高 鵬

作為礦井排水系統(tǒng)的“主力”，排水泵能夠使礦井排水系統(tǒng)的工作效率得到全面地提升。但在排水泵的日常運(yùn)行中，由于地處礦井之下，會(huì)承受不同程度的壓力，而且排水過程中水質(zhì)較為污濁，其中摻雜的諸多雜質(zhì)也會(huì)對排水泵造成一定程度的磨損。所以為了能有效提高礦井主排水泵的運(yùn)行效率，就需要對排水泵的損壞進(jìn)行詳細(xì)的分類，從而針對不同類型的損壞制定合理的解決措施，確保排水泵在排水系統(tǒng)中安全運(yùn)行。

1 礦井主排水泵運(yùn)行過程中損壞分類

1.1 流水腐蝕

主排水泵在礦井的生產(chǎn)作業(yè)中會(huì)將礦井生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水排出，而生產(chǎn)廢水中攜帶的大量礦井煤灰使得水中的會(huì)濃度過高，對運(yùn)行中的主排水泵造成汽蝕；同時(shí)在排水泵運(yùn)行過程中，流水的沖擊也會(huì)在一定程度上將泵件表面的金屬材質(zhì)剝離，逐漸磨損泵件；再加上礦井的生產(chǎn)廢水會(huì)產(chǎn)生煤灰沉淀現(xiàn)象，煤灰積攢過多時(shí)，就會(huì)對排水泵的吸水造成阻礙，甚至導(dǎo)致排水泵在排水過程中出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；礦井中的廢水中還包含許多未知元素，都會(huì)對排水泵的泵件造成或多或少的腐蝕，減少泵件的使用壽命。

1.2 運(yùn)行過程中的機(jī)械性磨損

礦井主排水泵在日常工作中會(huì)通過自身的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)排出礦井中的廢水，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中一定會(huì)產(chǎn)生磨損，這種磨損被統(tǒng)一稱為機(jī)械性磨損，作為礦井生產(chǎn)作業(yè)中的常見磨損，并不會(huì)對主排水泵的日常運(yùn)行產(chǎn)生過多影響，但在礦井生產(chǎn)過程中，一旦有過大的硬質(zhì)顆粒摻雜在礦井廢水中，就會(huì)嚴(yán)重影響主排水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，諸如此類的硬質(zhì)顆粒造成的磨損類型大致可以分為如下四種。

1.2.1 泵件變形

礦井主排水泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，摻雜在水中的硬質(zhì)顆粒也會(huì)隨之高速運(yùn)動(dòng)，而這一過程中一旦顆粒與泵件表面或內(nèi)部發(fā)生碰撞，就會(huì)由于高速產(chǎn)生巨大的沖擊力，對泵件的表面產(chǎn)生撞擊，久而久之使得主排水泵的泵件發(fā)生磨損變形。因此在主排水泵的運(yùn)行過程中要對硬質(zhì)顆粒的夾雜進(jìn)行有效預(yù)防，同時(shí)還可以改變泵件的材質(zhì)，提高泵件的韌性抵御顆粒的沖擊，最大程度降低磨損，預(yù)防變形性磨損。

1.2.2 泵件切削

與上述情況相同，當(dāng)?shù)V井主排水泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，過大的轉(zhuǎn)速會(huì)使硬質(zhì)顆粒帶有巨大的沖擊力，若硬質(zhì)顆粒以不同的角度對泵件進(jìn)行碰撞，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，若硬質(zhì)顆粒通過某種角度的撞擊導(dǎo)致泵件材質(zhì)產(chǎn)生脫落，就形成了切削磨損，這種磨損輕則影響排水泵的使用壽命，重則直接導(dǎo)致排水泵運(yùn)行故障，礦井內(nèi)的積水無法有效排出，對礦業(yè)生產(chǎn)工作帶來巨大的安全隱患。

1.2.3 斜向磨損

上述的泵件磨損只是從理論上敘述單獨(dú)的硬質(zhì)顆粒對泵件產(chǎn)生沖擊而造成的磨損，而礦業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過程中，泵件則會(huì)同時(shí)承受上述兩種磨損，最終形成斜向磨損，該磨損會(huì)對泵件造成巨大的沖擊，導(dǎo)致泵件在運(yùn)行過程中承受嚴(yán)重的磨損，因此礦井主排水泵的管理人員應(yīng)注意在排水泵的運(yùn)行過程中定期檢查，同時(shí)從運(yùn)行模式和泵件材料上最大限度提升排水泵的性能，將磨損降到最低，延長排水泵的使用壽命。

