礦井主排水泵運(yùn)行效率提高措施分析

高 鵬

作為礦井排水系統(tǒng)的“主力”，排水泵能夠使礦井排水系統(tǒng)的工作效率得到全面地提升。但在排水泵的日常運(yùn)行中，由于地處礦井之下，會承受不同程度的壓力，而且排水過程中水質(zhì)較為污濁，其中摻雜的諸多雜質(zhì)也會對排水泵造成一定程度的磨損。所以為了能有效提高礦井主排水泵的運(yùn)行效率，就需要對排水泵的損壞進(jìn)行詳細(xì)的分類，從而針對不同類型的損壞制定合理的解決措施，確保排水泵在排水系統(tǒng)中安全運(yùn)行。

1 礦井主排水泵運(yùn)行過程中損壞分類

1.1 流水腐蝕

主排水泵在礦井的生產(chǎn)作業(yè)中會將礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水排出，而生產(chǎn)廢水中攜帶的大量礦井煤灰使得水中的會濃度過高，對運(yùn)行中的主排水泵造成汽蝕；同時在排水泵運(yùn)行過程中，流水的沖擊也會在一定程度上將泵件表面的金屬材質(zhì)剝離，逐漸磨損泵件；再加上礦井的生產(chǎn)廢水會產(chǎn)生煤灰沉淀現(xiàn)象，煤灰積攢過多時，就會對排水泵的吸水造成阻礙，甚至導(dǎo)致排水泵在排水過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；礦井中的廢水中還包含許多未知元素，都會對排水泵的泵件造成或多或少的腐蝕，減少泵件的使用壽命。

1.2 運(yùn)行過程中的機(jī)械性磨損

礦井主排水泵在日常工作中會通過自身的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)排出礦井中的廢水，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一定會產(chǎn)生磨損，這種磨損被統(tǒng)一稱為機(jī)械性磨損，作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的常見磨損，并不會對主排水泵的日常運(yùn)行產(chǎn)生過多影響，但在礦井生產(chǎn)過程中，一旦有過大的硬質(zhì)顆粒摻雜在礦井廢水中，就會嚴(yán)重影響主排水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，諸如此類的硬質(zhì)顆粒造成的磨損類型大致可以分為如下四種。

1.2.1 泵件變形

礦井主排水泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，摻雜在水中的硬質(zhì)顆粒也會隨之高速運(yùn)動，而這一過程中一旦顆粒與泵件表面或內(nèi)部發(fā)生碰撞，就會由于高速產(chǎn)生巨大的沖擊力，對泵件的表面產(chǎn)生撞擊，久而久之使得主排水泵的泵件發(fā)生磨損變形。因此在主排水泵的運(yùn)行過程中要對硬質(zhì)顆粒的夾雜進(jìn)行有效預(yù)防，同時還可以改變泵件的材質(zhì)，提高泵件的韌性抵御顆粒的沖擊，最大程度降低磨損，預(yù)防變形性磨損。

1.2.2 泵件切削

與上述情況相同，當(dāng)?shù)V井主排水泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，過大的轉(zhuǎn)速會使硬質(zhì)顆粒帶有巨大的沖擊力，若硬質(zhì)顆粒以不同的角度對泵件進(jìn)行碰撞，就會產(chǎn)生不同程度的磨損，若硬質(zhì)顆粒通過某種角度的撞擊導(dǎo)致泵件材質(zhì)產(chǎn)生脫落，就形成了切削磨損，這種磨損輕則影響排水泵的使用壽命，重則直接導(dǎo)致排水泵運(yùn)行故障，礦井內(nèi)的積水無法有效排出，對礦業(yè)生產(chǎn)工作帶來巨大的安全隱患。

1.2.3 斜向磨損

上述的泵件磨損只是從理論上敘述單獨(dú)的硬質(zhì)顆粒對泵件產(chǎn)生沖擊而造成的磨損，而礦業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程中，泵件則會同時承受上述兩種磨損，最終形成斜向磨損，該磨損會對泵件造成巨大的沖擊，導(dǎo)致泵件在運(yùn)行過程中承受嚴(yán)重的磨損，因此礦井主排水泵的管理人員應(yīng)注意在排水泵的運(yùn)行過程中定期檢查，同時從運(yùn)行模式和泵件材料上最大限度提升排水泵的性能，將磨損降到最低，延長排水泵的使用壽命。

