接力排水系统在谷家台矿井的应用

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1 根据矿井现场条件、制定排水方案

接力排水是在莱芜铁矿谷家台主井实施的，此井筒水涡深度只有6米，泵房在-150水平上，如果还用原来单一潜水泵排水，只能将水排至距井底13米高的位置，残留水位13米，被淹泵房暴露不出来，人和设备难以进入，无法恢复泵房。面临现场条件，我和现场的技术人员一起研究探讨，最终决定采用接力排水系统，其运行模式是潜水泵+专用泵罩+接力泵――组成接力排水系统。这种系统在安装时，将接力泵与主潜水泵作为一个整体，下方置距井筒水涡地部2米的位置，在整个排水中，大功率潜水泵与接力泵及专用泵罩构成刚性整体，潜水泵仍然是潜水运行，接力泵只是在潜水泵排至距接近水位电极以上1米时，开启接力泵，接力泵将潜水泵未排出的积水源源不断送入到专用泵罩里，专用泵罩里的水通过潜水泵的双吸口，供潜水泵安全运行，这样水位可排至距接力泵底部0.5米处，解决了矿方排水问题，这样在-150水平上可以安全回复泵房。

2 方案暴露的问题、所采取措施

依据矿方提供的矿井积水180000m3，自然涌水300m3/h，井筒直径5.5米，井深332米（+176、-156），潜水泵选用的是德国里茨公司生产的6726型，其流量550m3/h，扬程460米，功率1200kw，接力泵选用的是合肥产的400HDB-1600/12.5混流潜水电泵，其流量1600m/h，扬程12.5米，功率75kw，通过两泵的技术参数、本身的结构形式暴露出以下问题：

（1）混流潜水电泵如何安全可靠的与潜水泵连接形成刚性整体。

（2）接力泵选用的是混流潜水电泵，其采用的结构是混流式水力模型，而潜水泵采用的是径向式导叶结构形式，接力泵与主潜水泵性能匹配差异较大，容易出现超功率现象，引起本身系统振动和电机过热，降低系统的可靠性，给安全运行带来不利因素，一旦在抢占泵房时出现问题，整个排水工作将前功尽弃。

（3）接力泵采用的电机结构是电机绕组和铁芯暴露在高速流动的矿井水中，含杂质的矿井水对铁芯和绕组绝缘造成机械和化学损害，另一方面电机绕组线在水压作用下，绝缘迅速下降，系统一次潜水泵深度受限制。

（4）接力泵没有基于水位和电机参数的可靠控制及保护措施，靠人工观测水位，可靠性低。

针对以上问题，继续研究探讨，采取如下措施：

（1）制作一个专用泵罩，即能安全可靠的连接潜水泵又能连接好接力泵，两泵都是通过专用泵罩上下螺栓连接形成刚性整体，在制造过程中，进行了拉力计算、焊接强度、抗拉强度校核，比照同类产品符合使用标准。

（2）从两泵的技术参数及结构形势看，相差很大，为了相匹配，很据两泵流量验算，在专用泵罩上端开6个M33的泄流孔，在接力泵未工作时，处于关闭，在接力泵启动工作时，打开泄流孔，以便与潜水泵流量相匹配。再一个是在专用泵罩侧圆周围开M16的螺纹孔9个，潜水泵和潜水电机在专用泵罩配合时，用M16顶丝，顶住电机和泵，用调整顶丝的办法保证潜水泵和潜水电机位于专用泵罩的中心，从接力泵流出的高速水流，均匀的第送入到潜水泵的上下、吸水口，、供潜水泵安全可靠运行。

（3）矿方井筒水位+66m，若一次安装到位，接力泵安装距井底水窝2m处，接力泵安装将受到220米深水压作用。从结构上看，接力泵采用的是混流泵水力模型，指的是采用混流式叶轮（混流式叶轮---液体流出叶轮的方向倾斜于轴线）。而潜水泵采用的是两端吸水叶轮对称布置，径向式导叶结构型式，（径流式叶轮---液体流出叶轮的方向垂直于轴线，即沿半径方向流出），此潜水泵轴向力基本得到平衡，剩余轴向力由装在电机转子下部的的止推轴承来承担，当开启潜水泵电机运转，产生的水垂力对接力泵有一定影响，另一方面220米深的水压，将给接力泵带来冲击压力。如接力泵电机与引出电缆接头，和引出电缆与低压动力电接头受压破坏其绝缘性能，针对以上分析，我们采用二次安装接力泵方案。第一次，我们只安装潜水泵，下至-120米水平，开启潜水泵，当水位排至-100米水平以下时，停止潜水泵，把潜水泵提到-10水平，在-10米水平搭设临时安装工作台、安装接力泵。因为有自然涌水 300m3//h，矿方之前也进行了验算，在-10水平安装，有足够的安全系数。这样在-10米安装的接力泵，然后联接排水管路，把接力泵下至-154米处水，这样可大大降低水压对接力泵及电缆接头的冲击，即保护了设备，又有利于矿井排水。

（4）在第一次安装潜水泵时，提前就把接力泵的低压动力电缆一端用绝缘自粘带封好，下至井筒，等到二次安装接力泵时，将低压动力电缆封头拆开与接力泵引出电缆接头，用自粘带接好。水位电缆处的水位电极一端固定在距接力泵底部2.8米处，即距专用泵罩底端1.44米处（接力泵总长度1.36米）。当潜水泵排至它本身的水位电极时，开关柜跳闸。此时准备开启接力泵，开启前，把接在里茨开关柜里的潜水泵的水位电极接头拆除，把接力泵水位电极的另一端接在里茨开关柜的水位保护系统里，（因为接力泵开关柜没有水位保护，前面提到过），当开启接力泵，2～3分钟后，再开潜水泵，当水排至接力泵的水位电极时，里兹开关柜报警跳闸。这时候，人为切断接力泵开关柜，完成预期排水目的，也保护了设备。

为保证安全可靠排水任务，此次为现场提供了两台接力泵，一台下井，另一台井上备用，一旦出现问题，可及时更换。

根据以上方案的提出和所采取的措施，分两步安装和排水。

3 潜水泵的安装和排水

这次安装不同于以前单一潜水泵的安装，一方面，泵和电机与专用泵罩配套，另一方面，考虑接力泵低压动力电缆及水位电缆和潜水泵电缆同时下至井筒。此次下井的电缆比较多，加上接力泵两条电缆，合计五条电缆，要考虑好电缆的匝接、封头和固定，还要注意把电缆放置好，不要使电缆承受拉力，尤其是两条高低压动力电缆，需在井上盘成8字放置，不要盘圆堆放，以免电机运转时电缆发热。潜水泵安装下井前都进行了检测，动力电缆浸水24小时，电机灌水24小时试验，绝缘及耐压都合格，开关柜绝缘摇测，耐压试验都合格，各种保护都安全可靠，如过流保护、过压保护、水位保护、温度保护（调整到70℃），一切准备工作就绪。