金屬礦山排水系統的設計和構想淺敘
摘要：排水系統是金屬礦山基礎系統之一，排水系統設計的好與壞會直接影響到機械裝置安全、正常生產、經濟效益及人身安全。下文從幾個方面簡述金屬礦山排水系統的設計和應注意的問題。
關鍵詞：金屬礦山；排水系統；設計
金屬礦山排水系統設計是否完善，很大程度取決於對礦山基本生產條件的判斷。現在的礦山排水系統的設計除了注重實用性能以外，更加注重自動化及高效節能化方面的設計。設計排水系統前期必須了解礦山的基本水體、水質情況，然後在結合實際情況選擇合理的排水方法、排水裝置及管道的走向。
排水系統是貫穿一座礦山從開採到報廢的基礎安全設施，能夠影響礦山開採的正常執行，乙個好的排水系統不僅僅是把井下湧水排出，它是乙個系統工程，還應該統籌考慮節能、高效、環保、安全可靠、智慧型化等方面。
一．金屬礦山井下湧水的要**及危害
地球又被稱作為「水球」，水以多種形態存在，它們幾乎都能夠形成井下湧水。總體上來講礦山井下湧水可以分為內部水和外部水，內部水的存在量是與礦山的地理位置有關，它是客觀存在的，如果想減少湧水量，只能通過開採工藝上進行控制。外部水的形成主要是受礦山自然環境的影響，可以採用多種方法減小它形成井下湧水的概率。
井下湧水可能引起很多問題，如造成巷道積水、空氣的濕度增高、裝置的損壞及安全事故的發生概率增大；由於水質的原因，井下湧水還有可能對各種機械裝置存在腐蝕作用，極大的降低了裝置的使用壽命，同時也危害到生產作業人員的身體健康。由於這些因素的存在，生產中必須進行排水，如果不及時排水（20小時內排完一晝夜的湧水），而淹沒井下裝置、電源，井下生產不能開展，甚至會危及到工人的生命安全。排水量越大、深度越深，費用越高，這就增加了開採成本，有時候井下排水的成本甚至決定整個礦山開採是否有利可圖。
二．金屬礦山井下排水的分類
礦井排水方式有兩種：自流式排水和揚公升式排水。
平硐自流式排水經濟、可靠，用水溝將水引至地面。水溝斷面為倒梯形，有效面積取決於水的流量、一般為0.05～0.
15m2，巷道縱向坡度要求3‰～5‰，水在溝內流速為0.4～0.6m/s。
揚公升式排水是採用高壓水幫浦將水壓排至地面，它分為固定式和移動式兩種。井下水幫浦房是固定式排水，而在掘進豎井和斜井時，將水幫浦吊在專用鋼絲繩上，隨著掘進而移動稱為移動式排水。
固定式排水和移動式排水對裝置基本要求是不一樣的，固定式排水要求有「備用」裝置，「備用」裝置必須是完全獨立的，移動式排水對裝置的要求是體積小、揚程大、吸水能力強、方便移動。大部分金屬礦山都是井下開採，所以正常生產時，都是採用固定式排水。
三．設計排水系統應考慮到的問題
現在我國的礦山排水設計也在不斷採用先進的科學理論知識，但是在運用智慧型化方面跟世界先進水平還有一定的差距。國內排水設計在細化排水方案、優化排水設施、合理布置管道等方面工作都取得了比較滿意的成果。
排水系統設計基礎是根據礦山井下正常湧水量、最大湧水量進行設計。同時應該全面考慮可能進入礦井中的外來水源，充分考慮所開採礦山的水質情況。現在國際上通常考慮礦山的水質，主要包括酸鹼度、懸浮固體、腐蝕指數等指標。
隨著時代的發展，井下排水除了必須符合《金屬非金屬礦山安全規程》等相關標準外，我認為還應該向節能、高效、環保和智慧型化方向發展。目前，具有自動灌幫浦、自動啟停、資料採集檢測、故障分析、早期預警、遠端操控、**監控等功能的智慧型化無人值守幫浦房已經在國內部分礦山得以應用，效果明顯。
