張智斌
摘 要:井下排水是礦山生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一,排水系統(tǒng)的好壞關(guān)系到礦山能否正常、安全生產(chǎn)。排水設(shè)備消耗的電能,一般居全礦之首,占整個(gè)礦井生產(chǎn)的15%~25%,而對一些涌水量大的深井礦山,排水設(shè)備消耗的電能甚至在30%以上。所以,如何建立一種安全、自動(dòng)化、投資少、高效和節(jié)能的排水系統(tǒng),對于礦山高效、低耗生產(chǎn),顯得尤為重要。
關(guān)鍵詞:安全;自動(dòng)化;投資少;高效;節(jié)能
引言
井下排水是礦山生產(chǎn)中四大系統(tǒng)之一,排水系統(tǒng)的好壞關(guān)系到礦山能否正常、安全生產(chǎn)。涌水量大、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井,突然涌水,可能淹沒礦井,導(dǎo)致礦井停產(chǎn),造成人員傷亡或重大經(jīng)濟(jì)損失。另外,排水設(shè)備消耗的電能,一般居全礦之首,占整個(gè)礦井生產(chǎn)的15%~25%,而對一些涌水量大的深井礦山,排水設(shè)備消耗的電能甚至在30%以上。所以,如何建立一種安全、高效、節(jié)能、先進(jìn)和投資少的排水系統(tǒng),對于礦山高效、低耗生產(chǎn),顯的尤為重要。
礦井排水系統(tǒng)主要由:排水設(shè)備、排水設(shè)備的供、配電系統(tǒng)、排水管路以及排水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)等組成。本文是以山東某黃金礦業(yè)深井排水(正常涌水量:21557m3/d(898 m3/h),最大涌水量:30180m3/d(1257.5m3/h),排水幾何高差685m、排水管路單條長度1600m,沿30度斜井敷設(shè))設(shè)計(jì)選型進(jìn)行論述。
1 排水設(shè)備、設(shè)施的選型及標(biāo)準(zhǔn)
(1)符合:GB50830-2013冶金礦山采礦設(shè)計(jì)規(guī)范。井下主要排水設(shè)備應(yīng)至少由同型號的三臺泵組成,工作水泵應(yīng)能在20h內(nèi)排水出一晝夜的正常涌水量;除檢修泵外,其他水泵應(yīng)能在20h內(nèi)排出一晝夜的最大涌水量;
(2)避峰填谷。井下主排水泵房內(nèi)的排水設(shè)備應(yīng)盡量考慮排水設(shè)備能在用電谷段、平段排水,降低企業(yè)排水成本,達(dá)到經(jīng)濟(jì)排水。
2 排水設(shè)備、設(shè)施的選型
2.1 排水水泵的選擇
現(xiàn)深井排水設(shè)備主要是臥式多級離心泵。臥式多級離心泵又分臥式多級離心泵和臥式多級自平衡式泵。臥式多級自平衡式泵,是在傳統(tǒng)多級離心泵的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了創(chuàng)新,泵效率比同類別多級泵提高5-14%,無故障運(yùn)行時(shí)間是普通泵的3倍以上。
對于深井排水建議采用臥式多級自平衡式泵。
2.2 排水設(shè)備、設(shè)施具體型號選擇
正常情況下(工作水泵應(yīng)能在20 h內(nèi)排出一晝夜的正常涌水量;除檢修泵外,其它水泵應(yīng)能在20 h內(nèi)排出一晝夜的最大涌水量)。2.2.1 水泵排水能力計(jì)算
設(shè)備需要排出的正常排水量21557 m3/d÷20 h=1078m3/h;
設(shè)備需要排出的最大排水量30180 m3/d÷20 h=1509m3/h。
2.2.2 水泵型號、數(shù)量
初步選擇DF(P)580型水泵。數(shù)量4臺(2用1備1檢修),正常情況下,2臺泵同時(shí)排水時(shí),排水能力為1160m3/h>1078m3/h(正常需排水量)。
2.3 排水管路型號及數(shù)量選擇
2.3.1 管徑計(jì)算
d=
d=0.432m
Q:流量m3/h(按580 m?/h計(jì)算)
d:排水管所需的管徑m
n:向排水管中輸水的水泵臺數(shù)(按2臺泵同時(shí)向一條管路排水)
V:排水管中的經(jīng)濟(jì)流速,隨管徑、管材和地區(qū)電價(jià)而定,取2.2m/s
2.3.2 排水管路型號及數(shù)量
經(jīng)計(jì)算管徑可選:d=φ480型無縫鋼管,管路數(shù)量:2根(1用1備),1根管路可滿足2臺泵同時(shí)排水。
2.4 揚(yáng)程計(jì)算
d=0.423m
H=?H+Hf+Hi+?P
H-----------清水揚(yáng)程(m)
?H----------幾何高差(m)
Hf-----------沿程阻力折算揚(yáng)程(m)
Hf=f*(L/d)*V2/2g
f—通常取0.014-0.019
L—管路長度(m)(2285m)
d—管路內(nèi)徑(m)
g—取9.8
