沁裕煤矿排水系统联合试验的技术测定

霍 猛

（山西兰花沁裕煤矿有限公司，山西 晋城 048200）

在我国煤炭资源的开采中，井工矿井的开采量占到总量的90%以上，而企业在进行井下作业时，水、火、瓦斯、煤尘以及顶底板这五大灾害制约着煤矿的安全生产[1]。其中，矿井水灾又被叫做透水事故，这是由于煤矿在生产建设时期，井田周围会有江河水库等水域，并且地层中还有大量地下水源，从而威胁着井下安全[2]。

如果矿井排水设备老化、排水量不能满足排水要求时，便会为透水事故埋下隐患。当发生透水淹没巷道时，会导致煤矿无法正常生产，影响煤矿采掘计划，严重的还会造成机电设备浸水、烧坏电路等经济财产的损失，甚至威胁井下作业人员的生命安全。

因此，矿井需要定期做水泵联合排水试验以检验排水系统的稳定性与设备的安全性，确保矿井生产系统的顺利运行。

1 国内外排水系统及研究现状

1.1 国外排水系统

在矿井水灾防治方面，国外的井工矿排水系统较为领先，为矿山安全领域做出了巨大的贡献。俄罗斯国立莫斯科开放大学的波波夫教授等人成功将双电机拖动系统应用到了矿井高扬程水泵中[3]，并将3000kW异步电动机直接投入电网全电压起动系统，由此带来了排水系统高效的实用性。芬兰基于智慧矿山系统，在井下排水系统的故障诊断、排水控制、安全保护等方面实现了全自动化控制，并对水泵的能耗算法进行了优化，极大地提高了排水系统在使用中的便利条件[4-5]。

1.2 国内排水系统

目前，我国大多数矿井仍依靠使用起动器来实现排水系统的运转，但也有不少矿井通过投入新技术、新设备，在矿山的排水系统中使用自动化技术来进行控制。潞安集团的五阳煤矿通过改变射流泵的工作方式，引入液气双高压流体介质来进行射流装置的供给，可以显著提高水泵工作时的安全性[6]；国家能源集团的平沟煤矿提出采用最新灰色预测模糊PID模型对无底阀水泵进行自动化控制，不仅整合了井下排水系统的复杂性，使之成为统一整体，还通过远程遥控的方式实现了井下水泵房的无人职守作业，有助于作业效率的提升[7]。

1.3 排水技术应用的现状

根据国内外井下排水系统的使用现状，最常见的排水装置主要为带底阀水泵、射流泵和无底阀排水泵三种，具体操作方式如表1所示。所有的排水装置基本为人工操作和机械自动化操作两种方式相结合。但随着煤矿安全开采水平的日益提高，排水系统的智能化程度也越发提高，带底阀水泵、射流泵等传统排水方式所占比例逐年递减，更多的矿井选择安装无底阀排水装置。

表1 我国煤矿主要排水泵及其操作

2 排水系统测定及要求

根据《煤矿安全规程》规定，矿井水泵必须有工作、备用、检修的水泵，其中工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作水泵和备用水泵的总能力应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%；同时在第二百八十一条对水泵、水管、闸阀和排水用的配电设备和输电线路进行规定。

因此沁裕煤矿每年都对水泵进行联合试验，不仅需记录每台泵的电流、电压、进出口压力、电气设备能力等，还需观察水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路是否异常，对排水设备的抗灾变能力进行评价。

3 沁裕煤矿联合排水试验技术

根据《煤矿安全规程》规定及机电工作安排，沁裕煤矿组织相关单位对井下主排水系统进行了联合排水试验，并进行排水能力校验。

3.1 排水系统现状

沁裕煤矿目前在中央水泵房安装D155-30*4主水泵2台，一台使用，一台备用，另有一台D46-30*6检修水泵，电机功率分别均为90kW、90kW、37kW。矿井设两趟排水管路，两趟排水管管径均为6寸；通过回风井直达地面，排水高度85m。205 水仓安装MD25-30*4水泵两台，电机功率均为18.5kW，设两趟排水管路，水管管径为2.5 寸，直接将水排至中央水泵房；30 水仓安装BQW80/40 水泵2 台，电机功率均为22kW，设排水管路2趟，水管管径为3寸，直接将水排至中央水泵房；变电所后门水仓安装BQW20/25 水泵一台，电机功率为4kW，设排水管路1 趟。水管管径为3 寸，直接将水排至中央水泵房；煤库底水仓安装BQW20/25 水泵一台，电机功率为15kW，设排水管路1趟。水管管径为3寸，直接将水排至中央水泵房；立井底水仓安装BQW60/30水泵一台，电机功率为15kW，设排水管路1趟，水管管径为3 寸，通过30 水仓将水排至中央水泵房；总回风巷临时水仓安装BQW20/25水泵一台，电机功率为4kW，设排水管路1 趟。水管管径为2.5 寸，通过立井底水仓、30水仓将水排至中央水泵房。

3.2 井下最大涌水量

通过近三年来的矿井最大涌水量数据的统计：2017 年中央水泵房最大涌水量34m3/h，全矿井最大涌水量71m3/h。2018年中央水泵房最大涌水量31m3/h，全矿井最大涌水量69m3/h。2019年中央水泵房最大涌水量33m3/h，全矿井最大涌水量70m3/h。

3.3 水泵试验现场记录

在水泵联合试验中，需要对停泵前后现场排水数据进行记录，详情如表2所示。

表2 水泵联合试验记录表

根据观测数据显示，在1#、2#水泵同时启用的情况下，中央水泵房每小时最大排水量达233m3/h，全矿井最大排水量为416m3/h。

4 联合排水能力验算

4.1 数值的确定

观测显示，涌水量确定：沁裕煤矿近三年来的中央水泵房24h 的最大涌水量为816m3，全矿井24h 的最大涌水量为1704m3；排水量确定：沁裕煤矿现阶段各水泵房全部工作、中央水泵房主排水设备两台正常工作情况下，全矿井20h 排水能力为6200m3；泵性质的确定：中央水泵房水泵性质的确定：1#水泵为工作水泵，2#水泵为备用水泵，3#水泵为检修水泵；其他水仓水泵均为工作泵。

4.2 排水能力验算

根据煤矿安全规程要求：中央水泵房24h矿井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量＜1；且矿井24h矿井最大涌水量/全矿井20h 最大排水量＜1 根据《煤矿安全规程》要求进行验算：

中央水泵房24h矿井最大涌水量/中央水泵房20h最大排水量=816/(233×0.75×20)=816/3495=0.23＜1

全矿井24h矿井最大涌水量/全矿井20h最大排水量=1704/(416×0.75×20)=1704/6240=0.27＜1

4.3 排水能力联合试验检测结果分析

可以看出，根据矿井主排水联合试验结果和水泵排水能力检测结果显示，主排水泵设备20h的总排水量远大于矿井24h的最大涌水量，因此该套排水系统的排水能力完全能够满足矿井排出最大涌水量的需求，符合《煤矿安全规程》要求。

5 结束语

目前我国矿井的排水系统主要以使用起动器来实现排水为主，较国外先进系统仍有差距。沁裕煤矿共有三个水泵，依照相关规定，每年对水泵联合排水系统做定期检验。沁裕煤矿近三年来的中央水泵房24h 的最大涌水量为816m3，全矿井24h 的最大涌水量为1704m3。本文根据最新的排水试验结果发现，沁裕煤矿全矿井和中央水泵房的涌排比分别为0.23 和0.27，完全满足相关规定，为矿井水害的治理提供了有力保障。