沁裕煤礦排水系統(tǒng)聯(lián)合試驗(yàn)的技術(shù)測(cè)定

霍 猛

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048200）

在我國(guó)煤炭資源的開(kāi)采中，井工礦井的開(kāi)采量占到總量的90%以上，而企業(yè)在進(jìn)行井下作業(yè)時(shí)，水、火、瓦斯、煤塵以及頂?shù)装暹@五大災(zāi)害制約著煤礦的安全生產(chǎn)[1]。其中，礦井水災(zāi)又被叫做透水事故，這是由于煤礦在生產(chǎn)建設(shè)時(shí)期，井田周?chē)鷷?huì)有江河水庫(kù)等水域，并且地層中還有大量地下水源，從而威脅著井下安全[2]。

如果礦井排水設(shè)備老化、排水量不能滿(mǎn)足排水要求時(shí)，便會(huì)為透水事故埋下隱患。當(dāng)發(fā)生透水淹沒(méi)巷道時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤礦無(wú)法正常生產(chǎn)，影響煤礦采掘計(jì)劃，嚴(yán)重的還會(huì)造成機(jī)電設(shè)備浸水、燒壞電路等經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失，甚至威脅井下作業(yè)人員的生命安全。

因此，礦井需要定期做水泵聯(lián)合排水試驗(yàn)以檢驗(yàn)排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與設(shè)備的安全性，確保礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

1 國(guó)內(nèi)外排水系統(tǒng)及研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外排水系統(tǒng)

在礦井水災(zāi)防治方面，國(guó)外的井工礦排水系統(tǒng)較為領(lǐng)先，為礦山安全領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。俄羅斯國(guó)立莫斯科開(kāi)放大學(xué)的波波夫教授等人成功將雙電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到了礦井高揚(yáng)程水泵中[3]，并將3000kW異步電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)全電壓起動(dòng)系統(tǒng)，由此帶來(lái)了排水系統(tǒng)高效的實(shí)用性。芬蘭基于智慧礦山系統(tǒng)，在井下排水系統(tǒng)的故障診斷、排水控制、安全保護(hù)等方面實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化控制，并對(duì)水泵的能耗算法進(jìn)行了優(yōu)化，極大地提高了排水系統(tǒng)在使用中的便利條件[4-5]。

1.2 國(guó)內(nèi)排水系統(tǒng)

目前，我國(guó)大多數(shù)礦井仍依靠使用起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，但也有不少礦井通過(guò)投入新技術(shù)、新設(shè)備，在礦山的排水系統(tǒng)中使用自動(dòng)化技術(shù)來(lái)進(jìn)行控制。潞安集團(tuán)的五陽(yáng)煤礦通過(guò)改變射流泵的工作方式，引入液氣雙高壓流體介質(zhì)來(lái)進(jìn)行射流裝置的供給，可以顯著提高水泵工作時(shí)的安全性[6]；國(guó)家能源集團(tuán)的平溝煤礦提出采用最新灰色預(yù)測(cè)模糊PID模型對(duì)無(wú)底閥水泵進(jìn)行自動(dòng)化控制，不僅整合了井下排水系統(tǒng)的復(fù)雜性，使之成為統(tǒng)一整體，還通過(guò)遠(yuǎn)程遙控的方式實(shí)現(xiàn)了井下水泵房的無(wú)人職守作業(yè)，有助于作業(yè)效率的提升[7]。

1.3 排水技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)內(nèi)外井下排水系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，最常見(jiàn)的排水裝置主要為帶底閥水泵、射流泵和無(wú)底閥排水泵三種，具體操作方式如表1所示。所有的排水裝置基本為人工操作和機(jī)械自動(dòng)化操作兩種方式相結(jié)合。但隨著煤礦安全開(kāi)采水平的日益提高，排水系統(tǒng)的智能化程度也越發(fā)提高，帶底閥水泵、射流泵等傳統(tǒng)排水方式所占比例逐年遞減，更多的礦井選擇安裝無(wú)底閥排水裝置。

表1 我國(guó)煤礦主要排水泵及其操作

2 排水系統(tǒng)測(cè)定及要求

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，礦井水泵必須有工作、備用、檢修的水泵，其中工作水泵的能力，應(yīng)能在20h內(nèi)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(yīng)不小于工作水泵能力的70%。工作水泵和備用水泵的總能力應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25%；同時(shí)在第二百八十一條對(duì)水泵、水管、閘閥和排水用的配電設(shè)備和輸電線路進(jìn)行規(guī)定。

因此沁裕煤礦每年都對(duì)水泵進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)，不僅需記錄每臺(tái)泵的電流、電壓、進(jìn)出口壓力、電氣設(shè)備能力等，還需觀察水泵、水管、閘閥、排水用的配電設(shè)備和輸電線路是否異常，對(duì)排水設(shè)備的抗災(zāi)變能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 沁裕煤礦聯(lián)合排水試驗(yàn)技術(shù)

