矿用潜水泵运输装置设计应用

武 杰

（大同煤矿集团北辛窑煤业有限公司，山西忻州 036702）

0 引言

受煤层倾角、地质构造等影响，巷道在掘进过程中底板起伏不平，出现低洼现象，巷道在掘进过程中钻孔水、采空区积水、喷雾洒水等积水在巷道低洼处积聚，且积聚处富含大量煤泥，采用传统水泵直接排水时很容易造成煤泥、异物对水泵堵塞［1］，影响水泵排水效率，而且容易造成水泵损坏，增加设备维修成本费用。本文以某煤矿2104巷为例，针对巷道低洼处排水，对矿用水泵设计了一套运输装置，并对实际应用效果进行合理分析。

某煤矿2104巷位于井田11采区，巷道设计长度为1 300 m，巷道设计断面规格为4.5 m×3.5 m （宽×高），巷道掘进煤层为2#煤层，平均厚度为5.8 m，平均倾角为8°，施工巷道沿2#煤层底板掘进，截止目前巷道已掘进1 200 m。

2104巷掘进至350 m、580 m、1 110 m处分别揭露一条正断层，断层平均落差为1.1 m，平均倾角为57°，受煤层倾角及断层影响，巷道在350 m、580 m、1 110 m处分别形成低洼处，低洼长度为27 m，最大深处为1.5 m。

1 巷道掘进中排水现状及问题分析

1.1 巷道掘进中排水现状

由于2104巷在掘进过程中钻孔施工水、喷雾洒水等积水影响，巷道在掘进过程中产生大量积水，且巷道内积水向低洼处聚集，通过现场观察发现，在580 m处积水深度达0.7 m，积水区内煤泥深度达0.4 m，降低了巷道质量标准化，严重影响巷道设备、行人安全［2］。

1.2 排水措施

2104巷掘进期间对积水区主要采用潜水泵进行积水区排水，潜水泵功率为5 kW，每班安排3名排水工将潜水泵分别移至低洼处进行排水；当第1处低洼积水区排水完成后，排水工抬运水泵至第2处积水继续排水，直至3处积水区全部排水完成。

1.3 问题分析

（1）劳动作业强度大。每天需对巷道3处低洼处进行排水，水泵运输间距达800 m，且需人工抬运，从而造成人工劳动作业强度大，劳动成本高，排水效率低［3］；而且巷道内机械设备数量多，人工抬运水泵时行走难度大，不利于排水施工安全。

（2）设备损坏严重。传统排水时将潜水泵直接放入积水区内进行排水，由于积水区内煤泥及杂物多，在排水过程中会造成煤泥及杂物吸入水泵内，导致水泵卡塞现象严重［4］，甚至造成水泵烧毁事故发生。据统计，巷道掘进前期排水过程中，共计烧毁水泵4台，经济损失达46万元。

2 潜水泵移动装置组成及工作原理

2.1 潜水泵移动装置组成

潜水泵移动装置主要由底座、车架、车轮、方柱、过滤箱、丝杠、卡扣、抱箍等组成，如图1所示。丝杠按照用途分为车辆紧固丝杠、底座及过滤箱调节丝杠3种。

车辆底座主要由长度为1.2 m，宽度为0.5 m，厚度为5 mm钢板焊制而成，在底座上均匀焊制若干个直径为8 mm圆孔，从而提高潜水泵吸水效果。过滤箱主要对积水区煤泥、杂物进行过滤，过滤箱内安装了3层过滤棉，过滤箱调节丝杠能够对潜水泵移动装置上过滤箱的高度进行调节。车辆底座丝杠能够调节潜水泵移动装置高度使其在不同深度的积水区使用，共计4根，调高丝杠分别安装在底座4个角处，丝杠最大调高高度为0.5 m。紧固丝杠共计4根，通过卡扣分别固定在光轴上，当潜水泵调高、整平完成后，及时通过丝杠进行固定，防止潜水泵倾倒。