1.2.4 研磨性磨損

上述磨損都可以通過提高泵件的韌性來減小磨損程度，可伴隨著泵件材質(zhì)韌性的提升，泵件的硬度就會(huì)相應(yīng)下降，一旦主排水泵的硬度下降，就容易產(chǎn)生研磨性磨損，硬質(zhì)顆粒伴隨著排水泵的高速運(yùn)轉(zhuǎn)與泵件表面產(chǎn)生摩擦力，對排水泵的表面零件產(chǎn)生各種磨損，久而久之會(huì)影響主排水泵的零件緊密程度和運(yùn)轉(zhuǎn)流暢程度，也不利于礦井主排水泵的長期有效作業(yè)。

1.3 沖蝕磨損

礦井主排水泵的材質(zhì)一般都是由金屬構(gòu)成，在主排水泵的日常作業(yè)過程中，經(jīng)過高速的旋轉(zhuǎn)和摩擦，會(huì)有程度較弱的電解池出現(xiàn)，雖然該電解池程度較弱，但“千里之堤，潰于蟻穴”，久而久之就會(huì)導(dǎo)致泵件表面出現(xiàn)點(diǎn)解現(xiàn)象，該現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，就會(huì)在主排水泵的泵件表面形成一層薄薄的腐蝕層，日積月累，不僅會(huì)對泵件本身進(jìn)行腐蝕，同時(shí)還會(huì)加重泵件的其他磨損程度，減少礦井主排水泵的使用壽命，甚至還會(huì)影響礦井工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 礦井主排水泵在運(yùn)行過程中的現(xiàn)存問題

2.1 礦井主排水泵富余揚(yáng)程過大

礦井在選擇主排水泵時(shí)主要從兩方面入手，其一是確保主排水泵在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中保證礦井排水系統(tǒng)的穩(wěn)定，根據(jù)礦井的實(shí)際情況，根據(jù)作業(yè)地質(zhì)、排水管道口徑等因素進(jìn)行主排水泵的選擇；其二是嚴(yán)格依據(jù)國家對礦井作業(yè)的相關(guān)規(guī)定，通過科學(xué)合理地方式選取主排水泵，選取過程中對排水泵的排水能力和數(shù)量進(jìn)行合理規(guī)劃，確保其滿足日常工作的同時(shí)還能有額外替換的空間。因此在排水泵的設(shè)置過程中，依據(jù)礦井的最大用水量進(jìn)行主排水泵的揚(yáng)程設(shè)置，意味著主排水泵在運(yùn)作過程中長期保持著具有一定富余揚(yáng)程的運(yùn)作狀態(tài)，這是礦井排水系統(tǒng)長期正常運(yùn)作的主要保障之一。若讓大部分排水泵的富余揚(yáng)程過大則會(huì)給礦井的電機(jī)作業(yè)帶來額外的負(fù)擔(dān)，增加了礦井作業(yè)成本的同時(shí)影響運(yùn)行效率，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致排水口出水時(shí)出現(xiàn)大動(dòng)壓，降低管網(wǎng)效率。

2.2 排水系統(tǒng)不匹配

由于礦井生產(chǎn)在我國具有悠久的歷史，因此大多數(shù)礦井作業(yè)時(shí)使用的排水系統(tǒng)僅僅是對過去的排水系統(tǒng)進(jìn)行了簡單改造，而過去的排水系統(tǒng)受技術(shù)制約和自然環(huán)境影響，大多數(shù)出現(xiàn)了設(shè)計(jì)不符和現(xiàn)存礦井開采工作的現(xiàn)象，不僅排水管道路徑布設(shè)不合理，管口直徑也不能達(dá)到現(xiàn)存排水泵的排水需求。同時(shí)個(gè)別礦井的排水管道還存在轉(zhuǎn)彎過多、轉(zhuǎn)彎過急的現(xiàn)象，上述現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致排水過程中排水泵加大水壓、加速運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，增加了主排水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)能耗，降低了排水泵的運(yùn)行效率。

