小龙潭露天矿坑底水泵房防排水系统优化

李朝泽

（云南省小龙潭矿务局，云南 开远 661601）

根据煤矿安全规程防治水和推进露天煤矿电气设备机械化、自动化、信息化、智能化的要求，推进“机械化换人、自动化减人”工作，推进采、运、排一体化工作面示范工程、自动化采煤工作面示范工程建设，推动煤矿智能升级改造，推行无人值守和远程监控。小龙潭露天矿采用大型潜水电泵，并对调度室功能进行完善，包括大屏改造，新建可视对讲系统、广播系统。建立灾害性天气预警预防机制，对主要含水层进行长期水位、水质动态观测，布设矿井和各出水点涌水量观测点，建立涌水量观测成果等防治水基础台账，并开展水位动态预测分析工作，有效提升了采区防排水能力和智能化水平[1]。

1 矿山概况

云南省小龙潭矿务局小龙潭露天矿位于云南省红河州开远市小龙潭镇东北10 km，行政区划隶属小龙潭镇。小龙潭露天矿煤层以褐煤为主，为单一巨厚煤层，平均厚度约72 m，最大厚度223 m，设计可采储量50 Mt，剩余可采储量15 Mt，平均剥采比0.6 m3/t，小龙潭露天矿台阶高10 m，坡面角为65°，采掘带宽度10 m，目前已开采到950 m 水平。设计生产能力1.9 Mt/a，露天矿采煤、剥离均采用单斗－卡车间断工艺。小龙潭露天矿属南亚热带季风气候，气候温和。年气温8～38 ℃，平均气温23 ℃。最低气温为－2.4 ℃、最高气温为39 ℃。旱季、雨季分明，5—10 月为雨季，降雨量占全年雨量的70%～84%，年均降雨量813.9 mm，坝区年均气温19.4 ℃。2020 年1—12 月降雨量为568.3 mm。露天矿建有完善的排水设施，地面防排水采用地面防洪沟，坑内排水方式为排水沟、集水坑、水泵相结合。坑顶采矿边界建有排水沟，截留所有排水汇入南盘江，坑底950 m 水平建有水泵房[2]。

水泵房由6 kV 配电室、电容补偿室、低压配电室组成，占地面积808.5 m2，地坪标高950.5 m。集水池用于坑内水量汇聚抽排，集水池尺寸为120 m×100 m，占地12 000 m2，池底标高945 m。沉淀池用于汇水沉淀，汇水沉淀之后流入集水池。沉淀池尺寸100 m×130 m，占地13 000 m2。排水管线共4 路：1＃、2＃、3＃水泵汇集DN630 mm 管道，排水口位于西侧1 090 m 水平防洪沟汇入南盘江，管道总长1 118.7 m；4＃、5＃水泵汇集DN450 管道，排水口南帮防洪沟位于1 050 m 水平，管道总长1 500 m；6＃、7＃、8＃水泵汇入DN450 管道，排水口南帮防洪沟位于1 050 m 水平，管道总长1 500 m；9＃水泵汇入DN300 管道，为工作面灭火管道。2020 年1—12 月水泵房抽水时间总计1 034 h，排水量共计565 360 m3。

2 大型潜水泵的应用

潜水泵与传统水泵相比，在快速、节能、环保等方面具有明显优势，是传统泵的理想替代产品。小龙潭矿现使用的排水设备是卧式多级离心泵，现场设置泵房、水泵、电机、管路、配电室、电容器室、变压器室、值班室、通信网络设备及其他配套设施。都不具备防水性，一旦发生突水事故，涌水进入泵房必然造成设备损坏而使排水泵丧失排水能力，导致淹坑事故[3]。潜水泵采用地面控制，即使泵房被淹，潜水泵也能正常运行。