四．排水系統中水幫浦和管道的設計
1.水幫浦選擇應用
隨著礦山行業的蓬勃發展，對水幫浦的依賴也日益增強。水幫浦的種類很多，由於礦山現實條件，一般井下排水都是選用臥式多級離心幫浦。臥式多級離心幫浦的技術很成熟，已經形成系列化，可以滿足各種水量和揚程的需求。
國內生產廠家很多，主要區別在於水幫浦材質，不同的水質須採用相應的材質，材質的選用得當決定幫浦的使用壽命，**也主要體現在此。除此之外，選擇離心幫浦及其配套電機時應盡量選擇國家發布的節能補貼名錄，當然也可根據實際情況，選擇合乎實際的高效節能產品。
水幫浦的保護和日常維修都是非常重要的，因為它是長時間受到環境的侵蝕，帶有腐蝕性的水質是最具有破壞性的，需要通過改變水幫浦的材質才能達到使用要求和降低日常維修率。
目前，大部分幫浦房維護較頻繁的是平衡盤的更換，平衡盤是普通多級離心幫浦必不可少的部件，是屬於易損耗件，若水幫浦啟停不規範，甚至乙個月就要換一次平衡盤，極大地增加了工人勞動量和礦山生成本。
正是因為如此，現在自平衡多級離心幫浦在金屬礦山也逐步得到應用。自平衡多級離心幫浦具有兩組對稱布置的葉輪轉子部件，兩組對稱葉輪所產生的軸向力相互抵消，無需採用平衡盤結構就能實現幫浦腔內巨大軸向推力的自動平衡；水幫浦轉子部件在軸向方向完全定位，消除了軸向竄動，突破了多級幫浦的傳統結構；相對普通多級離心幫浦有以下優勢
（1）．執行效率穩定：使用經驗表明，普通幫浦在平衡盤使用週期內，由於平衡盤的不斷磨損，效率平均下降5%以上，而自平衡幫浦由於消除了因平衡盤的磨損而導致的流道錯位，效率幾乎不會下降，因此它具有很好的節能效果。
（2）. 高可靠性：① 沒有平衡盤的磨損，起動電流低，起動更平穩；② 沒有轉子部件的竄動，降低了電機軸承發熱、過載、甚至燒毀電機概率；③兩組葉輪對稱布置，提高了幫浦轉子的剛性和臨界轉速，不僅大大減輕葉輪與密封環的磨損，而且降低了因軸彎曲帶來的軸承等零件故障的風險。
（3）. 應用廣泛：取消了小間隙平衡盤，流道通過能力大大提高，普通幫浦容許通過的固體顆粒粒徑≤0.
5mm,而自平衡幫浦容許通過的固體顆粒最大粒徑可以達到1.5mm，更適應於含有較大顆粒介質的場合。
（4）. 維護成本低：幫浦沒有平衡盤系統，又多了輔助支撐，轉子部件剛度好，不僅減少了幫浦易損件數量，而且提高了零件使用壽命，延長了水幫浦維修週期，減少水幫浦維修次數，降低了裝置的使用維護成本。
當然自平衡多級離心幫浦的**也是比普通幫浦高很多，這就要充分做好技術經濟的比較，根據實際情況和價效比來選擇最合適的水幫浦。
2.管道的選擇及安裝
人類在不斷創造各種新式的材料，就是為了滿足各行各業的需求，礦山排水系統中管道材料的選用主要受侵蝕性和排水速度兩方面的影響，在選用管材時必須充分考慮這兩方面的因素，一般來說，除採用耐磨內襯來防止磨蝕的管道或直徑為dn250或更大的管道之外,速度不應超過3m/s。如果水不是侵蝕性的,可以採用碳素鋼管和閥門。否則,就應考慮選擇像不鏽鋼或耐磨內襯這樣的材料,以適應腐蝕或磨蝕的要求。
另外，管道的壁厚也是應該考慮的因素，它主要受壓力的影響，因此必須按照最大揚程、水錘附加需要量和腐蝕及磨蝕的許可限度來選擇。
選擇什麼樣的管道材料必須根據礦山的實際情況，全方面的考慮各種主觀和客觀條件，達到使用效率的最大化和投資的最小化，以保證企業獲取最高的經濟效益。同時，在排水系統設計中，對於管道材料的選用上應該敢於嘗試新型材料，提高使用週期，減小日常維修工作量等方面都有優勢。
