矿井排水管路闭式高压水除垢技术在九里山矿的应用

李良先，刘建博

1河南能源焦煤公司机电部 河南焦作 454002

2河南能源焦煤公司九里山矿 河南焦作 454100

九 里山矿井下中央泵房现有 MD450-60×6 型水泵 21 台，排水管 8 条，其中副井井筒敷设 6 条排水管，直径为 419 mm，钻孔敷设 2 条排水管，直径为 377 mm。主排水管安装至今已使用 30 多年，排水管内壁结垢严重。经在排水管上开口，实测 8 条排水管结垢厚度为 60～90 mm，结垢导致整个排水系统效率低下，影响排水系统安全高效运行。

为提高矿井排水效率，确保系统安全高效运行，九里山矿井于 2018 年对排水管路进行更换，仅更换1 条管路就耗时 4 个月，材料和施工费共计 90 万余元，管路更换期间严重影响矿井副井提升，且井筒作业存在的安全风险较大。为彻底解决矿井排水管路结垢问题，提高排水效率，矿井亟需探索一种安全高效的解决方案。

1 管路除垢技术分析

目前，管路除垢技术主要有化学除垢、物理除垢和机械除垢[1-2]。化学除垢主要采用酸性液体浸泡，通过化学反应将碱性污垢分解排出管路；物理除垢主要采用超声波、水射流等方法，将污垢破碎后排出管路；机械除垢主要是在壁内用切削工具刮蚀除垢，如使用刺球在排水管内刮削清理积垢[3]。鉴于目前环保要求和排水管路安装位置的特殊性，化学除垢和机械除垢在九里山矿排水管路除垢施工中均不宜采用。

通过对排水管路结垢成分和结垢厚度的分析，九里山矿主排水管路内壁结垢的主要成分为煤屑和煤泥混合物。结垢形式有 2 种：一种是在地面平直段形成的层理较为清晰的结垢体，厚度较薄，硬度较大；另一种是由煤屑和煤泥沉积而形成的结垢体，硬度低，比较厚，一般为 60～90 mm，主要分布在井筒垂直段、管道及泵房环形管路段。结合现有的除垢方法和现场实际情况，九里山矿决定采用物理除垢中的水射流工艺，通过优化施工工艺流程，改进除垢喷头装置，探索出了一种闭式高压水除垢技术。

2 闭式高压水除垢工艺流程

闭式高压水除垢技术是以水为介质，通过增压装置形成高压水，再经过特制的喷头喷射出能量集中、速度很高的水射流，连续不断地作用在长距离封闭的管路内表面，从而使结垢体脱落，达到除垢的目的[4-6]。

2.1 装置介绍

整个闭式高压水除垢装置分为增压装置、高压水管、除垢喷头及水管升降装置，如图 1 所示。

图1 除垢装置结构简图

(1) 增压装置主要由过滤器、冷却器和柱塞泵组成，首先将自来水进行过滤，确保进入高压管路的液体不含杂质，不会堵住喷头，然后通过柱塞泵将过滤后的自来水进行加压，形成高压水作为除垢的动力源。冷却器主要是对高压水进行冷却，防止水温过高。增压装置通过高压胶管为喷头提供动力。

(2) 可旋转喷头由喷头和支撑架组成，其中支撑架分为垂直管路支撑架和水平管路支撑架 2 种形式。如图 2 所示为垂直管路内清理垢体使用，支撑架主要作用为防护喷头；图 3 所示为清理水平管路垢体使用，支撑架可以在管路内平稳移动。

(3) 升降装置为提升绞车，通过升降固定在绞车钢丝绳上的高压水管带动喷头在管路内移动。

2.2 除垢施工流程

在整个除垢的过程中，将排水管路分为地面、井筒段和井下管道至泵房段管路 3 部分，分部逐段依次进行清洗。

图2 喷头 1

图3 喷头 2

(1) 井筒段管路施工。首先在井口排水管路入井筒处的弯头上开 1 个 200 mm 的圆孔，在井底管道最上方的弯头处开 1 个 600 mm×400 mm 的方孔，然后利用井口安装的小绞车将绑扎在绞车钢丝绳上的高压胶管沿排水管路下放至除垢位置进行施工。

为避免冲刷掉的垢体赌塞管路，井筒段排水管路除垢采用自下而上的施工顺序，粉碎后的垢体沿管路自然下落，在井底管路上开口处排出，直接流入副井井底小井内，集中进行清理。

(2) 管道及环形管路施工。由于高压清洗喷头不能转弯，井下管道及泵房段采用分段清洗，在每个弯头处割开 600 mm×400 mm 孔，人工将高压管拖拽至除垢位置再进行施工，在除垢的过程中，利用高压喷头的反作用力及喷头支架支撑，喷头可以自动向前冲洗排水管路。

(3) 地面管路施工与管道及环形管路施工流程一致。每条排水管路除垢结束后对开口处进行恢复焊接，为保障后期排水管路的运行安全，除对开口进行焊接外，还要在开口处加装紧固装置，确保安全。

3 除垢效果分析

矿井排水管路闭式高压水除垢技术在九里山矿应用后，每条排水管路除垢后均接受验收。

(1) 利用微型摄像头查看管壁结垢清理情况，如图 4、5 所示，除垢前后对比效果明显，使用闭式高压水除垢技术能够解决九里山矿主排水管路结垢问题，且对管路自身没有造成伤害。

图4 清洗前管路结垢情况

图5 清洗后管路内壁情况

(2) 除垢前后排水系统效率对比。以 6 号管路为例，管路除垢前后测试的一泵一管每百米电耗分别为0.501 和除垢后的电耗明显下降。

(3) 大大缩短了施工周期。前期选择更换管路，由于日常需要正常提升，每天能够安排的检修时间有限，更换一条排水管路耗时 4 个月，而采用高压水清洗平均 7 天可以完成一条管路。

4 结语

采用闭式高压水对矿井排水管路除垢具有环保无污染，成本低，效率高等优点。

清洗介质为自来水，不存在任何污染；与更换排水管路相比，仅为更换管路费用的 12%；生产影响小，可以在副井正常提升期间连续施工，做到施工、生产两不误；安全高效，闭式高压水除垢施工不存在井筒作业，且施工效率高，清洗 1 条管路是更换管路用时的且除垢效果好。

通过在九里山矿应用后发现，闭式高压水除垢技术在矿井排水管路除垢方面具有施工成本低、周期短、操作方便等优点，在类似矿井中具有很好的推广和应用价值。