1.2.4 研磨性磨損

上述磨損都可以通過提高泵件的韌性來減小磨損程度，可伴隨著泵件材質(zhì)韌性的提升，泵件的硬度就會相應(yīng)下降，一旦主排水泵的硬度下降，就容易產(chǎn)生研磨性磨損，硬質(zhì)顆粒伴隨著排水泵的高速運(yùn)轉(zhuǎn)與泵件表面產(chǎn)生摩擦力，對排水泵的表面零件產(chǎn)生各種磨損，久而久之會影響主排水泵的零件緊密程度和運(yùn)轉(zhuǎn)流暢程度，也不利于礦井主排水泵的長期有效作業(yè)。

1.3 沖蝕磨損

礦井主排水泵的材質(zhì)一般都是由金屬構(gòu)成，在主排水泵的日常作業(yè)過程中，經(jīng)過高速的旋轉(zhuǎn)和摩擦，會有程度較弱的電解池出現(xiàn)，雖然該電解池程度較弱，但“千里之堤，潰于蟻穴”，久而久之就會導(dǎo)致泵件表面出現(xiàn)點(diǎn)解現(xiàn)象，該現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，就會在主排水泵的泵件表面形成一層薄薄的腐蝕層，日積月累，不僅會對泵件本身進(jìn)行腐蝕，同時還會加重泵件的其他磨損程度，減少礦井主排水泵的使用壽命，甚至還會影響礦井工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 礦井主排水泵在運(yùn)行過程中的現(xiàn)存問題

2.1 礦井主排水泵富余揚(yáng)程過大

礦井在選擇主排水泵時主要從兩方面入手，其一是確保主排水泵在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中保證礦井排水系統(tǒng)的穩(wěn)定，根據(jù)礦井的實(shí)際情況，根據(jù)作業(yè)地質(zhì)、排水管道口徑等因素進(jìn)行主排水泵的選擇；其二是嚴(yán)格依據(jù)國家對礦井作業(yè)的相關(guān)規(guī)定，通過科學(xué)合理地方式選取主排水泵，選取過程中對排水泵的排水能力和數(shù)量進(jìn)行合理規(guī)劃，確保其滿足日常工作的同時還能有額外替換的空間。因此在排水泵的設(shè)置過程中，依據(jù)礦井的最大用水量進(jìn)行主排水泵的揚(yáng)程設(shè)置，意味著主排水泵在運(yùn)作過程中長期保持著具有一定富余揚(yáng)程的運(yùn)作狀態(tài)，這是礦井排水系統(tǒng)長期正常運(yùn)作的主要保障之一。若讓大部分排水泵的富余揚(yáng)程過大則會給礦井的電機(jī)作業(yè)帶來額外的負(fù)擔(dān)，增加了礦井作業(yè)成本的同時影響運(yùn)行效率，同時也會導(dǎo)致排水口出水時出現(xiàn)大動壓，降低管網(wǎng)效率。

2.2 排水系統(tǒng)不匹配

由于礦井生產(chǎn)在我國具有悠久的歷史，因此大多數(shù)礦井作業(yè)時使用的排水系統(tǒng)僅僅是對過去的排水系統(tǒng)進(jìn)行了簡單改造，而過去的排水系統(tǒng)受技術(shù)制約和自然環(huán)境影響，大多數(shù)出現(xiàn)了設(shè)計不符和現(xiàn)存礦井開采工作的現(xiàn)象，不僅排水管道路徑布設(shè)不合理，管口直徑也不能達(dá)到現(xiàn)存排水泵的排水需求。同時個別礦井的排水管道還存在轉(zhuǎn)彎過多、轉(zhuǎn)彎過急的現(xiàn)象，上述現(xiàn)象都會導(dǎo)致排水過程中排水泵加大水壓、加速運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，增加了主排水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗，降低了排水泵的運(yùn)行效率。

