魏國(guó)昌 張曉波

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

紅山鐵礦井下排水系統(tǒng)優(yōu)化

魏國(guó)昌 張曉波

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

分析了谷段—平段—峰段電價(jià)的關(guān)系，對(duì)紅山鐵礦每日所需電量進(jìn)行了分段，優(yōu)化排水泵的排水時(shí)間，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加1臺(tái)排水泵，降低峰段及平段的排水時(shí)間。該系統(tǒng)實(shí)施后，在該礦服務(wù)年限內(nèi)，可以節(jié)省大量排水費(fèi)用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

井下排水 時(shí)段電價(jià) 排水系統(tǒng)優(yōu)化

地采礦山礦井排水用電量約占礦山總耗電量的20%～28%[1]。電力部門(mén)按照不同時(shí)段，規(guī)定了用電的峰段、平段、谷段電價(jià)。根據(jù)測(cè)算，全礦水泵在電價(jià)峰段運(yùn)行和在谷段運(yùn)行的年電費(fèi)差值在百萬(wàn)元以上[2]。因此，對(duì)原排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，降低峰段及平段的排水時(shí)間，盡量利用谷段時(shí)間排水，以節(jié)省排水費(fèi)用。

1 原排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)及不足

1.1 原排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

紅山鐵礦位于河北省遷安市，礦床水文地質(zhì)條件為中等，井下排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用集中排水。在-587 m 水平混合井車場(chǎng)北側(cè)設(shè)置水泵房，采場(chǎng)坑內(nèi)涌水、充填滲水、采礦廢水等通過(guò)-575 m主運(yùn)輸平巷和泄水井自流到進(jìn)水巷道，然后進(jìn)入水倉(cāng)。匯水經(jīng)離心泵通過(guò)敷設(shè)在混合井的排水管路排至地表選廠高位水池內(nèi)。

通過(guò)水文地質(zhì)條件分析，井下正常涌水量為4 771 m3/d，最大涌水量為8 434 m3/d，采礦廢水(除塵廢水、充填體滲水)1 271 m3/d，井下正常排水總量為6 042 m3/d(252 m3/h)。按照水倉(cāng)容納6～8 h水量計(jì)算，需要水倉(cāng)總?cè)莘e1 511～2 016 m3。設(shè)計(jì)布置兩組相互獨(dú)立的水倉(cāng)，交替使用。兩組水倉(cāng)總長(zhǎng)度255 m，總?cè)莘e2 211 m3，可容納8 h地下水量。

按最大涌水量配備排水設(shè)備，水泵房設(shè)置3臺(tái)MD330-90B×11型多級(jí)離心泵。每臺(tái)水泵流量330 m3/h，揚(yáng)程748 m，功率1 000 kW/臺(tái)。正常涌水時(shí)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修；最大涌水時(shí)2臺(tái)工作，1臺(tái)備用，能滿足井下排水要求。

1.2 排水時(shí)段分析

對(duì)原設(shè)計(jì)每日所需用電量分段分析，并通過(guò)水倉(cāng)內(nèi)的水量來(lái)確定每天水泵最優(yōu)排水時(shí)間。設(shè)計(jì)正常涌水量下只有1臺(tái)水泵運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間為18.3 h。

用電峰段時(shí)間為8:00—12:00、17:00—21:00；平段時(shí)間為12:00—17:00、21:00—24:00；谷段時(shí)間為24:00—8:00。設(shè)計(jì)最節(jié)約電費(fèi)的排水時(shí)段分布為谷段8 h、平段8 h、峰段2.3 h?，F(xiàn)對(duì)此種排水方案進(jìn)行驗(yàn)算是否超過(guò)水倉(cāng)容積。

由于有兩個(gè)峰段時(shí)間，為驗(yàn)證水泵在哪個(gè)峰段時(shí)間運(yùn)行合理，特制定兩個(gè)排水運(yùn)行方案。見(jiàn)表1。

表1 排水方案運(yùn)行分析

第一峰段排水方案的水倉(cāng)容積在平段內(nèi)不足以保證水泵滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，此方案不適合；第二峰段排水方案符合最節(jié)約電費(fèi)的要求，該方案所需電費(fèi) 8 010元。

由此可以看出，原設(shè)計(jì)占用大量峰段及平段排水時(shí)間，排水費(fèi)用較高，需對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，但由于地下礦水倉(cāng)擴(kuò)大容積十分困難，所以本次設(shè)計(jì)對(duì)水倉(cāng)未加改動(dòng)。

2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

設(shè)計(jì)通過(guò)降低峰段及平段排水時(shí)間來(lái)節(jié)約電費(fèi)。優(yōu)化后增加1臺(tái)水泵，保證正常涌水時(shí)2臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修。在正常涌水量下每臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間為9.15 h。

2.1 方案Ⅰ:谷段8 h，平段1.15 h

最節(jié)約電費(fèi)的排水分布時(shí)段為谷段8 h、平段1.15 h，經(jīng)驗(yàn)算，優(yōu)化后的排水方案運(yùn)行時(shí)段見(jiàn)表2。

表2 排水方案Ⅰ運(yùn)行分析

根據(jù)表2分析，無(wú)論在哪個(gè)平段時(shí)間排水1.15 h，均會(huì)超過(guò)水倉(cāng)最大蓄水量。根據(jù)逆向推導(dǎo)，在滿足不超過(guò)水倉(cāng)最大蓄水量的情況下，計(jì)算最為節(jié)約電費(fèi)的排水時(shí)間分布。

