矿山排水节能技术与实践

田志军

(1.太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024；2.山西省晋城市人民政府，山西晋城030056；3.山西省晋煤集团赵庄矿，山西晋城030056）

矿山排水节能技术与实践

田志军1,2,3

(1.太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024；2.山西省晋城市人民政府，山西晋城030056；3.山西省晋煤集团赵庄矿，山西晋城030056）

阐述了矿山排水节能的意义和方法，指出了优化矿山排、供水方案的节能作用；依据唐安煤矿主排水泵性能参数的测定计算，提出了以提高排水系统效率为主的各种排水节能措施，取得了较好的经济和社会效益，研究成果可在类似矿区推广应用。

矿山；排水；节能

1 排水节能意义

为保证井下采煤需要和安全生产，我国每年排出22亿m3矿井水，相当于100个十三陵水库的蓄水量。其中，国有大中型煤矿每年排矿井水约14.4亿m3，相当于吨煤排放3m3矿井水。大水矿区吨煤排放的矿井水甚至高达10m3以上，例如：淄博矿区达13.9m3/t，峰峰矿区达17.8m3/t，焦作矿区达47.1m3/t。

矿山排水量大，水泵功率大，耗电量大，水源面广层多，排水系统复杂，涌水量不均衡，变化量大，排水设备余量大，管路布置受巷道及井筒局限，往往增长了管道长度，限制了排水管径，从而增大了管路阻力；矿井排水与矿区生活用水、生产用水存在一定替代利用关系[1]。上述诸多原因，为矿山排水节能提供了不少选择和着力点。在节能降耗为企业法定艰巨任务的今天，研究和处理好矿山排水节能意义重大，具有巨大的技术价值、经济价值、社会价值[2]。

2 综合排供水方案选择

矿山给排水系统，一般有中央泵房排水系统、采区泵房排水系统、采面排水系统、生活用水系统、生产用水系统、矿井水处理利用系统，如何将各个系统组建成一个合理的综合排供水方案，必须综合考虑保证安全原则、排水节能原则、分质供水原则、分级排水原则、处理利用原则、排处配套原则等需要；其中，除保证安全原则外，其余几个原则都与能源节约、资源节约存在一定相关关系。

唐安煤矿为落实排水节能，充分利用分质供水、分级排水、矿井水处理利用、排处配套等措施，对唐安矿所有给排水系统进行了综合安排。唐安煤矿1.5Mt/ a技改工程中，新建了四盘区水泵房。按常规应实行采面、盘区、矿井三级排水，根据节能原则和实际情况，实行了采区泵房和中央泵房分别向地面排水的并列二级排水布置：一则中央泵房接蓄的是已结束采区的涌水，无采煤影响、水质好，勿需处理即可直接利用；若将受采煤影响的四盘区水排入中央泵房水仓中，就增大了处理费用及能耗。二则四盘区泵房标高低、排水路径长；若将中央泵房水流入四盘区泵房集中外排，将增加排水电耗。故该布置方案收到了“既减少水处理消耗、又降低排水能耗”的双重功能。

唐安煤矿还将原设计由风井出口的布管改为由副井出口布管。风井出口标高比副井出口标高要高出66 mm，且远离生产生活区。实施改动方案，既减少排水扬程、降低排水电耗，又方便矿井水处理利用。唐安煤矿还建了与排水配套的矿井水处理设施，将矿井水全部处理后，分质利用于洗煤、制砖、井上井下消防防尘洒水、清洁绿化用水等，大量替代了价值昂贵的深层地下水使用量；深达400 m的深井泵只供矿区职工及附近村民的生活用水，从而节约了大量抽水能耗和优质水资源。优化矿井综合排水和供水方案是矿山给排水节能的首选措施，从中得到了巨大的节能效益。

3 主排水泵效率测定计算

尽力提高矿山主排水泵的系统效率，是矿山排水节能的又一重要措施。根据唐安煤矿主排水泵性能测定数据，可将主排水泵效率及损失扬程等参数计算，列为表1。

表1 唐安煤矿主排水泵性能测试数据表

水泵系统效率是四大效率（容积效率、水力效率、机械效率和电机效率）的乘积。要提高水泵系统效率，必须分别提高以上四项效率。从表1看出：中央泵房1号泵，因使用时间较长，泄漏量增大，摩擦力增大，且电机效率较低，使系统效率降低。四盘区泵房，因管路长，弯头多，使水力效率（管路效率）降低，系统效率也降低。

管路损失扬程包括管道摩擦损失、管路进出口

现以四盘区泵房管路系统进行计算，查表取250管路摩擦系数λ=0.015，算得管路内水流速V= 1.39 m/s，套入公式λlV2/(2gb)为13.78 m。总管路损失扬程33.5 m中，13.78 m为管路摩擦损失，剩余19.72 m为其它局部损失之和。计算可得局部损失系数为200，数额很大，可见管路局部损失对管路效率有着重要影响，应该采取降低措施。

