提高地浸矿山潜水泵使用周期的方法

赵 明，曹俊鹏，杨少武，闫纪帆

(中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000)

内蒙古某CO2+O2地浸采铀矿山，采区布置有注液钻孔和抽液钻孔，浸出剂采用加压方式通过注液钻孔注入到含矿含水层，与矿层中的铀充分反应并将其从矿石中浸出；含铀的浸出液沿矿层渗流至抽液钻孔，通过抽液钻孔中的潜水泵提升至地表[1]。浸出液提升泵采用的是功率为5.5 kW的三相井用变频潜水泵，经由抽液钻孔下放至地面以下约150～160 m处。由于浸出液中携带有泥沙和矿层中的化学沉淀物等杂质，致使潜水泵工况较差，潜水泵故障甚至损坏的现象时有发生，导致潜水泵使用周期缩短。为此，开展了地浸矿山浸出液提升泵使用周期影响因素研究，以期采取针对性的解决措施来提高潜水泵的使用周期。

1 潜水泵运行现状

1.1 井用潜水泵工作原理

井用潜水泵由潜水泵泵体及电机两部分组成，工作时由潜水泵电机驱动潜水泵的叶轮旋转，使叶轮进口处形成真空，将水吸入，水在叶轮叶片的作用下产生离心力，从而获得加速度[2]；具有一定能量的水通过导流壳，进入下一级叶轮，随着泵级数的增加，压力不断增大，最后通过扬水管将水运送至地表管路系统中。

1.2 潜水泵故障类型及成因

内蒙古某CO2+O2地浸采铀矿山浸出液提升用潜水泵故障类型主要包括抽液量下降、电机过流、电机绝缘损坏等。通过理论分析并结合现场实际工况，得出潜水泵出现故障的成因。

1.2.1 潜水泵抽液量下降的成因

潜水泵抽液量下降的成因：1)潜水泵叶轮磨损/损坏导致运行中的潜水泵叶轮吃水面积减少，水在叶轮作用下所产生的离心力变小，泵的扬程也随之变小，使得潜水泵抽液量下降[3]；2)潜水泵与电机的连接花键磨损，导致运行中的潜水泵电机轴与泵轴连接处的摩擦阻力变小、凹凸连接处滑丝，电机无法有效带动潜水泵做功，影响功率传输效率，最终使得潜水泵抽液量下降；3)潜水泵断轴导致运行中的潜水泵电机与泵体脱离，此时的潜水泵电机处于空载运行状态，潜水泵则因失去了源动力而停止运行，潜水泵抽液量变为零。

1.2.2 潜水泵电机过流的成因

潜水泵电机过流主要是由潜水泵电机水封损坏引起的。潜水泵电机水封损坏，导致含有杂质的浸出液进入潜水泵电机内部定子、转子之间的环形间隙，使得潜水泵电机定子、转子间的摩擦阻力变大[4]。为维持电机转速不变，需要产生更强的旋转磁场和更大的激磁电流，最终导致潜水泵电机过流。

1.2.3 潜水泵电机绝缘损坏的成因

潜水泵电机绝缘损坏主要是由抽液钻孔动水位过低引起的。抽液钻孔动水位过低，导致井孔内水位超出了潜水泵-150 m的下潜深度，使得运行中的潜水泵处于抽空(空载运行)、无水冷却状态，最终导致潜水泵电机的绝缘温度升高，进而过热烧损。

2 影响潜水泵使用周期的主要因素

通过对因潜水泵叶轮磨损/损坏、潜水泵与电机的连接花键磨损、潜水泵断轴、潜水泵电机水封损坏导致的故障潜水泵进行拆解，发现这些潜水泵均积淤严重。由于地浸采铀矿山浸出液中携带有泥沙和矿层中的化学沉淀物等杂质，致使浸出液提升用潜水泵工况变差。

潜水泵长期在这种较差的工况下运行，易积淤过多而出现问题：1)高速运转下的潜水泵叶轮与淤垢中的泥沙摩擦，导致叶轮叶片磨损甚至损坏；2)额外增加了潜水泵的载荷，在此种状态下长期运行使得潜水泵与电机的连接花键处因所承受的扭力增大导致磨损严重，进而影响传动，尤其是潜水泵由静止启动时，泵轴因承受的瞬时扭力过大易导致断轴；3)潜水泵电机水封长期受淤垢中泥沙等杂质的磨擦、冲刷，导致水封密封不严甚至损坏。

分析认为，潜水泵叶轮磨损/损坏、潜水泵与电机的连接花键磨损、潜水泵断轴、潜水泵电机水封损坏主要是由于潜水泵积淤过多所致。

综合以上分析，可以将导致潜水泵抽液量下降、电机过流、电机绝缘损坏的原因(亦是影响潜水泵使用周期的因素)，归结为潜水泵积淤过多和抽液钻孔动水位过低。

3 提高潜水泵使用周期的方法

针对潜水泵积淤过多和抽液钻孔动水位过低，制定相应解决方法，见表1。

表1 潜水泵故障成因及解决方法

3.1 提泵清淤

潜水泵及电机积淤过多使得潜水泵出力下降，导致潜水泵抽液量随之下降[5]。区别于因抽液钻孔动水位低、涌水量不足所导致的潜水泵抽液量下降，前者表现为泵的抽液流量降低但不波动，电机电流亦不波动；而后者表现为泵的抽液流量和电机电流会周期性同步波动。所以针对抽液量下降明显但不波动、电机电流亦不波动的抽液钻孔，可进行提泵清淤。