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定及機(jī)電工作安排，沁裕煤礦組織相關(guān)單位對(duì)井下主排水系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)合排水試驗(yàn)，并進(jìn)行排水能力校驗(yàn)。

3.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

沁裕煤礦目前在中央水泵房安裝D155-30*4主水泵2臺(tái)，一臺(tái)使用，一臺(tái)備用，另有一臺(tái)D46-30*6檢修水泵，電機(jī)功率分別均為90kW、90kW、37kW。礦井設(shè)兩趟排水管路，兩趟排水管管徑均為6寸；通過(guò)回風(fēng)井直達(dá)地面，排水高度85m。205 水倉(cāng)安裝MD25-30*4水泵兩臺(tái)，電機(jī)功率均為18.5kW，設(shè)兩趟排水管路，水管管徑為2.5 寸，直接將水排至中央水泵房；30 水倉(cāng)安裝BQW80/40 水泵2 臺(tái)，電機(jī)功率均為22kW，設(shè)排水管路2趟，水管管徑為3寸，直接將水排至中央水泵房；變電所后門(mén)水倉(cāng)安裝BQW20/25 水泵一臺(tái)，電機(jī)功率為4kW，設(shè)排水管路1 趟。水管管徑為3 寸，直接將水排至中央水泵房；煤庫(kù)底水倉(cāng)安裝BQW20/25 水泵一臺(tái)，電機(jī)功率為15kW，設(shè)排水管路1趟。水管管徑為3寸，直接將水排至中央水泵房；立井底水倉(cāng)安裝BQW60/30水泵一臺(tái)，電機(jī)功率為15kW，設(shè)排水管路1趟，水管管徑為3 寸，通過(guò)30 水倉(cāng)將水排至中央水泵房；總回風(fēng)巷臨時(shí)水倉(cāng)安裝BQW20/25水泵一臺(tái)，電機(jī)功率為4kW，設(shè)排水管路1 趟。水管管徑為2.5 寸，通過(guò)立井底水倉(cāng)、30水倉(cāng)將水排至中央水泵房。

3.2 井下最大涌水量

通過(guò)近三年來(lái)的礦井最大涌水量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)：2017 年中央水泵房最大涌水量34m3/h，全礦井最大涌水量71m3/h。2018年中央水泵房最大涌水量31m3/h，全礦井最大涌水量69m3/h。2019年中央水泵房最大涌水量33m3/h，全礦井最大涌水量70m3/h。

3.3 水泵試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)記錄

在水泵聯(lián)合試驗(yàn)中，需要對(duì)停泵前后現(xiàn)場(chǎng)排水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄，詳情如表2所示。

表2 水泵聯(lián)合試驗(yàn)記錄表

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在1#、2#水泵同時(shí)啟用的情況下，中央水泵房每小時(shí)最大排水量達(dá)233m3/h，全礦井最大排水量為416m3/h。

4 聯(lián)合排水能力驗(yàn)算

4.1 數(shù)值的確定

觀測(cè)顯示，涌水量確定：沁裕煤礦近三年來(lái)的中央水泵房24h 的最大涌水量為816m3，全礦井24h 的最大涌水量為1704m3；排水量確定：沁裕煤礦現(xiàn)階段各水泵房全部工作、中央水泵房主排水設(shè)備兩臺(tái)正常工作情況下，全礦井20h 排水能力為6200m3；泵性質(zhì)的確定：中央水泵房水泵性質(zhì)的確定：1#水泵為工作水泵，2#水泵為備用水泵，3#水泵為檢修水泵；其他水倉(cāng)水泵均為工作泵。

4.2 排水能力驗(yàn)算

根據(jù)煤礦安全規(guī)程要求：中央水泵房24h礦井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量＜1；且礦井24h礦井最大涌水量/全礦井20h 最大排水量＜1 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》要求進(jìn)行驗(yàn)算：

中央水泵房24h礦井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量=816/(233×0.75×20)=816/3495=0.23＜1

全礦井24h礦井最大涌水量/全礦井20h最大排水量=1704/(416×0.75×20)=1704/6240=0.27＜1

4.3 排水能力聯(lián)合試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

可以看出，根據(jù)礦井主排水聯(lián)合試驗(yàn)結(jié)果和水泵排水能力檢測(cè)結(jié)果顯示，主排水泵設(shè)備20h的總排水量遠(yuǎn)大于礦井24h的最大涌水量，因此該套排水系統(tǒng)的排水能力完全能夠滿(mǎn)足礦井排出最大涌水量的需求，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)礦井的排水系統(tǒng)主要以使用起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)排水為主，較國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)仍有差距。沁裕煤礦共有三個(gè)水泵，依照相關(guān)規(guī)定，每年對(duì)水泵聯(lián)合排水系統(tǒng)做定期檢驗(yàn)。沁裕煤礦近三年來(lái)的中央水泵房24h 的最大涌水量為816m3，全礦井24h 的最大涌水量為1704m3。本文根據(jù)最新的排水試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沁裕煤礦全礦井和中央水泵房的涌排比分別為0.23 和0.27，完全滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定，為礦井水害的治理提供了有力保障。