2.3 礦井主排水泵泵件材質(zhì)低劣

當(dāng)前市場中，各種排水泵質(zhì)量參差不齊，從運(yùn)轉(zhuǎn)性能到組成材料都良莠不齊，導(dǎo)致礦井的主排水泵在使用過程中更加容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，增加了礦井排水的運(yùn)行成本。盡管近年來市場中的排水泵不斷進(jìn)行升級換代，但新型材料在使用過程中依舊不能達(dá)到使人滿意的狀態(tài)，大多數(shù)主排水泵的材料耐腐蝕性較差，尤其是在排水過程中遇到汽蝕問題時，大多數(shù)排水泵都會出現(xiàn)表層剝離和葉輪剝落的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了主排水泵的排水量和揚(yáng)程大小，極大程度上降低了礦井主排水泵的工作效率。

2.4 排放水質(zhì)不達(dá)標(biāo)

礦井作業(yè)過程中主排水泵所排放出的生產(chǎn)廢水內(nèi)含大量化學(xué)元素，這些雜質(zhì)會對主排水泵的日常運(yùn)轉(zhuǎn)造成腐蝕或磨損，導(dǎo)致主排水泵的使用壽命降低，增加礦井排水作業(yè)的成本，通常不達(dá)標(biāo)的水質(zhì)分為以下四種。

2.4.1 水質(zhì)偏硬

過硬的水質(zhì)會導(dǎo)致排水過程中泄水間隙過小，增加了排水泵在排水過程中的磨損，影響工作效率的同時增加了排水泵出現(xiàn)故障的風(fēng)險。

2.4.2 水內(nèi)含過多煤砂

煤砂屬于硬質(zhì)顆粒，會對泵件的表面產(chǎn)生碰撞和磨損，嚴(yán)重情況下還會導(dǎo)致排水泵組件變形甚至失靈，同時葉輪和葉片在長期沖刷下也會出現(xiàn)工作效率降低甚至不工作的現(xiàn)象。

2.4.3 排水管路積垢

由于傳統(tǒng)管道設(shè)計問題，傳統(tǒng)排水管道存在大量轉(zhuǎn)彎，在這些環(huán)形管道中，由于水質(zhì)沉淀形成大量的污垢，久而久之污垢累積到一定程度，就會影響管道的排水口徑，尤其過去的排水管道在設(shè)計過程中就存在口徑較小的缺陷，如此一來，既降低了礦井排水效率，又容易導(dǎo)致排水水壓過高造成的管道破裂現(xiàn)象。

2.4.4 水倉淤積

除管道堵塞之外，部分礦井也容易出現(xiàn)水倉淤積的現(xiàn)象，水中過多的雜質(zhì)極易堵塞水泵的流通管道，限制水泵的運(yùn)行效率。尤其是部分礦井沒有為主排水泵設(shè)置相應(yīng)的沉淀池，巨大的水流沖擊力裹挾著砂石和諸多雜質(zhì)直接進(jìn)入水倉，加速了排水泵泵件的磨損程度。過多的淤泥在吸水井處淤積還容易堵塞排水口，嚴(yán)重影響排水工作，對礦井安全產(chǎn)生巨大威脅。

2.5 無法做到水泵的及時檢修

為確保礦井工作安全，相關(guān)管理人員應(yīng)當(dāng)定期對礦井主排水泵進(jìn)行檢查，在檢查過程中一旦發(fā)現(xiàn)排水泵性能不達(dá)標(biāo)或泵件損壞，就要進(jìn)行及時更換。但當(dāng)前礦井管理人員對排水泵的檢修和更換并不及時，即使礦井管理部門下達(dá)了定期檢修的要求，相關(guān)工作人員也出于形式主義簡單檢查，并沒有做到對排水泵的徹底檢修，導(dǎo)致礦井主排水泵長期出于低效的運(yùn)行狀態(tài)。

3 礦井主排水泵提高運(yùn)行效率的有效措施

3.1 預(yù)留應(yīng)急資金和應(yīng)急措施

排水系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)過程中的安全保障，一旦因排水泵的罷工而出現(xiàn)癱瘓，不僅對礦井工作人員的生產(chǎn)造成安全隱患，還會對整個礦井作業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。為應(yīng)對礦井主排水泵在運(yùn)行過程中由于長期磨損產(chǎn)生的突發(fā)狀況，礦井管理部門應(yīng)制定合理的應(yīng)急措施，預(yù)留相應(yīng)的排水泵作為應(yīng)急設(shè)備。同時管理部門也應(yīng)加大對排水管道的清理工作，預(yù)留相應(yīng)資金為無法及時更換的管道進(jìn)行相對徹底的除垢工作，確保排水管道在日常工作中的排水量達(dá)標(biāo)，以解決現(xiàn)實(shí)流速問題上升到降低礦井生產(chǎn)成本當(dāng)中，切實(shí)提高礦井排水泵的運(yùn)行效率。

