李成斌 杨 闯 王宝文

(河钢集团矿业公司，河北 唐山 063700)

0 引言

地下矿山的排水费用一直是矿山生产成本的重要部分，特别是大型地下矿山，更是制约采矿成本。地下矿山的排水时间主要是看主水仓的水位变化，通常是水仓水位到达一定位置后就开启水泵排水，水位降到一定位置后就关闭水泵停止排水，并没有考虑不同时段电费不同这一可以影响排水费用支出的因素，所以如何能够合理的根据水仓容积、排水能力、矿山涌水量和分时电价等因素，确定水泵的运行时间，对降低矿山生产的排水成本是十分重要的。

1 工程概况

某地下矿山正常总排水量为14 670m3/d(611m3/h)。按照水仓容纳6～8小时正常涌水量计算，需要水仓总容积4 008～5 344m3。结合矿山水文地质条件，确定水仓总容积为4 800m3。-425m中段泵房内设4台MD45-83A×7型耐磨多级离心泵。排水管选用Φ273×9无缝钢管3条，正常及最大水量两条工作，一条备用，沿副井敷设出地表。

2 分时电价情况说明

根据供电部门实行分时电价原则，高峰时段为每天10:00～12:00和13:00～19:00，工业电价为0.7296元/度；平段时段为每天6:00～10:00和12:00～13:00和19:00～22:00，工业电价为0.5326元/度；低谷时段为每天22:00～次日6:00，工业电价为0.3356元/度；通过分析，每天的“峰、谷、平”段时间各为8小时，具体见图1。

图1 用电“峰、谷、平”分时及电价

3 水泵运行方案研究

某地下矿山正常总排水量为14 670m3/d(611m3/h)，水仓容积为4 800m3。 -425m中段泵房内设4台MD450-83A×7型耐磨多级离心泵，功率为1 000kW，流量为450m3/h，借鉴其他矿山相应水泵的运行效率，按照有效排量为额定排量的90%计算，单台水泵流量为400m3/h。根据水泵开启的台数，拟定三种方案。

方案一：两台水泵同时排水方案，初步设计说明书设计采用两台水泵同时排水，根据涌水量和排水能力计算，采用该方案每天排水时间需要18.3小时。每天的用电“平段”和“谷段”时间仅为16小时，即使完全利用用电“平段”和“谷段”排水，仍不能满足排水需要，每天至少有2.3小时工作处于用电峰期。

每天水泵运行电费：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵运行电费：629.6万元。

为实现“避峰填谷”的用电原则，考虑在用电“平段”和“谷段”排水，用电“峰段”不排水，研究制定出“2+1”水泵运行方案、3台水泵同时运行方案。

方案二：“2+1”水泵运行方案，两台水在用电“平段”和“谷段”连续运行，在用电“谷段”时再增加一台水泵运行，根据涌水量和排水能力计算，采用该方案需要两台水泵同时运行16小时的同时一台水泵再运行4.7小时才能满足排水需要。

每天水泵运行电费：8×2 000×0.532 6+8×2000×0.335 6+4.6×1 000×0.335 6=15 434元

年水泵运行电费：563.3万元。

方案三：3台水泵同时运行方案，3台水泵同时运行，根据涌水量和排水能力计算，采用该方案每天排水时间需要12.2小时。每天的用电“谷段”的8小时完全利用，再在用电“平段”运行4.2小时，能够满足排水需要。

每天水泵运行电费：1.2×4 000×0.532 6+8×4 000×0.335 6=13 291元

年水泵运行电费：485.1万元。

表1 不同方案水泵运行情况对比

由表1可见，综合比较采用方案三，3台水泵同时开启方案费用最低。较初步设计年节省水泵运行电费144.5万元。

4 通过水仓容积测算方案合理性

不同水泵运行方案，水泵运行的时间和停止的时间不同，所以对水仓容积的要求也不同。水仓的容积需满足，在水泵连续运行时水仓不能被抽干；在水泵停止运行时水仓不能被装满。水仓设计容积为4 800m3，考虑到水仓内的水不可能全部排净和水仓淤泥影响，水仓容积应为在停泵期间内，水仓最大蓄水量的110%，实际水仓容积为4 363m3。

