红山铁矿井下排水系统优化

魏国昌 张晓波

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

红山铁矿井下排水系统优化

魏国昌 张晓波

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

分析了谷段—平段—峰段电价的关系，对红山铁矿每日所需电量进行了分段，优化排水泵的排水时间，在原设计的基础上增加1台排水泵，降低峰段及平段的排水时间。该系统实施后，在该矿服务年限内，可以节省大量排水费用，具有显著的经济效益。

井下排水 时段电价 排水系统优化

地采矿山矿井排水用电量约占矿山总耗电量的20%～28%[1]。电力部门按照不同时段，规定了用电的峰段、平段、谷段电价。根据测算，全矿水泵在电价峰段运行和在谷段运行的年电费差值在百万元以上[2]。因此，对原排水系统设计进行优化，降低峰段及平段的排水时间，尽量利用谷段时间排水，以节省排水费用。

1 原排水系统设计及不足

1.1 原排水系统设计

红山铁矿位于河北省迁安市，矿床水文地质条件为中等，井下排水系统设计采用集中排水。在-587 m 水平混合井车场北侧设置水泵房，采场坑内涌水、充填渗水、采矿废水等通过-575 m主运输平巷和泄水井自流到进水巷道，然后进入水仓。汇水经离心泵通过敷设在混合井的排水管路排至地表选厂高位水池内。

通过水文地质条件分析，井下正常涌水量为4 771 m3/d，最大涌水量为8 434 m3/d，采矿废水(除尘废水、充填体渗水)1 271 m3/d，井下正常排水总量为6 042 m3/d(252 m3/h)。按照水仓容纳6～8 h水量计算，需要水仓总容积1 511～2 016 m3。设计布置两组相互独立的水仓，交替使用。两组水仓总长度255 m，总容积2 211 m3，可容纳8 h地下水量。

按最大涌水量配备排水设备，水泵房设置3台MD330-90B×11型多级离心泵。每台水泵流量330 m3/h，扬程748 m，功率1 000 kW/台。正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水时2台工作，1台备用，能满足井下排水要求。

1.2 排水时段分析

对原设计每日所需用电量分段分析，并通过水仓内的水量来确定每天水泵最优排水时间。设计正常涌水量下只有1台水泵运行，运行时间为18.3 h。

用电峰段时间为8:00—12:00、17:00—21:00；平段时间为12:00—17:00、21:00—24:00；谷段时间为24:00—8:00。设计最节约电费的排水时段分布为谷段8 h、平段8 h、峰段2.3 h。现对此种排水方案进行验算是否超过水仓容积。

由于有两个峰段时间，为验证水泵在哪个峰段时间运行合理，特制定两个排水运行方案。见表1。

表1 排水方案运行分析

第一峰段排水方案的水仓容积在平段内不足以保证水泵满负荷运转，此方案不适合；第二峰段排水方案符合最节约电费的要求，该方案所需电费 8 010元。

由此可以看出，原设计占用大量峰段及平段排水时间，排水费用较高，需对原设计进行优化，但由于地下矿水仓扩大容积十分困难，所以本次设计对水仓未加改动。

2 排水系统设计优化方案

设计通过降低峰段及平段排水时间来节约电费。优化后增加1台水泵，保证正常涌水时2台工作，1台备用，1台检修。在正常涌水量下每台水泵运行时间为9.15 h。

2.1 方案Ⅰ:谷段8 h，平段1.15 h

最节约电费的排水分布时段为谷段8 h、平段1.15 h，经验算，优化后的排水方案运行时段见表2。

表2 排水方案Ⅰ运行分析

根据表2分析，无论在哪个平段时间排水1.15 h，均会超过水仓最大蓄水量。根据逆向推导，在满足不超过水仓最大蓄水量的情况下，计算最为节约电费的排水时间分布。

2.2 方案Ⅱ:平段2.76 h,谷段6.4 h

排水方案运行分析见表3。

表3 优化后排水方案Ⅱ运行分析

此种方案所需电费为6 600元。

3 选场生产用水测算

红山铁矿提供矿石100万t/a，加工矿石约2 740 t/d，根据处理每吨原矿需新水1.5～2 m3计算，所需新水约5 480 m3/d(228 m3/h)，由于红山矿井下正常排水总量为6 042 m3/d(252 m3/h),完全满足选场生产需要。

根据原设计，将水仓中的水排至地表选场高位水池内，高位水池蓄水量为2 000 m3，根据优化后的方案对高位水池1 d蓄水量进行验算，以满足生产及安全条件。高位水池运行分析见表4。

在时间段24:00—8:00，高位水池积水超过高位水池最大蓄水量，但能够满足选场用水。需在高位水池至老采坑新建一条管道，向老采坑排水573 m3/d。

验算结果说明红山铁矿井下排水能够满足选矿生产用水，并且排水时保证水泵在平段、谷段运行，从而达到节约电费的目的。

表4 高位水池运行分析

4 效益分析

按照优化方案，增加1台MD330-90B×11型多级离心泵及配套电机，增设1条混合井到地表选场高位水池的排水管，增加预算88.4万元(各设备后期维护资金与原设计基本持平)，水泵房基建工程量增加预算73.79万元，每年节省电费约51.5万元。红山铁矿还有19 a的服务期，可节省大量排水费用，具有较好的经济效益。

5 提高排水系统经济性的其他措施

(1)提高水泵运行效率。合理调节水泵运行工况点；提高水泵的检修、安装质量，降低其容积、水力和机械损失，保证水泵长期高效运行；应定期检查和更换磨损超限的大小口环，保证与叶轮前后边缘间隙合理；均匀压紧填料盖(以水均匀外滴为准)；无论配置新叶轮还是检修安装泵，都应清除叶轮和正反导叶流道内的飞边、毛刺，使流道光洁[3]。

(2)对排水设备和管网等设施定期检修，确保设备和设施的完好[4]。排水管路积垢后，管路阻力增加，管路特性曲线变陡，工况点左移，排水单耗显著增加，所以要定期清扫管路，改善工况。

(3)加大水仓容积并及时进行水仓清理。在设计及生产中，水仓前要加装篦子，安排专人清理杂物，保证进水清洁及水道通畅；井下水仓前应增设沉淀池，并定期清理水仓，提高水仓内水质，增大水仓实际容量，减少水泵开停次数[5]。

(4)减小矿井排水量，降低排水费用。整修地面河沟、岩石裂缝和塌陷区等易向井下漏水的地方，当江、河、湖泊、水库等向井下漏水时，可注浆堵水防漏；矿井防尘、空压机冷却水及其它生产用水，尽量利用地下水，以减小排水量。并应堵塞井田范围内的废旧钻孔。

6 结 论

通过对原设计的优化，降低了峰段及平段的排水时间，尽量利用谷段时间排水，可大量节省排水费用。在设计及生产中要具体问题具体对待，在有利于矿井安全生产的前提下，以节能为目的，从各方面提高排水系统的效能，减少运行费用，提高矿井经济效益。

[1] 丁世忠．矿井主排水泵节能改造[J]．非金属矿，2007，30(z1)：54-55．

[2] 谢光辉．矿井排水经济性分析[J]．中国煤炭，2001，27(6)：49-50．

[3] 刘李昌．煤矿井下排水设备经济运行经验谈[J]．中国新技术新产品，2011(11)：71．

[4] 朱文军．提高矿井排水系统效率及节约电能的有效途径[J]．煤炭技术，2003，22(9)：51．

[5] 廖 丽．矿井主排水设备的节能措施[J]．煤炭工程，2004(6)：44-45．

2015-04-15)

魏国昌(1982—)，男，工程师，硕士，066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。