3.2 采取多管并聯(lián)排水

過去老舊的排水管道大多存在排水路徑單一、排水管道口徑過小的問題，單線排水的管道一旦發(fā)生阻塞或淤積，就會嚴(yán)重影響排水工作的有序進(jìn)行，對礦井的生產(chǎn)作業(yè)造成巨大的威脅，因此礦井管理部門在提升主排水泵性能的同時也要注重提升管道的排水性能。當(dāng)前，多管并聯(lián)的方式能有效提升礦井排水的效率，一方面，多管并聯(lián)能最大程度避免因管道堵塞造成的排水效率降低問題，即便有一條管道出現(xiàn)了淤積，但其他管道也可以正常工作，絲毫不影響水流量；另一方面，多管并聯(lián)可以有效改善傳統(tǒng)排水管道細(xì)長、彎道多的弊端，有效降低管網(wǎng)阻力，從排水流量和排水路徑兩方面最大限度地提升礦井主排水泵的運(yùn)行效率。

3.3 科學(xué)合理設(shè)置揚(yáng)程

盡管為確保礦區(qū)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要對排水揚(yáng)程進(jìn)行最大化設(shè)計，但也不意味著礦井主排水泵的排水揚(yáng)程的要一味擴(kuò)大，為降低排水泵日常運(yùn)營能耗，礦井管理部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合礦井作業(yè)的實(shí)際情況和地質(zhì)分析進(jìn)行科學(xué)合理的計算，根據(jù)排水泵所需的揚(yáng)程情況進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)整。

圖1 揚(yáng)程曲線

對某礦主排水泵采用兩種測試方法進(jìn)行測試比對。調(diào)節(jié)工況，采集了7 個工況點(diǎn)參數(shù)，折算到額定轉(zhuǎn)數(shù)下的揚(yáng)程及兩種測試方法之間的誤差隨流量變化關(guān)系見表1 所示。

表1 揚(yáng)程、誤差與流量關(guān)系

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，若當(dāng)前排水泵的富余揚(yáng)程小于單級揚(yáng)程，則可以通過規(guī)范操作適當(dāng)去除部分輪葉，以達(dá)到縮小水輪直徑的目的；若通過計算得出主排水泵的富余揚(yáng)程大于單級揚(yáng)程，則可以通過精簡水泵輪數(shù)或水泵段數(shù)達(dá)到排水高度和揚(yáng)程的統(tǒng)一。

3.4 對主排水泵進(jìn)行及時的更新?lián)Q代

科技飛速進(jìn)步，各行各業(yè)的產(chǎn)品也在隨時更新?lián)Q代，而礦井主也應(yīng)順應(yīng)時代潮流，對排水系統(tǒng)進(jìn)行及時的更新?lián)Q代。從主排水泵入手，礦井管理部門應(yīng)及時淘汰性能相對陳舊落后的排水泵，將高效節(jié)能的主排水泵應(yīng)用于自身的排水系統(tǒng)當(dāng)中。同時通過對葉輪材質(zhì)的長期使用實(shí)踐，積累排水泵不同材質(zhì)的使用經(jīng)驗(yàn)，得出不銹鋼葉輪水泵效率高于傳統(tǒng)葉輪水泵效率的結(jié)論之后，及時引入相應(yīng)材質(zhì)的排水泵進(jìn)行排水作業(yè)，延長礦井排水系統(tǒng)壽命的同時降低排水系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為礦井創(chuàng)造更多生產(chǎn)收益奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5 及時處理水倉淤積