方案一：两台水泵同时运行方案，每天排水时间为18.3小时，停泵时间为5.7小时，根据电价分时原则，计划水泵运行时段为19:00～次日13：20，停止运行时间为13:20～19:00，水仓蓄水量与水泵运行的关系如图2。

图2 水仓内水量变化情况图

如图2所示，选择方案一的水泵运行方案，水仓最大容积为3 450m3。

方案二：2+1水泵运行方案，每天排水时间为16小时，停泵时间为8小时，根据电价分时原则，计划水泵两台水泵运行时段为19:00～次日10：00和12:00～13:00，另外一台水泵运行时间为0:00～4:40，停止运行时间为10:00～12:00和13：00～19:00，水仓蓄水量与水泵运行的关系如图3。

图3 水仓内水量变化情况图

如图3所示，选择方案二的水泵运行方案，水仓最大容积为4 510m3。

方案三：若3台水泵同时运行方案，每天排水时间为12.2小时，停泵时间为11.8小时，根据电价分时原则，每天运行时间为7:40～10:00；12:00～13:00；21:00～6:00。水泵停止运行时间为10:00～12:00；13:00～21:00；6:00～7:40，水仓蓄水量与水泵运行的关系如图4。

图4 水仓内水量变化情况图

如图4所示，选择方案三的水泵运行方案，水仓最大容积为5 521m3

通过计算，方案二和方案三在停止排水时，水量都超过了水仓容积，所以方案二和方案三排水运行方案不能实现。

5 排水方案优化

在保证水仓容积不变的前提下，合理有效利用水仓的容积保证排水费用能够降低，研究进一步对排水方案进行优化：

采用“1+2+3”的水泵运行方式，根据不同时期的水仓水量变化情况，合理开启水泵，三台水泵得运行时间为：

1台水泵运行：1.5小时；运行时间为：6:00～7:30；

2台水泵同时运行：8.5小时；运行时间为：19:00～1:00；7:30～10:00；

3台水泵同时运行：6小时。运行时间为：1:00～6:00；12:00～13:00。具体运行时间如图5。

图5 水泵运行时间

经计算，优化后的水泵运行方案，水仓最大蓄水量为4 320m3，设计的水仓容积满足水泵运行方案的要求，同时也证明了该运行方案可以实施。水仓蓄水量与水泵运行的系如图6。

电费计算：优化后的水泵运行方案，在用电“峰”时；所用水泵不运行;在用电“平”时，所有水泵合计运行12.5小时;在用电“谷”时，所有水泵合计运行23小时，费用为：

12.5×1 000×0.532 6+23×1 000×0.335 6=14 376元。

图6 水仓内水量变化图

年水泵运行电费：524.7万元。

合理利用电力资源，采用“避峰填谷”的用电方案可节省水泵的应用电费用。

初步设计每天水泵运行电费：

2.3×2 000×0.729 6+8×2 000×0.532 6+8×2 000×0.335 6=17 248元

年水泵运行电费：629.6万元。

采用优化后的水泵运行方案电费：12.5×1 000×0.53 26+23×1 000×0.335 6=14 376元

年水泵运行电费：524.7万元。

经比较每年水泵运行电费节省电费104.9万元。

6 结语

矿山企业正面临前所未有的市场竞争和生存发展空间的挑战。在这样的背景下，矿山企业需要提高自身的管理水平，从自身进行优化升级以提高竞争力。利用好相关政策，既是企业自身的责任又是企业发展的需要。合理利用电力资源，降低井下排水费用，从运营方案和经济效益是方面对比原初步设计都有很大优势，合理的水泵运行方案和精细的管理办法对矿山生产节能降本有着重大的意义。