2.3 礦井主排水泵泵件材質(zhì)低劣

當(dāng)前市場中，各種排水泵質(zhì)量參差不齊，從運(yùn)轉(zhuǎn)性能到組成材料都良莠不齊，導(dǎo)致礦井的主排水泵在使用過程中更加容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，增加了礦井排水的運(yùn)行成本。盡管近年來市場中的排水泵不斷進(jìn)行升級(jí)換代，但新型材料在使用過程中依舊不能達(dá)到使人滿意的狀態(tài)，大多數(shù)主排水泵的材料耐腐蝕性較差，尤其是在排水過程中遇到汽蝕問題時(shí)，大多數(shù)排水泵都會(huì)出現(xiàn)表層剝離和葉輪剝落的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了主排水泵的排水量和揚(yáng)程大小，極大程度上降低了礦井主排水泵的工作效率。

2.4 排放水質(zhì)不達(dá)標(biāo)

礦井作業(yè)過程中主排水泵所排放出的生產(chǎn)廢水內(nèi)含大量化學(xué)元素，這些雜質(zhì)會(huì)對主排水泵的日常運(yùn)轉(zhuǎn)造成腐蝕或磨損，導(dǎo)致主排水泵的使用壽命降低，增加礦井排水作業(yè)的成本，通常不達(dá)標(biāo)的水質(zhì)分為以下四種。

2.4.1 水質(zhì)偏硬

過硬的水質(zhì)會(huì)導(dǎo)致排水過程中泄水間隙過小，增加了排水泵在排水過程中的磨損，影響工作效率的同時(shí)增加了排水泵出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4.2 水內(nèi)含過多煤砂

煤砂屬于硬質(zhì)顆粒，會(huì)對泵件的表面產(chǎn)生碰撞和磨損，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致排水泵組件變形甚至失靈，同時(shí)葉輪和葉片在長期沖刷下也會(huì)出現(xiàn)工作效率降低甚至不工作的現(xiàn)象。

2.4.3 排水管路積垢

由于傳統(tǒng)管道設(shè)計(jì)問題，傳統(tǒng)排水管道存在大量轉(zhuǎn)彎，在這些環(huán)形管道中，由于水質(zhì)沉淀形成大量的污垢，久而久之污垢累積到一定程度，就會(huì)影響管道的排水口徑，尤其過去的排水管道在設(shè)計(jì)過程中就存在口徑較小的缺陷，如此一來，既降低了礦井排水效率，又容易導(dǎo)致排水水壓過高造成的管道破裂現(xiàn)象。

2.4.4 水倉淤積

除管道堵塞之外，部分礦井也容易出現(xiàn)水倉淤積的現(xiàn)象，水中過多的雜質(zhì)極易堵塞水泵的流通管道，限制水泵的運(yùn)行效率。尤其是部分礦井沒有為主排水泵設(shè)置相應(yīng)的沉淀池，巨大的水流沖擊力裹挾著砂石和諸多雜質(zhì)直接進(jìn)入水倉，加速了排水泵泵件的磨損程度。過多的淤泥在吸水井處淤積還容易堵塞排水口，嚴(yán)重影響排水工作，對礦井安全產(chǎn)生巨大威脅。

2.5 無法做到水泵的及時(shí)檢修

為確保礦井工作安全，相關(guān)管理人員應(yīng)當(dāng)定期對礦井主排水泵進(jìn)行檢查，在檢查過程中一旦發(fā)現(xiàn)排水泵性能不達(dá)標(biāo)或泵件損壞，就要進(jìn)行及時(shí)更換。但當(dāng)前礦井管理人員對排水泵的檢修和更換并不及時(shí)，即使礦井管理部門下達(dá)了定期檢修的要求，相關(guān)工作人員也出于形式主義簡單檢查，并沒有做到對排水泵的徹底檢修，導(dǎo)致礦井主排水泵長期出于低效的運(yùn)行狀態(tài)。

3 礦井主排水泵提高運(yùn)行效率的有效措施

3.1 預(yù)留應(yīng)急資金和應(yīng)急措施

排水系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)過程中的安全保障，一旦因排水泵的罷工而出現(xiàn)癱瘓，不僅對礦井工作人員的生產(chǎn)造成安全隱患，還會(huì)對整個(gè)礦井作業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。為應(yīng)對礦井主排水泵在運(yùn)行過程中由于長期磨損產(chǎn)生的突發(fā)狀況，礦井管理部門應(yīng)制定合理的應(yīng)急措施，預(yù)留相應(yīng)的排水泵作為應(yīng)急設(shè)備。同時(shí)管理部門也應(yīng)加大對排水管道的清理工作，預(yù)留相應(yīng)資金為無法及時(shí)更換的管道進(jìn)行相對徹底的除垢工作，確保排水管道在日常工作中的排水量達(dá)標(biāo)，以解決現(xiàn)實(shí)流速問題上升到降低礦井生產(chǎn)成本當(dāng)中，切實(shí)提高礦井排水泵的運(yùn)行效率。

