影响井下排水设备效率的因素与改善措施

刘 斌

(同煤集团煤峪口矿，山西 大同 037003)

0 引言

煤矿生产过程中，矿井既有正常的涌水量，又可能存在一系列突发性水灾，而矿井排水就可以很好解决这2种情况下的涌水。但在具体的使用过程中，矿井排水会产生较高的电耗，约占全矿耗电量的25%左右，一旦矿井出现涌水量较大的情况，比如突发性水灾，矿井排水设备的耗电量将会进一步增加，占比约为60%，因此，如何解决矿井排水设备的经济运行问题至关重要，不但会减少全矿的耗电量，而且会减少全矿的运行成本。

1 煤矿排水设备运行现状

我国多数矿井的主排水系统符合国家制定的相关标准、规范，但也存在一些问题，常见的问题主要有管网效率较低，水泵效率不高，单台泵工序能耗较高。

对于矿井排水设备运行效率低下的问题，煤矿管理者很少会注意到，主要原因就是矿井排水设备并没有影响到矿井的正常排水工作，也没有引发相关安全问题。但却存在一个比较隐蔽的问题，即从经济学角度讲，水泵运行时会产生一定的电浪费量，据统计水泵每小时会产生约60 kW的电浪费量，则每年就是浪费电量约为15万kW，直接造成的经济损失约为8万元左右。每个矿井的排水设备基本保持在至少2台排水设备，从这个意义上讲，矿井每年由排水系统引起的经济损失约为十几万甚至几十万，因此，提高矿井排水设备的运行效率，意义显著，可提高煤矿的经济效益。

2 影响煤矿排水设备效率的因素

2.1 影响因素分析

水泵型号老旧，使用年限长：多数矿井使用的排水设备比较老旧，比如使用的是上个世纪的DA型水泵、TSB型水泵，这些排水设备最大的问题就是设计效率低下，也表现出较低的运行效率。这些老旧排水设备在运行过程中，运行工况点偏离也是其运行效率低的一个原因。

管路的服务年限较长，管路阻力增大：一般而言，矿井水的成分多种多样，往往含有较多的杂质，长时间后，在水泵或相关管道中会出现异常污垢层，从而引发排水管道的堵塞问题。同时排水管路也易于发生锈蚀问题，这就会使得管径变小，使得排水管路的阻力系数变大，进而造成排水设备的排水能力降低，因而从管路的排水效率到整个排水系统的排水效率都会变低。

没有合理安排水泵运行时间：某些矿井只有较小的水仓容积，或水仓存在一定的淤积问题，这样就会引起水泵的频繁启动问题，从而使得电机的负荷增加，同时也会使得排水设备产生一定的损伤，增大设备的故障率，增加设备的维修频率和维修费用。此外，很多矿井对水泵的运行时间并没有做出合理的安排，对排水系统的漏水情况也没有给出有效的解决办法，从而造成排水效率的低下，增加了排水成本。

管理不善：煤矿对排水设备的相关管理制度不完善，维修维护工作滞后，也是影响排水设备效率的因素之一。

2.2 影响因素权重分析

层次分析法(Analytic hierarchy process)是一种多因素综合评价方法。本文针对煤矿排水设备效率影响因素，利用层次分析法进行权重计算和比较分析，以此判断关键因素。

评价体统：通过前面的分析，结合现场实践经验，建立了井下排水设备效率影响因素分析系统，如图1所示。

图1 井下排水设备效率影响因素分析系统

判断矩阵建立：层次分析法的计算基础是基于对各个因素比较得出量化标准。其原理是通过对各因素进行两两比较，比较值为1时，代表两者重要度一样；比较值为2时，代表前者比后者相对重要，以此类推，通常比较值选择区间为[1，9]。因此，建立图1对应的判断矩阵，见表1。

表1 影响因素判断矩阵

权重计算和结果检验：层次分析法的计算是通过计算判断矩阵的特征向量和最大特征根求得的。因此，求得上述判断矩阵的特征向量为

H=(h1,h2,h3,h4,h5)T=(0.335 9,0.254 6,0.179 9,0.143 9,0.080 3)T

λmaxA=5.197 2

层次分析法的结果检验是通过一致性检验得出的，计算公式如式(1)所示。

CR=(λmax-n)/(n-1)/RI

(1)

式中：RI—平均随机一致性指标，当n取5时，RI取1.12。

将相关参数代入式(1)中，可得CR<0.10，结果合理。

结果分析：通过上面的计算结果，可以对井下排水设备效率影响因素进行比较，发现设备陈旧与电机老化所占权重较大，是影响效率的主要原因。此外，权重比较从大到小依次为管路使用情况、运行时间以及制度管理。

3 煤矿排水系统节能优化措施

3.1 提高排水系统设备的先进性

使用先进的排水泵：国家相关法律法规均要求排水泵既要节能又要高效，要做好水泵的节能工作，常用的方法就是使用性能先进的新型排水泵，让排水泵运行的工况点处在高效区内。

选择合适的驱动电机：对于电机的选择，要结合系统的整体要求来确定。电机的选择要充分实现排水泵的效率，保证实际效率值与额定效率值基本一致，因此，要综合考虑各方面因素来确定额定效率值。对于电机存在老化问题的情况，要投入资金，更换设备。最后，排水系统可以实现自动化运行。

3.2 制定完备的制度并且加强管理

排水设备管理工作的有序开展需要一定的管理制度作为保障。排水设备的管理工作要严格按照相关部门制定的制度开展，要明确每个管理者的工作范围，提高管理效率。①对排水系统的运行时间做出合理的安排，比如在电费较高阶段，可减少排水系统的使用，出现危险水灾事故除外；②排水设备正常运行时，操作人员要做好相关技术性操作，严格遵规操作，提高操作规范化程度。同时，对于管道中的杂质等采取定期清理措施；③加强排水设备的日常管理维护工作，对排水系统的各设备，均要实行定期维修管理，定期检查，一旦发现排水设备存在老化等问题，就要及时采取维修或更换措施。对排水设备的性能也要进行定期测试，一旦发现耗能变大，则及时采取更换措施。对于排水设备的保养工作，可结合各设备的使用频次，确定合理的保养周期。此外，维修或保养工作结束后，还要对维修或保养情况进行综合评价，不断总结，以优化维修或保养措施，减少费用。

3.3 合理规划排水系统的管线

在抽水管线的直径的选择问题上，应采用大直径水管，同时也应满足排水设备的排水效率，以确保各设备正常运行。此外，在设备的安装方面，还应考虑一些重要因素，比如高度、长度和位置。根据以往经验，可在排水泵出水口加装一定长度的管线，这样可使得矿井水完全排出矿井。最后，在管线材料的选择上，还应选择绿色建材，从而确保管线的使用年限，即便管线损坏而弃用时，也不会污染环境。

4 结论

(1)本文对煤矿排水设备运行现状进行了了解，分析了煤矿排水设备运行效率不高原因：管路的服务年限和水泵的服务年限较长，效率较低、水仓容积相对较小，没有合理安排水泵运行时间等。

(2)通过层次分析法，对各个因素进行了权重分析，得出了各因素对排水设备效率的影响程度大小。针对主要因素提出了提高排水系统设备效率的措施。