城门山铜矿采区排水设备安装工艺优化与实践

王 努，何 飞，占霆钧，陈炎桂

（江西铜业集团有限公司 城门山铜矿，江西 九江 332100 ）

1 引言

随着露天采区深度的增加，排水系统也要随着提升。矿山机械设备的安全运行、正常生产、人身安全及经济效益的实现与排水系统设计的优劣有直接关系［1］。合理的安装排水设备，更好地服务于生产，需要最大程度的优化排水设备安装工艺，降低设备的维修量，确保采区排水及时性和稳定性。

2 泵站概况

城门山铜矿采区现有排水泵站为10#坑排水泵站，该泵站目前台阶标高为-106m，由水泵一次性抽水至+20m固定中转泵站，垂直高差为+126m。10#坑排水泵站现有水泵2台,为了便于日常维护，2台水泵型号相同，日常一开一备，防洪度汛期间全开，每台水泵配备一路DN400mm排水管道，管材为钢骨架聚乙烯复合钢管，单条管路全长约700m。

表1 水泵主要技术参数表

3 优化水泵安装平台

3.1 原有安装平台

原有水泵设备设施固定安装于采坑水仓平台，安装高度一般比水仓台阶高4~5m左右［2］。安装如图1所示。

图1 原有水泵安装示意图

原有安装平台以下缺陷。

（1）采区现有排水设备多数为卧式双吸水泵，日常工作中，水泵的安装位置必须随采坑水位高低和采矿作业而变化，尤其是雨季，应急迁移水泵设备设施现象时有发生。而每次迁移水泵，均需耗用大量的人力和物力。

（2）受制于水泵自身吸程影响，当水仓液面下降较多时，水泵机组的效率会相应降低，影响了采坑的排水效率。

3.2 优化后水泵安装平台

鉴于水泵频繁的移动带来的成本和作业量的增加，通过设计浮伐，将水泵安装于浮伐之上，随水仓液面的高低而浮动，始终与水仓液面保持同一高度。

（1）浮伐尺寸设计。

浮伐的尺寸设计需要考虑水泵设备设施的尺寸、重量如表2，安装台数、水泵安装距离和出水管路含水重量等。

表2 水泵主要重量、尺寸参数表

考虑到三期浮伐上需要放置3台泵，3台泵以及管路管配总重将达到约15t。

（2）浮伐选材。

采坑废水具有酸性，因此选材必须具有防腐蚀性［3］和较好的浮力。本次选用具有防腐性能较好的玻璃钢材质，利用17根DN600mm×8000mm的玻璃钢管道，通过以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为管道之间的连接固定材料，将17根管道制作成一个10.2m×8m的水泵安装平台。

（3）设计校核。

①浮力校核。

浮力计算：F浮=ρ液gV排

F浮为浮力，单位N；ρ液为液体密度，这里取水的密度1.0×103kg/m3；g为 重力加速度，取9.8m/s2；V排为按浮伐1/3体积计算。

F浮= 10×9.8×10.2×8÷3=26.66t＞22t（浮伐自身重量）。

②安装尺寸校核。

图2 水泵摆放示意图

（4）使用情况说明。

优化后水泵安装具备：①水泵安装在浮伐上，安装高度始终保持一致，吸程满足要求，可持续性工作；②避免了水泵被淹没；③减少吸水管长度，减轻安装、维修工作量的优点。

4 优化水泵出水管安装

4.1 原有水泵出水管安装

IZA150-400耐腐蚀水泵需要整机就位以后，找平和灌浆［4-5］。但水泵固定在浮伐上，没办法进行灌浆固定。在水泵安装时，出水口安装闸阀、变径、弯头，连接软管从水泵上方接出。这样连接很容易造成出水口处压力过大，使泵体前半段倾斜，造成轴承磨损，机械密封损坏。