4 排水节能措施

分析前述水泵系统效率计算实例，还可找到相应节能措施。

a.选择高效节能设备。无论电机还是水泵，设备本身的技术先进、效率高，对于系统的效率提高具有重要作用。

b.尽力选择水泵工况点在高效率区域运行。根据D155-30型水泵及MD280-43型水泵性能曲线图，最高效率点都在约80%附近。唐安煤矿主排水泵实际运行工况点效率分别只有66.2%、74%、71%，说明选型不合理，今后在设备更新时，应该注意调整选型；其中所选电机功率亦过大，呈现大马拉小车运行，对节能不利，也需适当调整选型。

c.定期检修设备，提高设备效率。水泵的机械效率与液体与水轮表面的摩擦损失、水泵轴承摩擦损失相关；水泵的容积效率与叶轮与壳体间隙增大，回流增大，以及轴封等泄漏损失相关。所以按时检修设备，更换磨损配件，降低摩擦和泄漏，也是提高水泵效率的必须做法。对于中央水泵房1号泵，因使用时间过长，检修不及时而效率大降，就以得出教训警示。

d.重视管路安装维护，提高管路效率。合理选择管路截面积和流速，选购内表面光滑的管道，从而降低管道摩擦损失；合理布置管道走向，尽力减少弯头数量、角度，采用光滑的适当弯曲半径的机制弯头或渐变三通，避免使用肘形弯头或直角三通，将进出水口做成喇叭口，保证管路接头的光滑度和密封性，加强管路支撑，避免排水内力振动；以上措施都有利于降低管路局部阻力。唐安煤矿四盘区泵房排水管路安装时，均遵循了以上要求，管路局部阻力系数高达200，局部阻力损失扬程达19.72 m。可见管路安装维护要求不可小觑；否则，局部阻力还会数倍增加，更将大大降低系统效率。

e.注意水泵运行管理，降低运行损耗及故障。避免水泵在闸门开启不全状态下运行或用闸门来调节流量。以150闸阀为例：当全部开启时，ζ值为0.145，半开启时，ζ值为2.64，是全开时的18倍，1/4开启时，ζ值为17.1，是全开时的118倍，开启不全，局部阻力大增。再者，尽量减少水泵并联运行，尤其是单管并联运行，会令阻力大增；避免水泵放气不彻底或吸程过大运行，以防止水泵产生汽蚀、喘振等故障，降低排水效率；注意水泵避峰运行，以降低电费，水泵功率大，避峰运行效果佳。

f.注意地表水防治，避免矿井水排水量增大。由采空区所造成的地表裂缝、沉陷等应及时填塞处理。应避免水库河流渗漏及洪水灌井等故障，从而避免矿井排水量增大，排水电耗增大。

g.建立健全和严格执行节水管理制度，降低水资源消耗。提高职工及村民节水节能意识，建立用水分配、使用、计量、考核、奖罚制度，建立洗煤水循环利用制度，尽力降低水资源消耗。唐安煤矿生活用水井深达400 m，吨水电耗近2度，再加上水资源费每吨1元～2元，吨水成本为2元～3元，节水效益相当巨大，社会意义的相当重要。经过以上制度落实，唐安煤矿水资源消耗呈良性下降趋势，出现了企业节能、职工节钱（水费）的双赢局面。

5 结束语

为保证社会及经济的可持续发展，节能降耗成为时代重要课题，矿山排水节能方法多、效益显著，企业必须十分重视。要从设计决策上优化企业综合排水、供水方案，取得战略性节能效果；要从技术措施上提高各排水系统效率，提高矿井水处理利用率，提高水循环利用次数；要从管理措施上减少设备运行浪费，减少水资源浪费。煤矿从安全出发，选择水泵能力余量时常过大，造成了电机大马拉小车、水泵在低效区运行的情况，对于节能十分不利，应当引起设计选型重视，择机适当调整。

[1]周乃荣，阎百生．矿山固定设备技术测定[M]．煤炭工业出版社，1980．

[2]叶青．神东现代化矿区建设与生产技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2002．

[3]李甲亮，姜军，王亚博．煤矿矿井水资源与循环经济[J]．能源环境保护，2004（2）：20-22．

[3]郑洽余，鲁钟琪．流体力学[M]．北京．机械工业出版社，1986．

[4]杨淑平．浅谈矿井排水设备的效率和节能[J]．中州煤炭，2004（2）：20-22．

Energy-conservation Technique in Mining Pumping

TIAN Zhi-jun1,2,3
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.The goverment of Jincheng City,Jincheng Shanxi 030056;3.Zhao zhuang Mine,Jincheng Coal Group,Jincheng Shanxi 030056,China)

This paper elaborated the energy co nservation significance and the method in mine pumping,pointed out energy conservation function with optimized water pumping and water supply,and through the host drainage pump performance computation in Tangan mine,elaborated the energy conservation measure of drainage system.

mine;water draining;energy conservation

book=60,ebook=1

TD744

A

编辑：刘新光

1672-5050（2010）01-0060-03

2009-11-20

田志军（1978—），男，山西高平人，在读工程硕士研究生，高级工程师，从事国有企业管理工作。