引言

隨著(zhù)礦井工作面的延伸，供水壓力已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，同時(shí)考慮減輕地面污水處理壓力，奧灰水不上井，直接在井下利用，作為南翼盤(pán)區的生產(chǎn)水源。山西某礦井下生產(chǎn)供水系統為：依靠地面蓄水池靜壓水，通過(guò)主管道向井下供水。

 

1 供水方案

        南輔大巷 3 號奧灰水的涌水 80 m 3 /h，如圖 1 所示通過(guò)南輔 DN100 mm管道排至西一盤(pán)區輔運大巷蓄水池（建兩個(gè) 150 m 3 左右的蓄水池，容積滿(mǎn)足加壓 1 臺水泵 1 h 用水即可）；如果奧灰水補水不足，可通過(guò)地面靜壓水，向蓄水池補水。同時(shí)通過(guò)潛水泵、隔爆變頻器、壓力變送器與 PLC 控制箱控制（2套，1 用 1 備定時(shí)輪換），經(jīng) DN150 mm 管路輸出壓力恒定的水流，經(jīng)一趟 DN200 mm管引到南翼采區管路上，專(zhuān)供南翼用水（如水池水位到達下限，水位控制器動(dòng)作，水泵停止輸出）。 [1] 保證工作面水量充足，壓力穩定，工作面壓力要求達到 1.6 ~1.8 MPa。

        注水時(shí)電動(dòng)閥 1 關(guān)閉，奧灰水通過(guò)閥 3、閥 4 進(jìn)入蓄水池 1、2，達到上限水位，通過(guò)液位信號可編程控制箱控制電動(dòng)閥 1 打開(kāi)，奧灰水直接流向水倉。當水位下降 0.3 m，電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，繼續向水池注水。如奧灰水供水不能滿(mǎn)足用水要求，蓄水池水位低于1 m 時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)電動(dòng)閥 2，地面靜壓水通過(guò)閥 8、閥9 進(jìn)入蓄水池 1、2，達到上限水位，電動(dòng)閥關(guān)閉 [2] 。

 

2 選型及要求

        根據礦井南翼用水量，需 150 m 3 /h 的蓄水池作為水源儲蓄。

2.1 蓄水池的選擇及相關(guān)要求

        經(jīng)過(guò)對比篩選，供水硐室決定布置在西一盤(pán)區輔運大巷內，距離南翼 3 號奧灰水孔 850 m，落差 5 m。

2.1.1 選址原因

        1）該巷道目前處于閑置狀態(tài)，長(cháng)度有 100 m，可以直接改造成供水硐室；

        2）該巷道沿煤層頂板布置，底板煤厚約 2 m，施工蓄水池時(shí)底板破巖量少；

        3）該巷道有好立的通風(fēng)系統，滿(mǎn)足供水硐室的使用要求。

 

2.1.2 水池建造方案

        設置兩個(gè)蓄水池（見(jiàn)下頁(yè)圖 2），一用一備。蓄水能力 2×150 m 3 ，單個(gè)水池尺寸：長(cháng)×寬×高 =20 m×3 m×3 m。

單個(gè)水池尺寸：長(cháng)×寬×高 =20 m×3 m×3 m（底板以上 1 m+ 底板以下 2 m），四周澆筑 0.6 m厚的素混凝土，水池中間澆筑 0.8 m厚的鋼筋混凝土，墻體采用錨桿（索）+ 網(wǎng)片進(jìn)行支護，錨桿間排距為 800mm×1 000 mm，錨索間排距為 1 000 mm×2 000 mm。在每個(gè)蓄水池中間位置各施工一個(gè)放置泵體的水窩，水窩尺寸：長(cháng)×寬×高 =7 m×2 m×0.7 m。

        在水池東幫各留設一個(gè)溢流口，高于巷道底板200 mm，并在巷道東幫留設 200 mm×200 mm的水溝；在中間墻體設置兩個(gè) Φ159 mm 的連接孔，且安裝配套閥門(mén)，距水池底板 1 m。硐室內砌筑設備安裝平臺，平臺尺寸為：長(cháng)×寬×高 =30 m×2 m×0.5 m。

 

2.2 管路選型、系統及施工要求

2.2.1 管路材質(zhì)、管徑選擇

        1）奧灰水進(jìn)蓄水池管路選擇，南翼 3 號奧灰水出水口管徑為 DN80 mm，水質(zhì)檢驗報告內含有硫酸根離子與碳酸根離子，為防治酸根離子對鋼管腐蝕，故選定為 DN100 mm的環(huán)氧樹(shù)脂涂層復合鋼管 [3] 。

        2）蓄水池出水管路選擇，除滿(mǎn)足不被酸根離子腐蝕外，為減少恒壓變頻泵揚程阻力，降低管路投資成本，選定為 DN150 mm的環(huán)氧樹(shù)脂涂層復合鋼管。

        3）地面供水管路進(jìn)蓄水池管路選擇，為減少普通無(wú)縫鋼管管內銹質(zhì)、減少供水阻力，降低管路投資成本，選定為 DN150 mm的環(huán)氧樹(shù)脂涂層復合鋼管。

 

2.2.2 管路系統

2.2.2.1 補水管路系統

        1）從南翼 3 號奧灰水出水點(diǎn)安裝至西一盤(pán)區輔運大巷蓄水池內。

        2）從南翼膠帶大巷 DN200mm靜壓水管，經(jīng)南輔與南膠 9 號聯(lián)巷，安裝至西一盤(pán)區輔運大巷蓄水池內。

2.2.2.2 供水管路系統

從西一盤(pán)區輔運大巷蓄水池，管路安裝至南翼膠帶大巷，南翼各大巷分別與南翼膠帶大巷靜壓水主管路聯(lián)通，為南翼工作面供水 [4] 。

 

