浅析金矿井下排水方式

浅析金矿井下排水方式

马耀鹏

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东省莱州市 261400

摘要：针对金矿井下排水泵房自动化排水改造中遇到的问题，通过对水仓水位、水泵累计时长、运行时间段等参数的设置，改变控制方式实现相关功能，解决水泵多台运行、交替运行、避峰就谷等问题。

关键词：金矿开采；井下；排水方式

1金矿井下排水的重要性
　　金矿水的形成主要有地面水和地下水组成，地面水主要包括矿井附近的江河、湖泊、池塘、水库等积水，以及季节性雨水，、雪水，由裂隙、断层或塌陷区渗入井下。地下水主要包括地下含水层水、溶洞、老空水、断层水等。金矿井下涌水量与当地的气候条件及水文地质有很大关联，不同季节也会有不同的涌水量出现。在采掘金矿过程中，会出现破坏地层结构、岩层断裂，导致水层中水流入矿井的现象。因为水往低处流，矿井开采一般都会在负水平面，以上所述矿井水若不能及时排送出矿井，积累到超出水仓后会给整个矿井的生产甚至工人安全造成不堪设想的后果。据可靠数据，在采掘金过程中，每有一吨金被开采就会有相应的217吨矿井水被排到地面上，当涌水量很大的时候甚至有十几倍于正常涌水量的矿水要排除。金矿井下的用于排水的离心泵电机功率小则几千瓦，大则几百千瓦甚至上千千瓦，其用电量一般占金矿总用电量的约20%左右。因此，矿井排水设备安全可靠并且在最大程度上节约用电和重复利用水资源是未来发展的重要研究方向。而金矿井下排水量随着采金量的增长也在不断增多，然而由于种种原因并没有将这些井下排水进行利用起来，不仅浪费资源，受污染的井下排水还会污染环境。水资源是人类赖以生存的基本能源，中国地大物博，但是水资源的分布并不均衡，尤其是在我国的西北部地区，某些区域的水资源严重匮乏。金矿资源的开采工程主要集中在一些比较干旱的西北区域，更造成水资源的缺失。井下排水是一种新式水资源开发利用手段，对金矿井下排水的处理和利用成为金矿开发工作中的一项重要内容。

2井下排水方式

2.1压力管引水

压力管引水是有底阀引水方式中最常用的一种，利用排水管内的存水来为水泵灌引水井下水泵排水管上基本都装有逆止阀，排水管内都有存水。在逆止阀和调节闸阀的两侧加装旁通阀，可将排水管内的存水引入泵体，实现水泵灌引水。启泵前，打开旁通阀和排气阀，排水管内的存水通过旁通阀进入泵体和吸水管，空气通过排气阀排出，当排气管内有水流出时，关闭旁通阀和排气阀，合闸启动电动机。

该引水方式的优点是设备简单、易于使用；缺点是底阀处于水仓底部，容易被异物卡住，导致密封不严，影响灌水，也不便于检修维护，而且底阀处水头损失较大，排水效率不高。

在设计自动排水监控系统时，需将旁通阀和排气阀更换为电动阀，以实现程序控制；在排气管上加装液位开关，用于监测是否有水流出。

2.2射流引水

射流引水是利用压力水通过射流器时产生的真空将泵体内空气逐渐带走，水仓水沿吸水管自下而上充满泵壳的一种引水方式。该方式主要采用射流器、射流阀、真空阀、真空表等设备。

使用该方式引水时，首先同时打开射流阀和真空阀，压力水经射流阀进入射流器并驱动其吸气室内形成真空，泵体内的空气经真空阀进入射流器吸气室，并逐步排空，当真空表负压值达到启泵所需压力时，关闭真空阀和射流阀，合闸启动电动机。

射流引水方式是目前金矿井下应用最广的无底阀引水方式，其优点是设备简单、安装方便、易于维护；缺点是引水效率不够高，需要大量的压力水作为动力。为避免压力水不足时整个泵房瘫痪，通常泵房内至少保留１台带有底阀的水泵。

设计自动排水监控系统时，需将射流阀、真空阀更换为电动阀，同时在真空表处利用三通接入负压传感器，通过程序实现射流控制和负压判断。压力水是射流引水得以正常工作的关键，为进一步增加系统可靠性，通常还在射流阀前面增加２～３台选择阀，以实现排水管及消防水等多个压力水源的选择。

2.3真空泵引水

真空泵引水方式采用水环式真空泵的偏心结构，周期性地形成负压，抽取水泵和吸水管内的空气，并通过循环水箱的汽水分离功能实现水箱水的循环使用，逐渐排空泵体内的空气。该方式主要采用真空泵、循环水箱、真空阀、注水阀及真空表等设备。