2.2 方案Ⅱ:平段2.76 h,谷段6.4 h

排水方案運(yùn)行分析見(jiàn)表3。

表3 優(yōu)化后排水方案Ⅱ運(yùn)行分析

此種方案所需電費(fèi)為6 600元。

3 選場(chǎng)生產(chǎn)用水測(cè)算

紅山鐵礦提供礦石100萬(wàn)t/a，加工礦石約2 740 t/d，根據(jù)處理每噸原礦需新水1.5～2 m3計(jì)算，所需新水約5 480 m3/d(228 m3/h)，由于紅山礦井下正常排水總量為6 042 m3/d(252 m3/h),完全滿足選場(chǎng)生產(chǎn)需要。

根據(jù)原設(shè)計(jì)，將水倉(cāng)中的水排至地表選場(chǎng)高位水池內(nèi)，高位水池蓄水量為2 000 m3，根據(jù)優(yōu)化后的方案對(duì)高位水池1 d蓄水量進(jìn)行驗(yàn)算，以滿足生產(chǎn)及安全條件。高位水池運(yùn)行分析見(jiàn)表4。

在時(shí)間段24:00—8:00，高位水池積水超過(guò)高位水池最大蓄水量，但能夠滿足選場(chǎng)用水。需在高位水池至老采坑新建一條管道，向老采坑排水573 m3/d。

驗(yàn)算結(jié)果說(shuō)明紅山鐵礦井下排水能夠滿足選礦生產(chǎn)用水，并且排水時(shí)保證水泵在平段、谷段運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的。

表4 高位水池運(yùn)行分析

4 效益分析

按照優(yōu)化方案，增加1臺(tái)MD330-90B×11型多級(jí)離心泵及配套電機(jī)，增設(shè)1條混合井到地表選場(chǎng)高位水池的排水管，增加預(yù)算88.4萬(wàn)元(各設(shè)備后期維護(hù)資金與原設(shè)計(jì)基本持平)，水泵房基建工程量增加預(yù)算73.79萬(wàn)元，每年節(jié)省電費(fèi)約51.5萬(wàn)元。紅山鐵礦還有19 a的服務(wù)期，可節(jié)省大量排水費(fèi)用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 提高排水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的其他措施

(1)提高水泵運(yùn)行效率。合理調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行工況點(diǎn)；提高水泵的檢修、安裝質(zhì)量，降低其容積、水力和機(jī)械損失，保證水泵長(zhǎng)期高效運(yùn)行；應(yīng)定期檢查和更換磨損超限的大小口環(huán)，保證與葉輪前后邊緣間隙合理；均勻壓緊填料蓋(以水均勻外滴為準(zhǔn))；無(wú)論配置新葉輪還是檢修安裝泵，都應(yīng)清除葉輪和正反導(dǎo)葉流道內(nèi)的飛邊、毛刺，使流道光潔[3]。

(2)對(duì)排水設(shè)備和管網(wǎng)等設(shè)施定期檢修，確保設(shè)備和設(shè)施的完好[4]。排水管路積垢后，管路阻力增加，管路特性曲線變陡，工況點(diǎn)左移，排水單耗顯著增加，所以要定期清掃管路，改善工況。

(3)加大水倉(cāng)容積并及時(shí)進(jìn)行水倉(cāng)清理。在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中，水倉(cāng)前要加裝篦子，安排專人清理雜物，保證進(jìn)水清潔及水道通暢；井下水倉(cāng)前應(yīng)增設(shè)沉淀池，并定期清理水倉(cāng)，提高水倉(cāng)內(nèi)水質(zhì)，增大水倉(cāng)實(shí)際容量，減少水泵開(kāi)停次數(shù)[5]。

(4)減小礦井排水量，降低排水費(fèi)用。整修地面河溝、巖石裂縫和塌陷區(qū)等易向井下漏水的地方，當(dāng)江、河、湖泊、水庫(kù)等向井下漏水時(shí)，可注漿堵水防漏；礦井防塵、空壓機(jī)冷卻水及其它生產(chǎn)用水，盡量利用地下水，以減小排水量。并應(yīng)堵塞井田范圍內(nèi)的廢舊鉆孔。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)的優(yōu)化，降低了峰段及平段的排水時(shí)間，盡量利用谷段時(shí)間排水，可大量節(jié)省排水費(fèi)用。在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中要具體問(wèn)題具體對(duì)待，在有利于礦井安全生產(chǎn)的前提下，以節(jié)能為目的，從各方面提高排水系統(tǒng)的效能，減少運(yùn)行費(fèi)用，提高礦井經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 丁世忠．礦井主排水泵節(jié)能改造[J]．非金屬礦，2007，30(z1)：54-55．

[2] 謝光輝．礦井排水經(jīng)濟(jì)性分析[J]．中國(guó)煤炭，2001，27(6)：49-50．

[3] 劉李昌．煤礦井下排水設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)談[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(11)：71．

[4] 朱文軍．提高礦井排水系統(tǒng)效率及節(jié)約電能的有效途徑[J]．煤炭技術(shù)，2003，22(9)：51．

[5] 廖 麗．礦井主排水設(shè)備的節(jié)能措施[J]．煤炭工程，2004(6)：44-45．

2015-04-15)

魏國(guó)昌(1982—)，男，工程師，碩士，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)龍海道71號(hào)。