非煤矿山深井排水系统的设计优化探讨

唐强武，黄孝荣

（江西铜业集团武山铜矿，江西 九江 332204）

1 概述

井下排水系统的是矿山安全生产的重要保障，其一旦出现故障停止运行将造成淹井的严重后果，因此如何结合现有技术和井下生产实际对井下排水系统进行设计与优化，使得泵站运行具有更高的安全性、稳定性是值得我们去深入探讨的[1]。

2 国内矿山排水系统现状

进入21世纪以来，随着采矿技术的发展、先进设备的投入，我国深井采矿飞速发展，目前已有16座矿山开采深度达到或超过1000m，其中，吉林夹皮沟金矿、云南会泽铅锌矿和六苴铜矿达到1500m，河南灵宝釜鑫金矿达到1600m。进入深部开采后，水量的增加、水质的改变、水锤力的增大、设备的大型化以及自动化控制等，都是设计时需要着重考虑的问题[2]。

3 深井排水系统优化设计探讨

现有排水系统的设计主要按照既有设计规范对井下水泵房内的土建部分、机械部分、管路部分和电气部分的设计，而对泵站的后期维护、检修、水质状况、节能、泵站的日常监控保护等方面考虑较少，这样对于要求更高的深井排水系统的安全高效运行是十分不利的，因此如何在传统的设计基础上进一步完善深井排水系统的设计是值得认真探讨的[3]。笔者结合多年的井下泵站管理经验认为，深井排水系统的设计应考虑以下几个方面。

3.1 维修硐室的设计

随着排水深度的增加和水泵技术的进步，高扬程的离心水泵已广泛应用于井下泵站，该类水泵及配套电机相较低扬程离心泵，尺寸与重量大幅增加。以DF280-65＊9（P）型自平衡多级离心泵为例，该水泵扬程为585m，重达3.7t，若采用提升机或车辆经斜坡道运输的方式将水泵运送至地面大修，安全隐患大，过程较为复杂。而对于扬程达千米的水泵而言，若仍采用传统的方式将其运送至地面厂房维修，显然是不符合实际情况的，因此在深井排水系统设计时应考虑在泵房单独设计维修硐室。

维修硐室的设计应结合泵站实际情况考虑以下几个方面：首先维修硐室区域划分应含维修区，工器具摆放区，材料备件摆放区，水泵摆放区。其中维修区主要是根据水泵尺寸设计相应的维修平台，平台四周应留出1.5m～2m的维修空间，维修平台水泵解体初始端还应预留出解体部件摆放区；工器具摆放区尽量靠近维修区；材料备件区应根据备件大小预留出两套完整备件摆放区域；水泵摆放区主要用于摆放备用泵（待修泵）。其次，维修硐室应设计电动行车、运输轨道、转盘等配套的起吊、运输装置。最后，维修硐室应紧靠井下泵站，运输铁轨互相连通。

3.2 沉淀池设计

现有井下泵站常用的离心水泵按其使用范围主要是分为D型、DF型、MD型。其中D型水泵用于输送不含固体颗粒、温度低于80℃的清水或物理化学性质类似清水的液体；DF型水泵用于输送不含固体颗粒、温度为-20℃～105℃的腐蚀性液体；MD型水泵用于输送颗粒含量≤1.5%，粒度≤0.5mm，温度为-20℃～80℃的中性矿井水及其他类似的污水。据此可知井下水泵对水质的要求较高，而井下胶结充填技术的应用会导致水中泥沙含量急剧增加，水质状况恶化。因此在井下排水系统设计中应根据矿山生产工艺、水质状况等条件将沉淀池设计也纳入到整个系统设计中。沉淀池设计时应注意以下两个方面：首先沉淀池应设计两个，一用一清；其次设计时应考虑沉淀池机械清理方式。

对于水质酸性较大的矿山，设计时一般采用DF型水泵，该类水泵采用不锈钢材质，耐腐蚀性能好，但价格昂贵，空负荷运行时容易烧结卡死。

因此设计时可在沉淀池或水仓处设置加药中和装置，将水质变为中性，这样就可采用D型或MD型水泵取代DF型水泵，极大的降低了水泵采购成本及日后维修成本，经济效益十分可观。

3.3 自动化控制设计

国务院办公厅印发的《安全生产“十三五”规划》中明确提出矿山企业在十三五规划期间建设智慧矿山，而井下排水作为矿山安全生产的重要系统之一，实现其自动化、智能化是保证矿山安全生产的重要保障，是智慧矿山不可缺少的安全生产系统。现今大部分矿山均在大力推进井下泵站自动化改造，也有部分矿山早已实现井下泵站自动化控制，因此，井下排水自动化控制是日后排水系统设计中十分重要的一部分。井下泵房自动化控制设计时应注意以下几个方面。

首先系统监控对象与参数应齐全，主要监控参数有：①电量监测：主电机运行电流、电压、功率等。②流量监测：单泵流量或单管流量、总管流量。③液位监测：井下水仓内水位。④压力监测：主水泵进、出口压力、主管压力。⑤温度监测：电机定子绕组、前后轴温度，水泵前、后轴承温度。⑥振动监测：水泵前、后轴承振动。⑦设备状态：主水泵、主电机、排水闸阀、射流泵、射流阀、真空泵、真空阀、配电设备及启动柜等设备的工作状态。⑧保护信息：设备的各种保护事件与保护定值等。

其次系统结构设计建议采用分布式多CPU控制，即配备一台集中控制柜，另外每台水泵配备一台就地控制柜，正常情况下由集中控制柜控制，当集中控制出现故障时各台水泵仍可通过就地控制柜控制。该控制模式，安全度高，集中控制系统出现问题后，其他水泵无论手动还是自动模式均可正常运行。存在问题的水泵可单独脱离系统进行检修。其次，稳定性高，每台水泵对应一套CPU及控制装置，每台机组同时热备。

最后系统异常保护功能应齐全，完善的井下泵站自动控制系统应具备超温保护、流量保护、压力异常保护、水位超限报警、启动超时报警、通讯故障报警、仪表检测信号掉线报警、透水早期预警保护等功能。

4 结论

由于深井排水系统较为复杂，在系统设计时应综合考虑安全性、先进性、经济性、维护的便利性等各方面因素，使得新泵房在使用年限内能完全满足深井排水的要求，避免日后因技术落后、维护不便等原因而形成附加改造升级工程。