魏國昌 張曉波

(中冶京誠(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

魏國昌 張曉波

(中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

分析了谷段—平段—峰段電價的關系，對紅山鐵礦每日所需電量進行了分段，優(yōu)化排水泵的排水時間，在原設計的基礎上增加1臺排水泵，降低峰段及平段的排水時間。該系統(tǒng)實施后，在該礦服務年限內(nèi)，可以節(jié)省大量排水費用，具有顯著的經(jīng)濟效益。

井下排水 時段電價 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]。電力部門按照不同時段，規(guī)定了用電的峰段、平段、谷段電價。根據(jù)測算，全礦水泵在電價峰段運行和在谷段運行的年電費差值在百萬元以上[2]。因此，對原排水系統(tǒng)設計進行優(yōu)化，降低峰段及平段的排水時間，盡量利用谷段時間排水，以節(jié)省排水費用。

1 原排水系統(tǒng)設計及不足

1.1 原排水系統(tǒng)設計

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)設計采用集中排水。在-587 m 水平混合井車場北側(cè)設置水泵房，采場坑內(nèi)涌水、充填滲水、采礦廢水等通過-575 m主運輸平巷和泄水井自流到進水巷道，然后進入水倉。匯水經(jīng)離心泵通過敷設在混合井的排水管路排至地表選廠高位水池內(nèi)。

通過水文地質(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)。按照水倉容納6～8 h水量計算，需要水倉總?cè)莘e1 511～2 016 m3。設計布置兩組相互獨立的水倉，交替使用。兩組水倉總長度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備，水泵房設置3臺MD330-90B×11型多級離心泵。每臺水泵流量330 m3/h，揚程748 m，功率1 000 kW/臺。正常涌水時1臺工作，1臺備用，1臺檢修；最大涌水時2臺工作，1臺備用，能滿足井下排水要求。

1.2 排水時段分析

對原設計每日所需用電量分段分析，并通過水倉內(nèi)的水量來確定每天水泵最優(yōu)排水時間。設計正常涌水量下只有1臺水泵運行，運行時間為18.3 h。

用電峰段時間為8:00—12:00、17:00—21:00；平段時間為12:00—17:00、21:00—24:00；谷段時間為24:00—8:00。設計最節(jié)約電費的排水時段分布為谷段8 h、平段8 h、峰段2.3 h。現(xiàn)對此種排水方案進行驗算是否超過水倉容積。

由于有兩個峰段時間，為驗證水泵在哪個峰段時間運行合理，特制定兩個排水運行方案。見表1。

表1 排水方案運行分析

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

由此可以看出，原設計占用大量峰段及平段排水時間，排水費用較高，需對原設計進行優(yōu)化，但由于地下礦水倉擴大容積十分困難，所以本次設計對水倉未加改動。

2 排水系統(tǒng)設計優(yōu)化方案

設計通過降低峰段及平段排水時間來節(jié)約電費。優(yōu)化后增加1臺水泵，保證正常涌水時2臺工作，1臺備用，1臺檢修。在正常涌水量下每臺水泵運行時間為9.15 h。

2.1 方案Ⅰ:谷段8 h，平段1.15 h

最節(jié)約電費的排水分布時段為谷段8 h、平段1.15 h，經(jīng)驗算，優(yōu)化后的排水方案運行時段見表2。

表2 排水方案Ⅰ運行分析

根據(jù)表2分析，無論在哪個平段時間排水1.15 h，均會超過水倉最大蓄水量。根據(jù)逆向推導，在滿足不超過水倉最大蓄水量的情況下，計算最為節(jié)約電費的排水時間分布。

2.2 方案Ⅱ:平段2.76 h,谷段6.4 h

排水方案運行分析見表3。

表3 優(yōu)化后排水方案Ⅱ運行分析

此種方案所需電費為6 600元。

3 選場生產(chǎn)用水測算

紅山鐵礦提供礦石100萬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),完全滿足選場生產(chǎn)需要。

根據(jù)原設計，將水倉中的水排至地表選場高位水池內(nèi)，高位水池蓄水量為2 000 m3，根據(jù)優(yōu)化后的方案對高位水池1 d蓄水量進行驗算，以滿足生產(chǎn)及安全條件。高位水池運行分析見表4。

在時間段24:00—8:00，高位水池積水超過高位水池最大蓄水量，但能夠滿足選場用水。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。

驗算結(jié)果說明紅山鐵礦井下排水能夠滿足選礦生產(chǎn)用水，并且排水時保證水泵在平段、谷段運行，從而達到節(jié)約電費的目的。

表4 高位水池運行分析

4 效益分析

按照優(yōu)化方案，增加1臺MD330-90B×11型多級離心泵及配套電機，增設1條混合井到地表選場高位水池的排水管，增加預算88.4萬元(各設備后期維護資金與原設計基本持平)，水泵房基建工程量增加預算73.79萬元，每年節(jié)省電費約51.5萬元。紅山鐵礦還有19 a的服務期，可節(jié)省大量排水費用，具有較好的經(jīng)濟效益。

5 提高排水系統(tǒng)經(jīng)濟性的其他措施

(1)提高水泵運行效率。合理調(diào)節(jié)水泵運行工況點；提高水泵的檢修、安裝質(zhì)量，降低其容積、水力和機械損失，保證水泵長期高效運行；應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)；無論配置新葉輪還是檢修安裝泵，都應清除葉輪和正反導葉流道內(nèi)的飛邊、毛刺，使流道光潔[3]。

(2)對排水設備和管網(wǎng)等設施定期檢修，確保設備和設施的完好[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)加大水倉容積并及時進行水倉清理。在設計及生產(chǎn)中，水倉前要加裝篦子，安排專人清理雜物，保證進水清潔及水道通暢；井下水倉前應增設沉淀池，并定期清理水倉，提高水倉內(nèi)水質(zhì)，增大水倉實際容量，減少水泵開停次數(shù)[5]。

(4)減小礦井排水量，降低排水費用。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，當江、河、湖泊、水庫等向井下漏水時，可注漿堵水防漏；礦井防塵、空壓機冷卻水及其它生產(chǎn)用水，盡量利用地下水，以減小排水量。并應堵塞井田范圍內(nèi)的廢舊鉆孔。

6 結(jié) 論

通過對原設計的優(yōu)化，降低了峰段及平段的排水時間，盡量利用谷段時間排水，可大量節(jié)省排水費用。在設計及生產(chǎn)中要具體問題具體對待，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，減少運行費用，提高礦井經(jīng)濟效益。

[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)濟性分析[J]．中國煤炭，2001，27(6)：49-50．

[3] 劉李昌．煤礦井下排水設備經(jīng)濟運行經(jīng)驗談[J]．中國新技術(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．礦井主排水設備的節(jié)能措施[J]．煤炭工程，2004(6)：44-45．

2015-04-15)

魏國昌(1982—)，男，工程師，碩士，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)龍海道71號。