图1 矿井排水潜水泵移动装置断面示意图

2.2 潜水泵移动装置工作原理

潜水泵移动装置在正常使用时，工作人员首先要在过滤箱内安装潜水泵，潜水泵安装完毕后通过调节圆套来设定潜水泵的高度，待潜水泵的高度设定完成后再调节4根紧固丝杠，使潜水泵固定牢固［5］。当完成潜水泵的固定工作后，工作人员要继续通过调节两端对称丝杠设定过滤箱高度，过滤箱高度要保证与底板距离大于15 cm，防止过滤箱与移动装置底板发生碰撞。当完成过滤箱的固定工作后，工作人员将潜水泵移动装置移动到排水区域，为了保证移动装置供电安全，排水区域的水深必须保证不得淹没潜水泵的电缆及喇叭嘴。

为了保证潜水泵能够起到较好的排水效果，当潜水泵移动装置移动到排水区域后，工作人员通过调节两端对称丝杠，将过滤箱高度调整到距底板大于3 cm之后，再继续排水工作。当潜水泵移动装置在坡度较大的运输巷道进行排水时，工作人员要随时观察潜水泵区域的水深，当排水区域内的水深高度降到潜水泵底座高度后，工作人员方可继续移动潜水泵移动装置进行排水。当潜水泵移动装置在巷道坡度较大的积水区进行排水时，为了防止移动装置在坡度较大巷道发生侧翻事故，工作人员要随时对车辆底座丝杠进行调节，确保车辆底座始终处于水平状态。

完成排水作业后，工作人员要及时将移动装置从积水区域撤出，然后调节移动装置两侧的丝杠，确保车轮轴的高度与滤箱底部平行，最后将丝杠调整到最初的高度，完成整个排水作业。

3 优缺点及经济效益

3.1 优点

（1）潜水泵移动装置使用的材料为工字钢，该材料价格较低、焊接方便、重复使用性强，能够降低潜水泵移动装置的价格。

（2）潜水泵移动装置的结构简单，能够便捷地在车间进行组装，故障率低，整套装置成本费用为0.12万元，成本费用低；而且该装置可用于采掘工作面复杂地点中，实用性强［6］。

（3）在排水之前，施工人员能够首先根据积水区域的深度进行调节，然后再将车辆推移至排水区域，与传统直接排水相比，减少了煤泥、杂物对水泵损坏，提高了水泵使用寿命。

（4）当第一处积水区排水完成后，施工人员可直接推移该装置至另一处积水区，在移动过程中仅需1人即可，降低了劳动作业强度及成本费用，避免了以往排水人员工作强度大，以及电缆、喇叭嘴进水的难题［7］。

3.2 缺点

该装置在实际使用中还存在一些问题，主要表现在以下几方面：（1）受积水区煤泥影响，装置过滤箱需定期进行清理并更换过滤棉；（2）由于水泵在排水过程中会产生振动［8］，长期振动影响会造成底座出现变形现象。

3.3 经济效益

2019年4月该煤矿对2104巷投入使用潜水泵移动装置，截止2019年10月，通过6个月实际应用效果观察发现，该装置投入使用后可使水泵排水效率提高至3倍以上，大大提高排水效率；在使用过程中未发生因水泵卡塞造成水泵烧毁的事故，降低设备维修成本费用达40余万元；同时采用该装置后2104巷排水仅需1人即可，不仅降低了水泵安装、移动作业劳动强度，而且降低了水泵移动时的故障率，保证了水泵安全稳定运行。

4 结束语

本文针对2104巷掘进期间积水区排水效率低、水泵故障率高、水泵移动难度大等技术难题，设计了一套潜水泵移动装置，通过实际应用效果来看，该装置大大提高了积水区排水效率，降低了排水时劳动作业强度，提高了矿用潜水泵使用寿命。