曲線的相交點，就是水泵的工作點,又叫做工況點。水泵工況點反映了水泵瞬時的工作狀況。一般閥門開度對應額定揚程時，是最佳工況點。如圖3所示在流量在65m3/h時，即BeP與BHP曲線交點時就是該泵的最佳工況點。檢驗要求水泵的運行工況點應在工業利用區內，即工況點的效率不小于額定效率的85%。

圖2 排水泵運行系統狀態

圖3 水泵運行工況點效率對比

2.2 運行工況下電機功耗

水泵在運行工況下，應不超過電動機的容量。檢測時需要用功率表進行實踐測量電機運行功率。檢測電機功耗其中要注意檢測電機的實際電流值，要求低于電機的額定電流值。

2.3 排水系統的噸水百米電耗

排水系統的噸水百米電耗應低于0.5kW?h/(t?hm)。檢測涉及參數有水泵的吸水高度、排水高度、管路效率、排水系統效率、泵的效率等，此參數反映出水泵運行做功情況及耗電成本。

2.4 水泵的振動

要求運行工況下不允許振動超標。泵的振動級別分為A、B、C、D四級，D級不合格。檢測涉及參數有排水泵的真心高、近電機端及遠電機端的振動數值、泵的額定轉速、泵的分類等。振動參數是水泵檢測的重要參數，是判斷水泵是否合格的否決項目，現場檢測使用測振儀進行近水泵主軸端三向測量。引起振動大的原因有很多，如基礎不牢固、轉子不平衡等，發現振動異常時要及時停機進行處理。

2.5 水泵噪聲

在運行工況下，水泵房的噪聲不得超過90dB（A）。檢測測點的布置按照JB/T8098-1999要求布置，取八個測點，每個測點測3次取平均值。檢測時使用噪聲計進行測量。

2.6 起動時間

單臺水泵的起動時間不大于5min。用秒表記錄起動排空上水的時間，測量三次取最大值。啟動時間的多少側面也反應出水泵啟動排空氣效果。

2.7 水泵流量

水泵的流量大小反映了水泵實際做功情況，是檢測水泵性能的一個很重要參數。檢測時要測量真空表、壓力表的高度及壓力值，泵吸水管、排水管、測量流量處排水管的周長、壁厚等參數。檢測方法參照《水泵流量的測定方法(GB/T 3214-2007)》，可采用手持式智能流量計進行檢測。

2.8 排水泵性能曲線

在使用現場的實際轉速下，調節水泵的工況點，檢驗排水泵性能，并繪制排水泵性能曲線圖。流量調節方式：試驗應從電動機輸入電流最小的工況開始調節流量，逐漸調整到最大流量點或最小流量點。調整過程中，應監測電動機輸入電流。試驗工況點：試驗工況點的數量不少于5個，盡可能均勻分布在整個性能曲線上。試驗結果按額定轉速的換算，按GB/T3216規定的換算方法換算。性能曲線圖：繪制的性能曲線應當是換算到額定轉速時的性能曲線。曲線圖以橫坐標軸表示流量Q，縱坐標軸分別表示揚程H、軸功率Pa和效率η。參照GB/T3216中“泵性能曲線圖”，根據測定與計算得出的數據繪制曲線，曲線應平滑。

通過對甘肅華亭市華亭礦井中央水泵房主排水泵的檢測工作，對比了現場監控措施與檢測技術，可以發現監控措施和檢測技術本質上作用一樣的，監控措施是企業對主排水泵關鍵部件或運行參數實行日常性信息化可視化監控與管理，檢測技術是從設備運行狀態按照標準要求進行結果性判斷性的校驗。從檢測結果與現場監控集成數據對比分析，兩者相輔相成，相互驗證，對生產標準化一類礦井具有一定的指導和借鑒作用。