大型矿用潜水泵在布沼坝露天煤矿防洪排水系统中的应用

2021-12-23蒋海江彭树梁

露天采矿技术 2021年3期

蒋海江，彭树梁，张记，陈旭

（云南省小龙潭矿务局，云南开远 661699）

云南小龙潭矿务局布沼坝露天矿是一个地处山间盆地的深凹型露天煤矿，露天矿所在地区具有雨季长、强降雨极端天气多的特点。连续性强降雨天气时有发生，历史上就曾几次出现坑内汇入水量远超排水系统能力以致洪水进入泵房，险些造成事故。布沼坝露天矿过去采用固定水泵房构成的防洪排水系统，这种排水系统存在严重的安全隐患，即当遭遇长时间连续强降雨或意外原因导致矿坑内汇水量大大超过系统排水能力时，固定水泵房一旦被淹将导致系统完全丧失排水能力，造成重大的财产损失[1-3]。

为提高露天煤矿排水系统的抗洪能力与可靠性，确保矿坑安全，必须考虑构建不惧水淹的高可靠性防洪排水系统。经不断考察调研及多次论证，提出了采用大型矿用潜水泵构建排水系统以确保矿坑防洪排水系统可靠运行的方案，并在布沼坝露天煤矿+950 m 水平降段工程中得以圆满实施。

1 固定水泵房排水系统的主要缺陷

固定水泵房排水系统一般是在坑内最低位置建造水泵房及储水池，安装若干台相应排水能力的水泵及排水管道，构成防洪排水系统，这种排水系统存在着严重的安全隐患，以布沼坝露天矿+963 m 水平固定泵排水系统为例进行分析。

1.1 系统可靠性不高

固定水泵房构成的排水系统结构复杂、涉及环节多，除电控系统外还必须装设抽空泵、抽空管路、轴承冷却管路等辅助系统，开停泵操控繁琐，故障点自然增多。

1）除通常的水泵、电机及电控系统故障外，突出的问题是冷却系统断水烧损轴承、盘根磨损及相关阀件漏气、真空泵损坏等以致水泵无法抽水。

2）维修保养中易出现水泵-电机间对中不良、基础沉降变形松动等引起震动故障，操作运行不慎出现严重汽蚀损伤水泵。

3）当遭遇长时间连续强降雨或意外原因导致矿坑内的汇水量超过其总排水能力时，固定水泵房一旦被淹将导致系统完全丧失排水能力，造成严重的安全事故。

1.2 操控运行与维护修理环节多

1）水泵启动前须检查调整相关辅助系统。首先要调整更换密封填料，既要确保系统不漏气，又要防止密封填料填得过多；其次水泵运行中因工况调整不当，如超排量排水、水位控制不及时以致水位过低等造成水泵产生严重汽蚀甚至损坏[4]。

2）为确保雨季防洪主排水设备的可靠性，每年雨季前都必须将设备拆除吊运至车间进行大修，更换因轴向力问题及汽蚀问题引起的叶轮、导叶、平衡盘、轴套等损伤的配件，并对高压电机检测保养。每次吊装设备都必须拆卸泵房屋顶等较多辅助准备工作，在拆卸、安装屋顶的彩钢瓦过程中不仅存在人员高空滑落的危险，而且泵房屋顶经多次拆装后变形严重，以致出现屋顶漏雨问题。

1.3 经济性环保性不佳

1）随着开采深度的不断降深，一般3～5 年就需要新建水泵房及相关附属设施，同时还需浪费大量人力财力拆除原水泵房相关基建设施。

2）泵房内大型水泵运行过程中噪声大、温度高，工作环境恶劣。人员每次进入泵房巡检设备都必须严格佩戴耳塞且不能长时间滞留在泵房内。

3）为确保泵房设备的安全，雨季期间必须随时把水位控制在最低位置，难以实现电力错峰运行，水泵经常运行于用电高峰，峰值电费较高。

2 大型矿用潜水泵排水系统的优势

大型矿用潜水泵构成的防洪排水系统有以下突出优势：

1）储水能力增加。泵体常年浸入水中，电控装置可安装在高于水泵数十米的地方，不怕水淹、不需在坑底建盖水泵房及设备基础，可加大坑底储水容量。

2）系统稳定可靠。水泵本身就在水中，即便汇入矿坑内的水量远大于排水总能力，造成少部分工作面被淹，但所配置的水泵仍能正常排水，排水能力不受影响。

3）操作便捷。系统构成简单，无需抽空、轴承冷却等辅机系统及设备，操作运行简单，只需操作起动、停泵按钮，易实现无人值守的自动控制改造。

4）维修保养方便。水泵、电机为一体化设备，不存在水泵－电机间对中调整困难问题；水泵本身置于水中，产生汽蚀的可能小，且其为双吸式结构，轴向推力自动平衡，叶轮、导叶等零件不易损伤，一般3年内仅需作一些常规性的检查保养，无需整机解体维修。

