矿井排水系统的工作原理及技术优化——评《矿井排水技术与装备》

李明哲，罗非常

刘志民，潘越，张步勤 等编著

冶金工业出版社出版

煤炭是我国工业生产中所需的重要能源，在开采过程中，矿井排水设计十分重要，是事关工程安全的重要因素。对矿井排水系统进行优化设计与改造，使得矿井排水能力得以提升，已成为很多矿业企业进行煤矿开采时必须考虑的问题。冶金工业出版社出版的《矿井排水技术与装备》一书对我国矿井排水技术进行分析，并详细介绍排水泵的工作原理与选型设计，对排水设备的运行与维修等进行研究，为煤矿工程排水系统的优化改造提供了理论依据。

该书共八章:第一章为矿井排水系统，主要对矿井排水的意义与基本知识进行介绍，并阐述国内外矿井排水技术的发展现状与趋势;第二章介绍水泵房及其设备，包括水泵房硐室、水仓、管道以及闸门、引水装置等;第三章对离心式水泵工作原理、结构形式以及零部件组成等进行详细说明;第四章介绍离心式水泵理论，详细介绍基本方程的推导、比转速公式以及特性曲线和相似理论;第五章对离心式水泵的启停与运行以及工况调节和性能测试等进行系统概括，并对排水系统的经济运行进行评价;第六章介绍水泵的选型设计，主要根据任务与排水能力需求做出选择;第七章介绍排水系统的电气设备，主要包括异步电动机以及附属电控设备;第八章介绍排水设备的维护与故障处理。

矿井排水系统是处理煤矿透水问题的重要装备。在矿井施工过程中，如果地面排水设备不完善以及矿井中存在通道，地表降水以及地下涌水会进入矿井，对井内设备以及工作人员的安全造成影响，因而需要及时排水。矿井排水系统的主要工作原理是利用水泵将井水吸入水仓，并在水仓中进行沉淀、清理，再由管道、井筒水管等排至地面。现今矿井排水方式主要分为卧式排水和潜水泵排水，其中:卧式排水为干式排水，通常将泵体安装在井下泵房，可实现大流量排水，是大多数矿井常用的排水方式;而潜水泵排水则是将泵体安装在水中，主要用于矿井被淹后的抢救恢复。在卧式排水方式中，离心式排水泵是最为常见的排水设备，其工作原理如下:首先将水灌入泵腔和吸水管，再启动电机，通过轴带动叶轮旋转，使得叶轮内的水被甩向泵壳，再通过管道排出。

矿井排水系统设计主要依据井内涌水量进行设备选择，包括水泵选型、水泵台数以及管径等都需经过专业测算，方可得出合理方案。近年来，随着煤矿开采力度逐渐加大，很多矿区的地层结构遭受严重破坏，矿井涌水情况较以前更为严重，很多矿井工程对其排水系统进行优化改造，以提升矿井排水能力，保障开采工程的质量与安全。

第一，优化排水系统泵体设计。泵体优化主要从泵本身的性能优化以及泵体数量增加和泵房优化等方面进行。目前矿井工程大多使用节段式多级泵，但这种泵型容易发生磨损、汽蚀现象，导致系统的排水能力大大降低，因此可使用性能更为优越的泵型，如对称型蜗壳式多级泵，其抗汽蚀性能更好，叶轮转速更低，设备使用寿命更长，排水能力也更高;在泵体数量选择上，工程技术人员可根据一段时间内矿井涌水量的变化情况作出调整，增加泵的数量来应对更加频繁的井下涌水，在选择泵型时也应选择具有富余扬程与流量的泵型，便于解决突然增加的涌水排出问题;此外，泵房也应进行合理的优化改造，工作人员可根据科学计算对原泵房进行扩建，并做好泵房结构设计与管道铺设，泵的运行方式也应进行合理调整。

第二，优化系统管道设计，提高排水效率。管道网络在矿井工程设计排水系统时就已做好统一规划，相比水泵、叶轮等装置，管道的使用寿命较长且更换频率较低，但受井水水质影响，长期使用的管道内壁会有严重的结垢、腐蚀现象，导致管道排水效率降低，因此对管道系统进行优化改造十分必要。矿井工作人员主要通过两种方法进行管道系统的优化与改造，一方面对管道与井筒部分进行除垢操作，使管道阻力减小、排水效率提升;另一方面，对损坏管道进行更换，避免因管道原因而导致排水效率降低。此外，矿井工作人员还会依据水泵扬程与流量以及流速的科学计算优化管道网络，使其管道铺设能够满足涌水的排出要求。

除此之外，对排水系统电驱装置以及控制装置进行优化改造也有着重要意义，矿井工作人员利用供电系统与地面控制系统，对排水装置的用电量与启停运行进行控制，有利于提高矿井排水系统效率，保障矿井工程的质量安全。总之，通过对矿井排水系统各环节进行优化改造，可有效提升其排水效率，促进整个煤矿工程节能减耗，并使煤矿开采的安全生产得以保障。