小龙潭露天矿采剥930 m 水平降段工艺，需要建设集水池、泵池、水泵及给排水设备布置、外排管线等。排水参数：暴雨频率P＝2%，24 h 暴雨量H24＝102.02 mm，长历时暴雨强度递减指数m＝0.35；正常降雨量采用历年雨季平均月降雨量147.1 mm。正常降雨径流系数0.45，暴雨径流系数0.5，汇水面积6.7 km2，按5 d 排出坑内积水布置排水设备，并按15 d 校核极端运行工况下排水能力，雨季正常降雨汇水量Q＝14 787 m3/d，暴雨汇水量Qb＝120 064 m3/d，地下汇水量忽略不计。当降段工程完成后新水平位于930 m，旱季排水量预计为145.99 m3/h，雨季正常排水量为513.74 m3/h，暴雨排水量为3 373.39 m3/h。因此按照最大排水量计算需要3 373.39 m3/h。根据设计方案，初步选定Q1100－255/3－1200/W－S 型矿用潜水电泵。水泵房现有主排水泵为矿用耐磨多级离心泵MD720－60×4（3 台），MD720－60×3（2 台），理论流量合计4 780 m3/h，结合近年降雨量及采区变化，拟采购5 台大流量、高扬程矿用潜水泵。

特大型潜水泵集泵、机、控三位一体，整体技术适用矿山领域主排水、强排水、应急救援排水、复矿排水，全防水高压电机，防护等级IP68。噪音低，散热条件好，密封性好，对环境影响小，运行管理方便，便于自动控制。通过互联网云平台局域网控制移动终端、监控显示器、通信服务器、数据服务器、管理服务器，可实现大数据远程故障诊断，优化调度，自动控制[4]。

3 坑底双回路线路改造

小龙潭露天矿6C15、6C25 高压线路作为小龙潭露天矿950 水泵房供电线路，电源引自坑口35 kV 变电站6 kV 电源侧，从坑口35 kV 变电站至水泵房方向有2 条架空线路：6C15 线路为单杆单回路，全线为铁塔与锥形水泥杆共同架设，线路长度为3.1 km；6C25 线路为单杆单回路，部分铁塔架设部分为水泥杆架设，线路长度为2.9 km。

水泵房用电负荷为4 850 kW，计算电流值为584 A。2 回路电源引自35 kV 变电所不同母线段，为专用线路，架空导线型号为LGJ－185。当水泵房负荷超过3 500 kW 时，坑口变电站内的2 台主变压器应同时运行。坑下排水泵站有6 kV 高压排水泵5台，380 V 低压排水泵4 台，另有加水泵、真空泵等设备若干，运行负荷达到3 682 kW。现有的供电线路为引自坑口35 kV 变电站的6 kV LGJ－185 架空线路，线路长度为3.1 km。

变压器室配置S9－800KVA－6/0.4 变压器2 台。6＃、7＃水泵软启动器为ATS－48C59Q 型，8＃、9＃水泵软启动器为MCD3000 型。每台水泵分别设置控制箱、温度巡检箱。1＃、2＃、3＃、4＃、5＃、6＃水泵启动为串联电抗器启动，电抗器型号QKSJ－1000/6 kV。串联电抗器启动是在电机启动时串入电抗器，以限制和降低电机启动时的启动电流及电网压降，当电机运行稳定且电流达到一定值时，切除电抗器变为电机直接启动模式。由于启动过程中电机端的电压下降，容易导致启动转矩不够，在启动过程中还会出现二次冲击的过程[5]。

在西帮区域重新规划下坑线路，在现有6C15、6C25 架空线的基础上分别增加2 条LGJ－185 型回路线路，采用2 条LGJ－185 型回路线路并联的方式供电。供电线路符合6 kV 线路允许电压降为5 %的规定。经过路径优化后，6C15 架空线缩短280.1 m，6C25 架空线缩短283.7 m，各技术参数指标满足煤矿供用电标准。

4 信息化建设

根据露天煤矿“四化”建设的要求，对设备、系统进行升级改造，实现全矿区网络全覆盖。开展露天煤矿智能生产系统建设，实现现场集中操控、固定岗位无人值守、远程监控运维、生产过程自动控制等。建设露天煤矿智能综合管控平台，进行系统整体集成，实现基于智能综合管控平台的一体化智能协同管控。建设主供水智能控制系统，实现主供水系统设备的智能运行，供水用电自动削峰填谷及管网调配，自动选择最优电量。通过水泵运行等参数的监测，实现水泵控制及监测的智能化，实现对系统异常低压现象的预警。通过多传感器和各系统数据融合实现按需供水，并能实现对用水量的预分析功能。