3.2 洗井

针对动水位低的抽液钻孔，通过洗井提升水位，提高钻孔涌水量。抽液钻孔动水位低，实际上反映出其动水位波动较大，动水位最低时接近甚至超出了潜水泵的工作深度，导致潜水泵抽空(空载运行)。此种情况大多是因为抽液钻孔过滤器堵塞造成，具体表现为潜水泵抽液量伴随着潜水泵电机电流同步波动。所以针对潜水泵抽液量波动大、电机电流亦波动较大的抽液钻孔，可进行洗井以提升水位，稳定抽液流量。

3.3 潜水泵降频运行

若无法通过洗井改善抽液钻孔涌水量，提升水位，则需要将潜水泵电机降频运行，减少其出力以稳定抽液流量，避免潜水泵抽空(空载运行)导致绝缘烧损。

3.4 更换低功率潜水泵

对于动水位过低且无法通过洗井改善的抽液钻孔，在保证潜水泵扬程的前提下，尽可能更换低功率潜水泵，在稳定抽液流量的同时提高潜水泵电机的工作效率，提高其运行的经济性。

4 提高潜水泵使用周期方法的现场应用

应用3.1～3.4所述提高潜水泵使用周期的方法，解决内蒙古某CO2+O2地浸采铀矿山浸出液提升用潜水泵存在的实际问题。

4.1 解决潜水泵及电机积淤问题

在选择抽液流量下降明显但不波动、潜水泵电机电流亦不波动的抽液钻孔，有针对性地进行提泵清淤。

24-2421钻孔：该抽液钻孔内潜水泵功率为5.5 kW，初始流量为6 m3/h，清淤前流量为2.5 m3/h。将整体泵提出后发现泵和电机均积淤严重，从而验证了根据潜水泵抽液量和电机电流的变化来判断潜水泵及电机积淤的可靠性。清淤后，该抽液钻孔的抽液流量提升至5.8 m3/h，基本恢复正常，潜水泵抽液量下降的问题得以解决。

27-32B3钻孔：该抽液钻孔内潜水泵功率为5.5 kW，初始流量为6.2 m3/h、电机电流为11 A；清淤前流量为4.1 m3/h、电机电流为14.1 A。该潜水泵电机电流已接近过流保护设定值(14.3 A)，随时存在电机过流跳闸的可能。对该钻孔进行提泵清淤，将整体泵提出后发现泵和电机均积淤严重。清淤后，该抽液钻孔的抽液流量提升至6.1 m3/h，电流降至11 A，基本恢复正常，潜水泵抽液量下降问题以及潜水泵电机过流隐患得以解决。

4.2 解决抽液钻孔动水位过低问题

选择抽液流量波动大、潜水泵电机电流亦波动较大的抽液钻孔，有针对性地分别进行洗井、将潜水泵降频运行和更换低功率潜水泵。

27-42B3钻孔：该抽液钻孔内潜水泵功率为5.5 kW，抽液流量在0～5.6 m3/h波动，电机电流在5.3～11.2 A波动。测量钻孔动水位发现，该钻孔的动水位最低时达-150 m，已经超出了潜水泵的下潜深度，从而验证了根据潜水泵抽液量和潜水泵电机电流的变化来判断抽液钻孔水位低、涌水量不足的可靠性。对该钻孔进行空压机洗井，洗井后抽液流量稳定在5.1 m3/h，动水位稳定在-76 m，通过洗井有效避免了潜水泵抽空(空载运行)可能导致的电机绝缘烧损。

22-K1039钻孔：该抽液钻孔内潜水泵功率为5.5 kW，抽液流量在0～4.2 m3/h波动，电机电流在5.0～10.9 A波动，电机频率为50 Hz，动水位在-70～-150 m波动。该抽液钻孔经洗井后抽液流量未见改善，抽液流量仍波动较大。将该钻孔内潜水泵降频运行(由50 Hz降至47 Hz)以减少其出力，降频运行后抽液量稳定在2.5 m3/h，动水位稳定在-79 m。通过将潜水泵降频运行有效避免了潜水泵抽空(空载运行)可能导致的电机绝缘烧损。

11-26C0钻孔：该抽液钻孔内潜水泵功率为5.5 kW，抽液流量在0～2.3 m3/h波动，电机电流在5.6～11.1 A波动，电机频率为50 Hz，动水位在-108～-151 m波动。该抽液钻孔经洗井后抽液量未见改善，仍波动较大。将该钻孔内潜水泵降频运行(由50 Hz降至45 Hz)，降频运行后抽液量仍波动。考虑到潜水泵运行的经济性，不再对潜水泵继续降频以实现稳定抽液量的目的；而是将原5.5 kW潜水泵更换为3.7 kW潜水泵，在其满负荷运行的情况下水量稳定在了1.92 m3/h，动水位稳定在了-109 m。通过更换低功率潜水泵有效避免了潜水泵抽空(空载运行)可能导致的电机绝缘烧损。

5 结论

导致内蒙古某CO2+O2地浸采铀矿山浸出液提升用潜水泵故障频次较高、使用周期缩短的主要原因是潜水泵及电机积淤和抽液钻孔动水位低，可以根据潜水泵抽液量以及电机电流的变化来判断、区分成因。针对不同成因，通过对潜水泵及电机进行清淤可避免因潜水泵及电机因积淤过多导致的潜水泵抽液量下降或潜水泵电机过流；通过洗井、将潜水泵降频运行、更换低功率潜水泵可避免因抽液钻孔动水位低、涌水量不足导致的潜水泵抽空、绝缘烧损问题。