3.2 采取多管并聯(lián)排水

過去老舊的排水管道大多存在排水路徑單一、排水管道口徑過小的問題，單線排水的管道一旦發(fā)生阻塞或淤積，就會(huì)嚴(yán)重影響排水工作的有序進(jìn)行，對礦井的生產(chǎn)作業(yè)造成巨大的威脅，因此礦井管理部門在提升主排水泵性能的同時(shí)也要注重提升管道的排水性能。當(dāng)前，多管并聯(lián)的方式能有效提升礦井排水的效率，一方面，多管并聯(lián)能最大程度避免因管道堵塞造成的排水效率降低問題，即便有一條管道出現(xiàn)了淤積，但其他管道也可以正常工作，絲毫不影響水流量；另一方面，多管并聯(lián)可以有效改善傳統(tǒng)排水管道細(xì)長、彎道多的弊端，有效降低管網(wǎng)阻力，從排水流量和排水路徑兩方面最大限度地提升礦井主排水泵的運(yùn)行效率。

3.3 科學(xué)合理設(shè)置揚(yáng)程

盡管為確保礦區(qū)排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要對排水揚(yáng)程進(jìn)行最大化設(shè)計(jì)，但也不意味著礦井主排水泵的排水揚(yáng)程的要一味擴(kuò)大，為降低排水泵日常運(yùn)營能耗，礦井管理部門應(yīng)當(dāng)結(jié)合礦井作業(yè)的實(shí)際情況和地質(zhì)分析進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算，根據(jù)排水泵所需的揚(yáng)程情況進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)整。

圖1 揚(yáng)程曲線

對某礦主排水泵采用兩種測試方法進(jìn)行測試比對。調(diào)節(jié)工況，采集了7 個(gè)工況點(diǎn)參數(shù)，折算到額定轉(zhuǎn)數(shù)下的揚(yáng)程及兩種測試方法之間的誤差隨流量變化關(guān)系見表1 所示。

表1 揚(yáng)程、誤差與流量關(guān)系

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，若當(dāng)前排水泵的富余揚(yáng)程小于單級(jí)揚(yáng)程，則可以通過規(guī)范操作適當(dāng)去除部分輪葉，以達(dá)到縮小水輪直徑的目的；若通過計(jì)算得出主排水泵的富余揚(yáng)程大于單級(jí)揚(yáng)程，則可以通過精簡水泵輪數(shù)或水泵段數(shù)達(dá)到排水高度和揚(yáng)程的統(tǒng)一。

3.4 對主排水泵進(jìn)行及時(shí)的更新?lián)Q代

科技飛速進(jìn)步，各行各業(yè)的產(chǎn)品也在隨時(shí)更新?lián)Q代，而礦井主也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代潮流，對排水系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的更新?lián)Q代。從主排水泵入手，礦井管理部門應(yīng)及時(shí)淘汰性能相對陳舊落后的排水泵，將高效節(jié)能的主排水泵應(yīng)用于自身的排水系統(tǒng)當(dāng)中。同時(shí)通過對葉輪材質(zhì)的長期使用實(shí)踐，積累排水泵不同材質(zhì)的使用經(jīng)驗(yàn)，得出不銹鋼葉輪水泵效率高于傳統(tǒng)葉輪水泵效率的結(jié)論之后，及時(shí)引入相應(yīng)材質(zhì)的排水泵進(jìn)行排水作業(yè)，延長礦井排水系統(tǒng)壽命的同時(shí)降低排水系統(tǒng)的運(yùn)行成本，為礦井創(chuàng)造更多生產(chǎn)收益奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5 及時(shí)處理水倉淤積