為確保礦井排水系統(tǒng)中主排水泵的使用壽命得以有效延長，相關(guān)部門應(yīng)及時重視排水過程中產(chǎn)生的水倉淤積現(xiàn)象，尤其是在排水系統(tǒng)中沒有設(shè)置沉淀池的礦井，更要重視對水倉淤積現(xiàn)象的日常巡檢，避免嚴(yán)重的淤積現(xiàn)象降低主排水泵的工作效率，為礦井的日常工作造成安全隱患。一方面，礦井管理部門應(yīng)安排相關(guān)人員定期更換水倉入水口處的過濾篩，以防篦子在長期沖刷下孔洞變大導(dǎo)致水倉內(nèi)混入大直徑硬質(zhì)顆粒，影響主排水泵的排水性能；另一方面，沒有布設(shè)沉淀池的礦井立即增設(shè)相關(guān)設(shè)施，這可以極大減少水流中的雜質(zhì)，同時降低了主排水泵的工作壓力，降低了硬質(zhì)顆粒對主排水泵泵件的磨損程度，同時，沉淀池的處理可以借助先進(jìn)的自動清理設(shè)備，相較于清理水倉更為簡便，清理時間也被大大縮短了，提升排水泵工作效率的同時降低了礦井工作的人力資源成本，提升了礦井創(chuàng)造生產(chǎn)收益的能力。

3.6 強(qiáng)化維修管理工作

傳統(tǒng)主排水泵在檢修過程中，需要人工監(jiān)測，以防機(jī)械運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障造成安全生產(chǎn)問題，耗費(fèi)大量人力物力，而將機(jī)電一體化技術(shù)融入到排水泵的監(jiān)測中，就大大簡化了監(jiān)測流程。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于安全生產(chǎn)監(jiān)測工作后，其工作內(nèi)容具體劃分為在線監(jiān)控、自動報警和故障自診三部分，其中操作人員可以使用機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中的監(jiān)控系統(tǒng)對于排水流程進(jìn)行自動監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題，監(jiān)測系統(tǒng)就會對排水過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷，若故障不嚴(yán)重可進(jìn)行自動修復(fù)；若故障較為棘手，機(jī)電一體化系統(tǒng)就會及時向操作人員發(fā)出警報，并且對故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這簡化了人工檢查的步驟，也降低了礦井主排水泵對于人工檢查的依賴性。同時在排水泵工作環(huán)境中上安裝攝像頭對排水工作畫面進(jìn)行監(jiān)控，操作人員可以對監(jiān)控畫面的觀察作出判斷是否需要調(diào)整機(jī)械作業(yè)狀態(tài)，及時在遠(yuǎn)程監(jiān)控的狀態(tài)下也能做到及時高效地進(jìn)行排水作業(yè)，煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)流程得到大幅度簡化，而產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的效率也會隨之增高。

3.7 強(qiáng)化水溝維修管理

排水溝作為礦井排水系統(tǒng)的組成部分之一，對主排水泵的工作效率也起到顯著的影響，因此相關(guān)部門在日常工作中要強(qiáng)化水溝的維修管理工作，確保礦井排水過程中水溝能夠暢通無阻。同時主排水泵運(yùn)行的動力來源是電力，礦井管理部門一定要對電力設(shè)施進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，為主排水泵的穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)，隨時隨地地進(jìn)行高水位吸水，確保礦井生產(chǎn)安全。同時在日常用電高峰時期，降低排水水位，用電高峰結(jié)束后再降低吸水水位，便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，有效節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本。

4 總結(jié)

排水系統(tǒng)作為礦井安全生產(chǎn)的基本保障之一，在我國的礦業(yè)生產(chǎn)過程中尤為重要，而提高排水系統(tǒng)中排水泵的運(yùn)行效率在確保煤礦工程生產(chǎn)安全的同時提高了煤礦機(jī)械設(shè)備的使用效率，也讓現(xiàn)代科技和傳統(tǒng)煤礦產(chǎn)業(yè)完美融合，對我國礦井的安全生產(chǎn)發(fā)展有極其深遠(yuǎn)的意義。在排水系統(tǒng)不斷發(fā)展完善的同時，相關(guān)技術(shù)人員也要不斷更新相關(guān)技術(shù)應(yīng)用方案，創(chuàng)新排水泵在排水系統(tǒng)中的使用方式，擴(kuò)大排水系統(tǒng)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍，以實(shí)現(xiàn)我國礦業(yè)生產(chǎn)在節(jié)能減排道路上的可持續(xù)發(fā)展。