4.2 优化后出水管安装

出水管安装DN150闸阀，型号为Z41W-16P，水泵开停机时关闭阀门有利于水泵电机的启动电流降到最低，防止烧毁电机和对电网的电压波动影响最小，便于更换逆止阀，便于检修水泵，防止逆止阀失灵水倒流。

图3 原出水泵水管安装示意图

出水端连接一DN150×90°弯头，然后连接一DN150闸阀，接着用一DN150变DN300大小头连接一DN300×45°弯头，再用DN300变DN400大小头连接DN400×60°弯头，最后连接DN400钢丝管聚乙烯骨架复合管。在弯头法兰处可用槽钢与底板固定，减轻震动带来的影响。

按上述水泵出水管安装方法（出水管在水泵一侧，而不是水泵上方），水泵停止时水锤［6］压力作用在管路上，而不直接影响水泵，减轻水泵总成件的损伤。

5 优化水泵底阀安装

5.1 原有底阀安装方式

为了防止水泵内水从吸水管中流入采坑集水仓，同时也以减少杂物的流入，降低底阀的堵塞几率，在吸水管末端安装底阀。通常水泵吸水管连接一90°弯头，然后连接底阀。弯头固定在浮圈上，底阀浸没在集水仓中。

由于城门山铜矿采坑废水为酸性，虽然采用了不锈钢螺栓连接底阀，但有时还会出现腐蚀现象。又或者底阀有时会吸上树枝或其他杂质，合闭不了阀瓣。以上情况造成了底阀一年维修量多大11次之多。而且维修时会出现维修人员需要站在浮圈上，存在安全隐患；同时由于DN300mm×6000mm的吸水管较重，维修一次需要3~4人作业才能完成，耗费人力物力。

5.2 优化后的底阀安装

图4 优化后水泵水管安装示意图

由于水泵安装在浮伐上，从水泵底座两侧分别焊接一根长3m的10#槽钢，另一头伸出浮伐用作小平台的支撑，槽钢中间与浮伐的踏板点焊固定，两根槽钢中间宽1m。伸出浮伐外的两根槽钢焊上一根扁铁，起支撑和分担重力的作用。然后焊上一块长1.2m，宽1m，厚6mm的花纹钢板，按照确定的底阀安装尺寸，在钢板上割出一个300mm的圆形，用于放置底阀。

在浮伐靠近底阀处安装一活动的龙门架，配合手动葫芦，可起到底阀检修时起吊底阀作用，省时省力。在浮伐周围焊接一圈护栏，确保浮伐上人员安全。

图5 底阀优化后安装示意图

优化后的底阀螺栓不与集水仓废水直接接触，避免被腐蚀。底阀进行维修时使用手动葫芦，不需要人员站在水面浮圈上，更安全。手动葫芦拉起底阀，也可以节约人力。

6 优化集水池边坡排水管安装

6.1 原先边坡排水管安装方式

水泵出水管从浮伐上出来后，贴着采坑边坡上坡，按安装通道路径连接至中转泵站。日常排水中，管路平稳运行。但遇到防洪度汛期间，采坑集水仓水位较高，水涨船高，边坡排水管路由于含水，重量大，不能随浮伐浮动，严重时导致管路法兰连接处断裂，制约了排水的及时性。

6.2 优化后排水管安装

利用淘汰的DN200玻璃钢管裁成2m一根的玻璃钢短管。然后将短管两头用玻璃纤维布封死，制作成玻璃钢浮管。将6根玻璃钢浮管每隔200mm摆放于两根长3m的10#槽钢上，然后在槽钢上量好尺寸、钻孔，再通过自制抱箍（图6、图7）固定连接成一套浮管，安装于排水管路上。

图6 抱箍套环尺寸图

图7 抱箍卡环尺寸图

优化后采坑集水仓边坡上的排水管路在浮管的浮力下，可以随浮伐一起随水面的高低上下浮动，在汛期或暴雨时，避免排水管路沉在水中影响排水的正常运行，提高了排水系统的稳定。