為確保礦井排水系統(tǒng)中主排水泵的使用壽命得以有效延長，相關(guān)部門應(yīng)及時(shí)重視排水過程中產(chǎn)生的水倉淤積現(xiàn)象，尤其是在排水系統(tǒng)中沒有設(shè)置沉淀池的礦井，更要重視對水倉淤積現(xiàn)象的日常巡檢，避免嚴(yán)重的淤積現(xiàn)象降低主排水泵的工作效率，為礦井的日常工作造成安全隱患。一方面，礦井管理部門應(yīng)安排相關(guān)人員定期更換水倉入水口處的過濾篩，以防篦子在長期沖刷下孔洞變大導(dǎo)致水倉內(nèi)混入大直徑硬質(zhì)顆粒，影響主排水泵的排水性能；另一方面，沒有布設(shè)沉淀池的礦井立即增設(shè)相關(guān)設(shè)施，這可以極大減少水流中的雜質(zhì)，同時(shí)降低了主排水泵的工作壓力，降低了硬質(zhì)顆粒對主排水泵泵件的磨損程度，同時(shí)，沉淀池的處理可以借助先進(jìn)的自動(dòng)清理設(shè)備，相較于清理水倉更為簡便，清理時(shí)間也被大大縮短了，提升排水泵工作效率的同時(shí)降低了礦井工作的人力資源成本，提升了礦井創(chuàng)造生產(chǎn)收益的能力。

3.6 強(qiáng)化維修管理工作

傳統(tǒng)主排水泵在檢修過程中，需要人工監(jiān)測，以防機(jī)械運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障造成安全生產(chǎn)問題，耗費(fèi)大量人力物力，而將機(jī)電一體化技術(shù)融入到排水泵的監(jiān)測中，就大大簡化了監(jiān)測流程。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于安全生產(chǎn)監(jiān)測工作后，其工作內(nèi)容具體劃分為在線監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警和故障自診三部分，其中操作人員可以使用機(jī)電一體化系統(tǒng)當(dāng)中的監(jiān)控系統(tǒng)對于排水流程進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題，監(jiān)測系統(tǒng)就會(huì)對排水過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷，若故障不嚴(yán)重可進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)；若故障較為棘手，機(jī)電一體化系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)向操作人員發(fā)出警報(bào)，并且對故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這簡化了人工檢查的步驟，也降低了礦井主排水泵對于人工檢查的依賴性。同時(shí)在排水泵工作環(huán)境中上安裝攝像頭對排水工作畫面進(jìn)行監(jiān)控，操作人員可以對監(jiān)控畫面的觀察作出判斷是否需要調(diào)整機(jī)械作業(yè)狀態(tài)，及時(shí)在遠(yuǎn)程監(jiān)控的狀態(tài)下也能做到及時(shí)高效地進(jìn)行排水作業(yè)，煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)流程得到大幅度簡化，而產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的效率也會(huì)隨之增高。

3.7 強(qiáng)化水溝維修管理

排水溝作為礦井排水系統(tǒng)的組成部分之一，對主排水泵的工作效率也起到顯著的影響，因此相關(guān)部門在日常工作中要強(qiáng)化水溝的維修管理工作，確保礦井排水過程中水溝能夠暢通無阻。同時(shí)主排水泵運(yùn)行的動(dòng)力來源是電力，礦井管理部門一定要對電力設(shè)施進(jìn)行定期維護(hù)和檢修，為主排水泵的穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)，隨時(shí)隨地地進(jìn)行高水位吸水，確保礦井生產(chǎn)安全。同時(shí)在日常用電高峰時(shí)期，降低排水水位，用電高峰結(jié)束后再降低吸水水位，便可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，有效節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本。

4 總結(jié)

排水系統(tǒng)作為礦井安全生產(chǎn)的基本保障之一，在我國的礦業(yè)生產(chǎn)過程中尤為重要，而提高排水系統(tǒng)中排水泵的運(yùn)行效率在確保煤礦工程生產(chǎn)安全的同時(shí)提高了煤礦機(jī)械設(shè)備的使用效率，也讓現(xiàn)代科技和傳統(tǒng)煤礦產(chǎn)業(yè)完美融合，對我國礦井的安全生產(chǎn)發(fā)展有極其深遠(yuǎn)的意義。在排水系統(tǒng)不斷發(fā)展完善的同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員也要不斷更新相關(guān)技術(shù)應(yīng)用方案，創(chuàng)新排水泵在排水系統(tǒng)中的使用方式，擴(kuò)大排水系統(tǒng)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍，以實(shí)現(xiàn)我國礦業(yè)生產(chǎn)在節(jié)能減排道路上的可持續(xù)發(fā)展。