5）经济环保性好。水泵安装简单方式灵活，无需建造泵房及设备基础，其电控设施安装在可移动电控室内，当再次降段时根据需要迁移即可，避免重复基建投入；易实现电力错峰运行，一般情况下不在用电高峰期排水，可在夜间用电低谷时排水，以降低电费成本；水泵运行平衡、无震动、且在水池内，基本听不到运行噪声。

3 布沼坝露天矿大型矿用潜水泵防洪排水系统

大型矿用潜水泵排水系统与传统固定水泵房排水系统相比，除同样需要配置排水管道与电控装置外，最大的区别就是必须选用结构先进、保护功能齐全、性能稳定、质量可靠的潜水泵及不怕水淹的相关控制阀，同时还要综合考虑以下方面。

1）潜水泵与排水管道。①水泵及管路参数需根据水文地质及历史气象资料，按防洪排水系统设计规范要求及潜水泵不怕水淹的特点合理设计相应的排水管路、潜水泵、控制阀件等规格数量与相关参数；②选用卧式安装的潜水泵，用以在雨季期间尽量压低储水池水位，增强抗洪储水能力；③露天煤矿多为偏酸性水质，应选用结构先进、零配件材质耐磨、抗酸防腐性好、监控保护设施齐全、质量可靠的产品，一般应采用双吸式泵体结构，不锈钢材质叶轮、水润滑型新型FB102 复合材料轴承、充水型潜水电动机，潜水电动机需配置缺水、绕组温度监测保护。

2）电控系统。为减小大型潜水泵起动时对供电系统的冲击，确保供电系统的可靠运行，一般需加装可自动调整的、启动性能优越、对电网及通讯网络无谐波干扰的高可靠软启动装置，除常规的保护外需同时设置具有充水式潜水电机缺水、绕组温度监测、及储水池水位过高过低报警等潜水泵综合保护装置及高压动态绝缘监测装置。

3）控制阀。为充分发挥潜水泵排水系统不怕水淹的特点，控制阀不应再选择传统的电动闸阀，应选用无需电源的具有缓开缓闭止回阀、闸阀、防水锤等功能的污水型多功能液力自控阀。

4 大型矿用潜水泵防洪排水系统的实施效果

4.1 排水系统主要设备设施

通过设计与论证[5]，布沼坝露天矿+950 m 水平降段工程的主排水系统由2 台排水量1 100 m3/h，扬程255 m、电机功率1 200 kW、电压6 kV 的BQ1100-255/3-1200/WS 矿用潜水泵[6]及DN620 专用排水管道并配以BFDZ703H-40C 污水型多功能液力自控阀构成。其电控装置安装于+975 m 水平，配置2 面具有电机缺水、绕组温度监测、储水池水位报警、绝缘监测功能的RYZQ 高压干式调压软启动柜[7]。主排水系统担负雨季期间将矿坑内的水从+944 m 水平排到+1 090 m 的防洪沟的排水任务。干旱季节期间，主排水泵停止向坑外排水，另配置2 台排水量725 m3/h，扬程53 m、电机功率160 kW、电压380 V 的BQ725-53/2-160/WS 矿用潜水泵用于旱季时将+944 m 水平的水排到继续留用的+963 m水平固定水泵排水系统的储水池内，以确保旱季防尘灭火用水的需要。

4.2 系统实施效果

设备安装装调试完成后，经实际运行及相关参数测试证明潜水泵防洪排水系统性能优越。

系统设备运行稳定、噪声低；操控简单不需抽排空气，只需操控启动、停机按钮即可完成操作；无抽空系统不存在系统漏气无法排水问题，同时，多功能液力控制阀的缓闭功能有效消除了意外停电致使系统产生水锤的问题；电控系统高于潜水泵近31 m，具有较高的抗洪可靠性；与固定水泵相比其运行效率更高，有明显的节能优势；维护工作量小，一般每3 年才需将水泵吊出水面进行检查更换相关的易损件；加装相关传感器[8]及监控系统后可实现排水系统的无人值守运行，以节省人力资源的投入；无需建盖水泵房及设备基础，节省了基建投资。