2.3 恒壓變頻泵選擇及供電系統

        根據南翼 3 號奧灰水孔標高 +467 m，出水量80 m 3 /h，水壓 1.8 MPa 及水質(zhì)檢驗報告分析；蓄水池位置標高 +472 m，#遠工作面供水距離 6 300 m，供水落差為 80 m；滿(mǎn)足工作面壓力 1.6 ~1.8 MPa。

 

        1）選定型號：BQS160- 390- 350，揚程 390 m，電壓 1 140 V，電機功率 350 kW。外形尺寸：長(cháng) 5.1 m，直徑 600 mm，重量 2 300 kg。防腐蝕型不銹鋼礦用排沙電泵 2 臺，一用一備。

        2）供電系統。恒壓變頻泵站采用 1 140 V 雙回路供電，雙回路電源來(lái)自南翼瓦斯泵站變電所，經(jīng)南輔大巷引至西一盤(pán)區輔運繞道泵站低壓饋電開(kāi)關(guān)。潛水泵采用變頻驅動(dòng)，泵站配備 2 臺變頻器 。

 

2.4 自動(dòng)化控制系統設計及要求

        監控傳輸系統，井下奧灰水恒壓變頻供水監控系統需將信號接口轉變?yōu)?RJ45 后接入該礦井千兆以太環(huán)網(wǎng),將信號傳輸給地面的上位機，并支持相關(guān)單位通過(guò)網(wǎng)頁(yè)方式（B/S） 或者安裝客戶(hù)端的方式（C/S）訪(fǎng)問(wèn)上位機查看數據。

 

3 工作要求

3.1 系統組成

        通過(guò)潛水泵、變頻器與壓力變送器實(shí)現恒壓（0~2.5 MPa）控制，滿(mǎn)足工況要求。

 

3.2 系統原理

        如圖 3 所示，其原理是：將主管出口壓力作為調控參數，通過(guò)智能壓力變送器將主管出口壓力信號，轉換為 4~20 mA直流信號，送入調節器，與壓力設定比較，其差值由調節器作 PI 運算，輸出信號送給變頻器，隨時(shí)調整變頻器的輸出頻率，控制電機轉速，改變泵的排水量，維持主管出口壓力穩定在設定的壓力值上；若主管壓力改變時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)行調節，如：當用水量減少而主管壓力增加時(shí)，調節過(guò)程使變頻器信號大于設定信號，調節器輸出減少，變頻輸出頻率低，電機轉速下降，泵排水量減小，使主管壓力減��；由于其調控過(guò)程較快，短時(shí)間內變頻器信號和壓力給定信號便處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，從而維持了變頻器輸出頻率的穩定，實(shí)現了主管出口壓力，平穩供水—— — 恒壓供水。

        如果誤操作關(guān)閉主管道閥門(mén)或長(cháng)時(shí)間不用水時(shí)，水泵在變頻器設定的下限頻率運行 5 min 后，將進(jìn)入休眠狀態(tài)，節省了電能；等到有地方用水時(shí)，自動(dòng)喚醒功能起效，水泵正常工作，維持設定壓力。

 

3.3 系統要求

        實(shí)現手、自一體化，可設置手動(dòng)、自動(dòng)功能，定時(shí)輪換。

        1）手動(dòng)時(shí)可隨意啟動(dòng)任一臺泵。

        2）自動(dòng)時(shí)默認 1 號泵先啟動(dòng)，到達設定時(shí)間自動(dòng)切換到 2 號泵，往復循環(huán)。

        3）設置水池缺水、出水口超壓預警值，可自動(dòng)停機；恢復后，自動(dòng)投入運行。

        4）可通過(guò)安全監控分站，利用礦上現有環(huán)網(wǎng)，向地面傳輸兩套系統工況，通過(guò)顯示屏監視包括雙電源狀態(tài)、運行狀態(tài)、流量、水位、入口、出口壓力，溫度等，可控制泵啟停，實(shí)現無(wú)人值守。

        5）監測現場(chǎng) CO 2、H2 S、SO 2 、NH 3 、CO 等氣體情況，設置報警斷電。將監控探頭吊掛在水池下風(fēng)側。

 

4 結論

        1）恒壓供水能自動(dòng) 24 h 維持恒定壓力，并根據壓力信號自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，調整壓力，供水方便，不需要重復升井處理后再下井使用的復雜過(guò)程 [7] 。

        2）直接將靜壓水轉換為動(dòng)壓供水，減少沿途壓力損失，維持工作面用水壓力恒定。

        3）采用恒壓變頻供水保護，可監測水泵運行情況、流量、水位、入口、出口壓力、溫度等。

        4）系統配置可實(shí)現全自動(dòng)供水，實(shí)現無(wú)人值守自動(dòng)供水�？刂葡到y具有故障報警和顯示功能，并可進(jìn)行工變頻轉換，應急供水。

        5）系統根據工作面用水量的變化來(lái)調節水泵轉速，使水泵始終工作在高效區，當系統零流量時(shí)，機組進(jìn)入休眠狀態(tài)，水泵停止，流量增加后才進(jìn)行工作，節電效果明顯，比恒速水泵節電 23%~55%。