Hi----------局部阻力折算揚(yáng)程(m)
每個(gè)彎頭考慮0.1米或更少,以7個(gè)彎頭、3個(gè)閥門來計(jì)算。
?P----------泵出口余壓折算揚(yáng)程(m)。
?H=630-270=360m
Hf=0.016*(1600/432*10-3)*2.2/2/9.8≈7m
Hi:以24個(gè)彎頭、3個(gè)閥門來計(jì)算
Hi=(24+3)*0.1=2.7
H=685+7+2.7=694.7m
經(jīng)計(jì)算,正常情況下,排水設(shè)備、設(shè)施具體參數(shù):臥式多級自平衡式泵:型號:DF(P)580-95*8,流量:580m3/h、揚(yáng)程:760m,電壓:6000V,功率:1800kw,數(shù)量:4臺,管路:φ480型無縫鋼管,數(shù)量 2條。
2.5 避峰填谷,降低排水成本
企業(yè)要想降低排水成本,只有讓設(shè)備在谷段和平段電費(fèi)較低時(shí)間進(jìn)行排水。依據(jù)山東省物價(jià)局與山東省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)2015年4月24日下發(fā)的《關(guān)于完完善峰谷分時(shí)電價(jià)政策的通知》,用電峰平谷段時(shí)間及電價(jià)可知,全天谷段時(shí)間長8小時(shí),排水電費(fèi)最底為0.44025元,平段時(shí)間長也為8小時(shí),排水電費(fèi)為0.7305元,峰段時(shí)間長5小時(shí),排水電費(fèi)為1.02075元,尖峰段時(shí)間長5小時(shí),排水電費(fèi)為1.3685元。
3 經(jīng)濟(jì)效益分析及方案對比
3.1 正常情況下每年排水費(fèi)用
3.1.1 排水時(shí)間
采用DF(P)580-95×8型水泵,同時(shí)開啟2臺,每天排21557 m3正常涌水量,則需:21557÷(580*2)=18.58h,需每天在谷段8h、平段8h和峰段2.58h排水。
3.1.2 每年的排水費(fèi)用
每年谷段排水電耗=1800×2×0.8×0.44025×8×365=370.23萬元
每年平段排水電耗=1800×2×0.8×0.7305×8×365=614.32萬元
每年平段排水電耗=1800×2×0.8×1.02075×2.58×365=276.84萬元
每年排水費(fèi)用=370.23+614.32+276.84=1261.39萬元
3.2 避峰填谷,每年的排水費(fèi)用
3.2.1 排水時(shí)間
采用DF(P)580-95×8型水泵, 同時(shí)開啟3臺,在調(diào)整峰平谷排水的情況下,每天排21557 m3正常涌水量,水泵開啟時(shí)間為:
3.2.2 每天在谷段的排水時(shí)間
谷段排水能力580/h*3臺*8h=13920 m3
21557 m3>13920 m3,谷段8小時(shí)需全部開啟
3.2.3 每天在平段的排水時(shí)間
(21557m3-13920 m3)÷(580/h*3臺)=4.39h
3.2.4 峰平谷調(diào)整情況下,每年的排水費(fèi)用
每年谷段排水電耗=1800×3×0.8×0.44025×8×365=555.35萬元
每年平段排水電耗=1800×3×0.8×0.7305×4.39×365=505.66萬元
每年排水費(fèi)用=370.23+614.32+107.3=1061.01萬元
經(jīng)計(jì)算,正常情況下每年的排水費(fèi)用為1261.39萬元,采用避峰填谷排水,每年的排水費(fèi)用為1061.01萬元。
3.3 每年減少排水費(fèi)用
1261.39萬元-1061.01萬元=200.38萬元
從以上對比,選擇避峰填谷排水,每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益200.38萬元。
4 系統(tǒng)自動(dòng)化
現(xiàn)代化的排水系統(tǒng)應(yīng)采用現(xiàn)場層(遠(yuǎn)程IO),控制層(PLC)和管理層(工業(yè)計(jì)算機(jī))組成的三級控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。工業(yè)計(jì)算機(jī)利用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,PLC 作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù),遠(yuǎn)程IO 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳。
5 結(jié)語
深井排水系統(tǒng)的建設(shè),需從安全、自動(dòng)化、投資、使用、管理、運(yùn)行成本等方面進(jìn)行綜合考慮,通過多方面的對比,建立一種安全、自動(dòng)化、投資少、高效和節(jié)能的排水系統(tǒng)。