4.1 系统现状

调度室现有4 台电视、4 台电脑、1 台解码器（DS－6901UD），视频数据通过网络从监控室调取。值班室采用电脑终端进行视频监控的调取。值班室目前采用电话作为通讯系统，不能实现全呼、强插、强拆、监听、录音等功能。目前小龙潭露天矿办公楼、家属区、生产区、水泵房等区域无网络广播系统。

调度室是数字化系统的控制核心，负责对各区域的统一指挥调度，为值班人员提供各重点区域、出入口、公共走廊的实时监控视频。整个显示系统应可作为统一显示平台显示临时信息，也可分为多个功能区，各功能区按照职能需要显示各种信号。为了更便捷地了解各生产区、生活区、卡点的实时状况，及时核实、处置监控系统预（报）警情，需要将视频监控系统数据通过网络将各个区域的监控画面传输至值班室、调度室，再通过电脑、视频解码器将指定的画面传输给大屏显示系统。显示系统能够实现实时监控。显示系统需对多个视频信号、计算机信号、网络高分辨率信号进行显示，显示时可对任意信号窗口进行灵活控制和管理，同时保证显示效果良好，具有较高的可靠性。

4.2 方案设计

为加强指挥调度的管理，提高区域内的安防等级，有效提高应急处突能力，减轻值班人员的工作负担，需新建大屏显示系统以及可视对讲系统，并对调度室进行功能完善，包括大屏改造，新建可视对讲系统、广播系统，以提高调度、指挥、应急处突水平。

大屏显示系统包括1 套LCD 拼接屏，含6 个LCD 液晶显示单元，6 个LCD 拼接屏支架，3 个LCD拼接屏支架（底座）。调度系统包含1 台可视对讲主机（一级）、1 台可视对讲主机（二级）、17 台双向可视对讲分机以及1 台地址盒。广播系统包含19 个寻呼话筒、24 个室外音柱、12 个室外号角、20 台功率放大器[6]。

5 科学管理

水泵房现执行24 h 值班值守管理模式。具体负责水位观测，防排水设施检查、水泵开启、现场巡查等工作。水泵警戒水位2.8 m，超出警戒水位自动响铃，确保水位处于安全范围。加强应急值守，严格执行矿领导到岗带班值班制度。完善应急预案，储备必要的潜水电泵及配套管线、应急通信装备等应急救援装备及物资。组织开展水害事故应急演练，使矿山管理人员、调度员和其他相关作业人员熟悉预案内容、应急职责、应急处置程序和措施，熟悉避灾路线，及时检查维护梯道间、梯子间等安全出口，确保安全畅通。发现重大险情，要立即启动应急预案，科学组织救援[7]。

制定并完善小龙潭露天矿安全生产事故应急预案、雨季防洪应急救援预案、水灾害专项应急预案、重大水害停产撤人实施细则、调度值班报告制度、雨季“三防”管理制度、水文地质预测预报制度等预案。雨季前重点完成防洪沟清理和修缮。坑口变电站、950 泵房供配电设备雨季前完成预防性试验、水泵大修和所有水泵抽排水试验。坑内修建和加固拦水坝堤，在江边泵房、保卫科卡点处加强对南盘江水位的观测，发现险情及时报告。为防止西帮主防洪沟漫沟（南帮入坑口处），在矿坑边修筑拦水坝和排水沟。及时清理蓄水池、沉淀池淤泥，疏通各台阶排水沟渠，杜绝雨季极端异常天气可能造成防洪沟跨塌、沟内排水受阻、严重渗漏等导致洪水漫流、涌入矿坑的现象发生[8]。

6 结语

对小龙潭露天矿950 坑底水泵房防排水系统进行了优化改造。通过双回路供电线路改造、信息化建设、潜水泵运用及相关管理制度建设，切实提高了露天矿整体水平。研究矿山生产建设中防治水害的方法，对露天矿水患进行科学管理，进一步提高水害防治能力及突发生产安全事故的能力，保障了煤矿安全生产。通过露天矿防排水系统的整体优化设计，矿山生产安全系数得到较大提高，消除了水害隐患。