設計排水系統，管道的布置也是非常重要的，設計時要實地考察反覆推敲研究，必要的時候要建模分析，不能紙上談兵。乙個合理的管道設計方案能夠節省投資，提高工作效率。固定式排水幫浦房必須安裝雙排的管道，這是保證排水系統安全的必要措施，特別是在壓強超過7mpa或水有侵蝕性可能的情況下。
採用雙排管道的設計不是浪費的行為，兩個管道是不分主次的。現在對管道的管理工作中容易忽略對「備用」管道的日常檢查，容易造成「備用」管道的閒置。
由於管道及水的自重和水錘的影響，深井井筒裡的管道安裝，往往每150m左右設一組垂直管道支撐，來分擔彎管支撐對井筒托樑的壓力。由於使用溫差（儘管不大）的變化，會導致管道軸向伸縮，管道產生的應變會引起支架的反覆變形，極端情況下會破壞支架結構，發生安全事故。在國內主要是採用增強或增多直管支撐的擬制手段；而國外已經採用擁有專利技術的套管接頭疏導手段，該接頭能夠吸收管道的伸縮量，且能夠適應大流量、高揚程的排水管道。
五．金屬礦山排水系統設計中的節能構想
1.金屬礦山選擇節能排水方案的意義
礦山井下排水的特點是排水量大，水源**錯綜複雜，湧水量不均衡，變化量大，為了滿足排水的要求，設計的排水系統都是非常複雜的。排水系統中裝置特點是水幫浦功率大，耗電量大，排水裝置餘量大，管路布置受巷道及井筒侷限，往往增長了管道長度，限制了排水管徑，從而增大了管路阻力；礦井排水與礦區生活用水、生產用水之間存在著轉換利用的關係。綜上所述，排水系統的節能是有很大空間的，在節能降耗為企業法定艱鉅任務的今天，研究和處理好礦山排水節能意義重大，具有巨大的技術、經濟、社會價值。
2.優化排水方案
礦山給排水系統，一般有**幫浦房排水系統、採區幫浦房排水系統、 地面排水系統、 生活用水統、生產用水系統、礦井水處理利用系統，如何各個系統組建成乙個合理的綜合排供水方案，首先是安全因素的考慮，安全是一切生產的最根本保證；其次排水節能原則的考慮，排水是高耗能、高磨損的系統，堅持採用節能排水原則是非常必要的；最後是從細節上優化排水方案，如分質排水原則、分級排水原則、處理利用原則、排處配套原則等最終達到選擇排水系統最佳設計方案的目的。
3.排水系統中節能的措施
（1）採用節能高效的機械裝置。機械裝置是整個排水系統的根源，它們的科技先進、效率高，是整個排水系統高效的基本條件。
（2）採用節能高效的電機和電氣裝置。
（3）優化排水方案；如分段排水、一段排水、分割槽排水等。
（4）移峰填谷原則；水量小時，完全可以實現該原則；若水量很大，則需通過技術經濟比較分析，得出水倉容積、裝置投入等與移峰填谷之間的合理平衡點。
（5）加強日常檢查工作，提高裝置的工作效率；排水系統裝置需要經常檢查與維修的，及時進行日常維修檢查工作，降低摩擦和洩露情況的發生，是提高水幫浦高效運轉的必要方法。
（6）重視管路設計，提高管路使用效率。在設計排水管道時應從管路材料、直徑、壁厚、及走向等方面綜合考慮。
結束語：
金屬礦山排水系統的設計必須精益求精，在滿足使用要求的前提下充分考慮節能因素，促使企業創造更大的經濟效益。
[1]孟振飛.基於stm32處理器的水幫浦控制系統設計與實現[d].西安:西安電子科技大學，2010.
[2]劉冰.礦井自動化排程系統的研究[d].上海:上海交通大學，2007.
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