使用该方式引水时，需保证循环水箱内有一定量的存水。水泵启动前，打开注水阀，循环水箱内的水在重力作用下流入真空泵。当水位淹没真空泵叶轮时，启动真空泵并打开真空阀，使真空泵吸气口与离心泵泵体连通，以抽取离心泵泵壳内的空气。空气和水在真空泵内混合，经汽水混流管重新流入循环水箱，然后空气被排入大气中，循环水继续从循环水箱底部流入真空泵，实现循环使用。真空泵启动后，需持续观察真空表数值，当负压满足水泵启动条件时，合闸启动水泵电动机并关闭真空泵及抽真空相关阀门。

该引水方式的优点是抽真空效率高，不需要压力水源，缺点是需要为真空泵提供额外动力，并需要一定的设备安装空间，设备成本较高。为降低设备成本并节省空间，泵房内通常只配备一主一备２台真空泵，多水泵通过管路设计实现真空泵共享。真空泵需要少量的水作为媒介才能实现抽真空操作，因此，必须确保真空泵内有足够的水。设计自动排水系统时，通常采用２种方式来确保真空泵内有水。方式１：在循环水箱内增加水位开关，在水箱上方增加补水管道和补水阀，以实现循环水箱的水位监测和补水操作；方式２：取掉水箱，直接将真空泵注水管接到水泵排水管上，利用排水管内大量的存水为真空泵提供水源，汽水混流管内的水直接排到水泵房水仓。此外，要实现自动排水控制，除更换电动阀和增加负压传感器外，还需为水环式真空泵提供状态采集接口和控制输出接口。

2.4真空罐引水

真空罐引水方式在水泵吸水口与吸水管之间加密闭的水箱，启泵前水箱内加满水并保持密闭；启泵时水泵抽取真空罐内的水，造成罐内负压；随着真空度的增加，吸水管内的空气逐渐被吸入真空罐，最后水仓内的水被吸入真空罐，水泵正常运行。该方式主要采用真空罐、注水阀等设备。

理论上，真空罐引水方式只需要为真空罐灌水一次，但实际上，由于受设备漏水等因素的影响，每隔一段时间都要检查真空罐内的水位。

该引水方式的优点是水泵启动时不需要每次都进行灌引水操作，使用方便快捷；缺点是水箱占用空间较大，其体积一般不小于水泵吸水管体积的３倍。该引水方式实现自动控制的关键是如何实现真空罐水位的监测和电动注水。通常有２种设计思路：一种是将水箱的注水阀更换为电动阀，并在吸水管位置增加一组排气阀和水位开关，每次启泵前都执行注水操作；另一种是在真空罐上加装水位传感器，精确测量真空罐水位，仅在水位超低时才执行注水操作。

2.5其他引水方式

除以上常用的引水方式外，金矿井下还有子母泵、正压水仓、自吸泵及潜水泵等引水（排水）方式。

子母泵是水泵正压启动的一种，是将小型潜水泵（子泵）加装在离心泵（母泵）吸水管上，通过子泵为母泵提供引水的一种引水方式。离心泵启动前，首先启动小型潜水泵，由潜水泵向离心泵吸水管打水，之后启动离心泵；待离心泵正常运行后，停止潜水泵。该方式的优点是母泵的启动速度和成功率高，缺点是潜水泵检修维护不方便。

正压水仓方式是将水仓建造在高于离心泵的位置，在水泵吸水管上加装进水闸阀，水泵启动前打开进水闸，水仓内的水在重力作用下自动充满泵壳。该方式的优点是启泵流程简单，对水泵气密性要求低；缺点是水仓建设难度大，存在一定危险性，为排出水仓积水，需与负压水仓同时建设。

自吸泵通过水泵自身结构实现水泵的灌引水操作。在水泵运转前，需在泵腔内存有一定量的水，自吸泵启动后，由于叶轮的旋转作用，使吸水管路的空气和水充分混合，并被排到汽水分离室。汽水分离室上部的气体溢出，下部的水返回叶轮，重新和吸入管路的剩余气体混合，直到把泵及进水管路内的气体全部排尽，完成自吸，使水泵进入正常工作状态。该方式的优点是不需要额外的引水装置，控制流程简单；缺点是泵体结构复杂，井下检修维护困难。

潜水泵是离心泵的一种特殊形式，可直接在水下使用，其优点是启停控制简单，缺点是水泵长期浸泡于矿井水下，故障后难以检修维护。

结束语：
　　综上所述，金矿在安全生产方面在不断地进步，但是仍然面临十分严峻的形势。我国需要研制智能化的排水自动化控制系统，我国己有一部分金矿运用了比较先进的排水设备，在未来的发展中要不断创新和完善，保障金矿生产安全和高效。
　　参考文献：
　　[1]高林.金矿井下排水自动控制系统的研究与开发[D].太原理工大学,2007.
　　[2]李杰.金矿井下排水系统运行可靠性研究与控制系统研制[D].太原理工大学,2010.
　　[3]付磊.金矿井下排水控制系统设计与优化[D].中国矿业大学,2014.