安居煤矿副井淋水复用项目

王立伟 祁茂涛

摘 要：安居煤矿井筒深度998米，井筒直径6米，井筒穿过多个含水层，渗水现象比较严重。渗水点主要集中在井筒400米-600米处，井筒渗水总量为18/h。井筒渗水扩散，造成井筒常年淋水，使井底工作环境非常潮湿，作业困难。进入冬季后井壁及罐道结冰严重，给立井提升及井底车场作业带来严重隐患。

关键词：恒压供水装置；变频器；压力传感器

为了预防安全事故的发生及淋水区域的改善，各竖井都采取了不同的防治水方案和措施。我矿400-600米之间出水量比较大，我矿采取先对出水点进行封堵，然后再把渗水引走的方案，在井筒滲水比较大的井壁上，用切割机环井壁切出截水槽，该截水槽东高西低形成椭圆形，便于水流集中收集，再将各截水槽的水引至收水管道内，收水管道将水引至泵房管子道上面缓冲水箱，然后再输送到井底复用处。

副井淋水复用管道采用管径89毫米的钢管，副井全部淋水经过该管道引至西大巷水仓内。经相关资质单位检验，我矿副井淋水水质能够满足井下生产使用要求，为了有效避免水资源浪费，充分利用井筒淋水，以供井下生产使用，故将井筒淋水引至西大巷的集水仓内，再在集水仓外侧安设一台多级离心泵，由此台多级离心泵将副井淋水注入井下生产供水管网。多级离心泵由浮球、压力传感器、变频器进行控制，实行高水位、压力低时供水，低水位、压力高时停水。集水仓安装溢流管路，将溢出井筒淋水经排水沟引至水仓内。

1 淋水复用排水管路选型

我矿井筒主要出水点在400-600米处，井筒总出水量约为20/h，预选淋水复用排水管路为管径89mm的钢管，管径厚度为4mm。集水点与用水点有能量输出，依据伯努利方程：

h+/2g+P1/γ=h1+/2g+P2/γ+hm

式中h为集水点与用水点的高度，V1集水点水流速，v2用水点水流速，P1集水点截面大气压，P2用水点截面大气压，不考虑空气重度P1=P2，h1为用水点高度，g为重力加速度，hm为管道阻力忽略不计，h-h1=/2g，在此式中h=590米，h1=10米。已知井筒出水量为18/h，井筒引水管道为管径108mm的钢丝管，管厚为3mm，则集水点流速为：V1=4θ/[π]，式中θ为井筒出水量，代入数据可知V1=2m/s，将V1=2m/s，代入公式h-h1=/2g可知，V2=109m/s，V12 淋水复用供水系统选型

我矿井下生产用水由井上恒压供水装置 进行控制，该装置设定的生产用水压力为4.2MPa，井下生产用水低于4.2MPa时，恒压供水装置开启电动阀对井下供水，井下生产用水高于4.2MPa时，恒压供水装置关闭电动阀，因此井下管道压力一般为4.2MPa。井筒淋水复用后，生产用水供水主要包括井筒淋水与井上生产用水，当水压较低时，井下生产用水由井上生产用水与副井淋水供给，所以井筒淋水复用系统中水泵的控制电路由压力传感器、浮球、变频器控制。当满足西大巷水仓高水位、生产管路低压力时，副井淋水复用系统开始供水，当西大巷水仓低水位或生产管路高压力时，副井淋水复用系统开始停止供水。

2.1 压力传感器选择 在淋水复用水泵控制电路中，压力传感器选用两线制压力传感器，两线制压力传感器的最大压力为10MPa。两线制压力传感器广泛应用于测量各种流体介质压力。两线制压力传感器的原理是利用了4-20mA信号为自身提供电能。如果变送器自身耗电大于4mA，那么不可能输出最低值4mA，因此一般要求两线制压力变送器的自身耗电要小于3.5mA，从整体结构上来看，两线制变送器由三部分组成：传感器、调理电路、V/I变送器构成。传感器将温度、压力物理量转换为电参量，调理电路将传感器输出的微弱信号或非电性信号进行放大、调理、转换为线性的电压输出。两线制V/I变化电路根据信号调理电路的输出控制总体耗电电流，同时从环路上获得电压并稳定，供调理电路和传感器使用。采样电阻串联在控制电路的最低端，所有电流都通过采样电阻回到电源负极。

2.2 供水泵选择 在淋水复用供水系统中，供水泵为多级离心泵。多级离心泵为立式结构，具有占地面积小的特点，泵重心重合于泵脚中心，因而运行平稳、振动小、寿命长。同时多级离心泵口径相同且在同一水平中心线上，无需改变管路结构，可直接安装在管道的任何部位，安装极为方便。由于我矿井下生产用水的供水压力为4.2MPa，因此我们选用多级离心泵为扬程为500米的多级离心泵，其额定压力为5 MPa，能够满足我矿井下生产用水压力要求。

3 淋水复用供水系统设计

3.1 淋水复用系统设计 淋水复用系统主要包括缓冲水箱、引水管路、集水仓、多级离心泵。井筒淋水经淋水收集装置引至井下中央泵房管子道处缓冲水箱内，再经引水管路将井筒淋水引至西大巷处集水仓，最后经多级离心泵将井筒淋水注入井下生产供水管网。

井筒淋水由中央泵房引至西大巷水仓时，路线较长，拐弯处较多，淋水复用管路与淋水收集管路直接相接时，副井井筒最底端的截水槽处溢水，从而造成副井下井口淋水比较多，因此在淋水复用管路与淋水收集管路交接处增设一缓冲水箱，使井筒淋水完全流入缓冲水箱，缓冲水箱设在井下中央泵房管子道最高处。西大巷水仓增设溢水管路，当井下生产用水充足、水仓水位过高时，水仓多余的井筒淋水由溢水管路流出，经沉淀池、排水沟引至矿井水仓。

3.2 淋水复用供水泵电路设计 淋水复用供水泵工作原理：供水泵扬程为500米，供水泵额定压力为5MPa。当水仓水位较高，浮球处于接通状态并且未达到浮球最低水位、压力传感器测得井下生产管路压力为4.2MPa时，此时水泵控制电路接通变频器，水泵开始工作。井筒淋水由供水泵抽至生产供水管路。当水仓水位低于浮球最低位置时，或者压力传感器测得井下生产用水管路压力达到5MPa时，水泵控制电路断开变频器，水泵停止工作。淋水复用供水系统主要由浮球、压力传感器、变频器、离心泵组成。浮球悬挂于西大巷水仓内，用于监测水仓水位高低、接通或断开控制电路。压力传感器安装在西大巷门口供水管路上，用于监测井下生产供水管路的压力、接通或断开离心泵供水电路。浮球为两个浮球，一个用于水仓高水位、管道低压力时供水泵的开启电路，一个用于水仓低水位时的断开电路。

4 总结

井筒淋水复用系统投入后，外排水量少，利于矿井环境保护，该系统投入后，年节约费用约93万元，具有很高的经济效益和社会效益，有利于矿井可持续发展。

参考文献：

[1]王仁祥.电力新技术概论[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]周芝峰，张星.变频器在供水系统中的节能分析[J].变频世界，2000（10）：35-38.