抢险复矿：修复排水系统

抢险排水是指由于多种复杂原因造成矿井涌水量突然增加，矿井正常生产排水系统难以排出涌水，造成矿工被困、矿井有淹没危险或矿井已经淹没时，临时增加排水设备，使排水能力增强的应急救援排水。由于潜水电泵不怕浸水，已经成为我国的抢险排水骨干装备，抢险排水技术主要表现为各类潜水电泵基于不同工况的应用技术。

一、接力排水技术

（一）接力排水技术应用背景

大型潜水电泵具有功率大、扬程高、流量大、占用井口断面小、可在地面一次安装到井底等优点，适合矿山淹井后的排水复矿。其缺点是吸水口太高，机体必须有足够的浸没深度，才能保证上端吸水口不脱水运行。所以单靠其自身无法将水面排至理想位置（图8－17）。其淹没深度H为

H＝H0＋L＋h

式中

H0—保持水泵进水条件的淹没深度，一般取0.8～1.0，m；

L—大型矿用潜水电泵的总高度，功率越大L值越大，一般取7～12，m；

h—潜水电泵离开井底的悬空高度，一般为0.5左右，m。

从式中可看出，大型潜水电泵的最低淹没深度H应为8.3～13.5m，由于潜水电泵的吸水口位置过高，限制了大功率潜水泵的使用范围和功能的发挥。为了恢复被淹矿井，要求最低残留水位越低越好，以便暴露出主坑道，进人和设备抢占泵房，这一安全高度为0.5m左右，为此应采用大型潜水电泵＋密封吸罩＋接力泵组成的接力排水系统，当水位降至井底以上H位置时，启动接力泵（低扬程、大流量），接力泵将积水源源不断地充满吸水罩，供主泵运行。这一运行模式可将水位排至距井底0.5m，解决了一般工况下矿井排水问题，在整个排水过程中，大功率潜水电泵与接力泵及吸水罩构成的刚性整体仍然是潜水运行机制，接力泵只是在最后抢占泵房时启动运行，系统结构如图8－17所示。

图8－17　接力排水系统工作示意图

（二）提高可靠应急抢险接力系统

1.接力泵的选择

接力泵的主要功能是为满足尽量降低吸入残留水位的基本要求，因此，宜采用上机下泵（即潜水电动机布置在泵的上方）的构造形式。

表8－15列出三种接力泵（湿式、干式、充油式）性能对照。

2.接力泵与大型潜水电泵的配套

充油式混流潜水电泵流量、扬程范围较大，高效区宽，在可用的扬程、流量范围内的功率变化比较平缓，不易发生超电流、超功率现象，并可以自动调节电机内腔压力，可深潜水中，是一种较实用的煤矿排水接力泵。图8－18为充油式混流潜水电泵与大型矿用潜水电泵结构示意图。

图8－18　充油式混流潜水电泵与大型矿用潜水电泵结构示意图

（三）接力排水系统的运行模式

表8－15　三种接力泵性能对照表

续表

接力排水系统既可以立式安装运行，也可以倾斜安装运行。

1.立井抢险排水的优点

无论井有多深，选用适当扬程的潜水电泵，一次将潜水电泵下到井底，将积水一次排到地面，管路最短，压力损失最小，排水效率高，效果显著。缺点是井架的强度和高度、绞车提升能力有可能影响系统的安装速度，有时需要重新加固或提高井架，如图8－17所示。

2.斜井抢险排水的优点

潜水电泵及吸水罩和管道，通过小拖车沿井坑轨道一次将潜水电泵下到井底，将积水一次排到地面或适当的水平，不受井架的强度和高度的限制。缺点是管路较长、压力损失较大、排水效率不高、安装管路时间较长，要求井筒倾角变化不大，轨道的直线度较好，对无轨道或轨道有障碍物使潜水泵无法直接潜入水中的情况无能为力，如图8－19所示。

图8－19　大功率潜水泵用于斜井运行模式

1－逆止阀；2－吸水罩；3－潜水电泵；4－斜井；5－潜水电机；6－顶丝；7－小拖车；8－接力泵

3.无轨道斜井抢险排水（漂浮式斜井排水）的特点

大功率潜水电泵通过软管与吸水罩串联，潜水电泵通过小拖车下放到水面附近，水中漂浮的接力泵向主潜水电泵供水，避免了沉积物吸入水泵，损坏潜水电泵，该模式可有效解决大涌水量、无轨道条件下的斜井追排水问题和煤泥淤积问题。系统中潜水电泵处于非潜水运行状态，便于吊装维护移动，并可实现边追排水、边铺设道轨、边维护巷道，一直将水排至井底，可以解决斜井无轨道时的排水复矿问题，方便实用，如图8－20所示。

图8－20　无轨道斜井运行模式

1－逆止阀；2－吸水罩；3－潜水电泵；4－斜井；5－潜水电机；6－顶丝；7－小拖车；8－软管；9－浮子；10－接力泵；11－障碍物

二、大功率卧式电泵排水技术

（一）应用背景

1.对于淹没的斜井开拓矿井，当其涌水量较小时，可采用卧泵跨步追排水进行排水复矿，也可以采用小潜水泵群泵追排水复矿。目前国内200KW以下多级潜水泵设计工况均是立式安装运行，用于抢险救灾时可以将其卧式安装运行，但可靠性低，易出故障，容易造成反复排水，代价昂贵。

2.对于大型现代化矿井局部采区突水淹面的事故，为了防止局部淹面扩展为淹井事故，需要尽快增加排水能力，通常可以通过增加中央泵房的排水能力来增加整个矿井的排水能力，由于中央泵房空间有限，并且采区突水的水量难难估计，使得对中央泵房增加排水能力的具体数量估计不准，一旦涌水量大于排水能力就会造成整个矿井被淹没，造成巨大的经济损失，因此在被淹采区放置一种大功率潜水电泵增加排水能力，且所增大功率潜水电泵排水能力强、不怕水淹、具有抗灾性，可为调整泵房排水能力赢得时间。

3.对于多水平开采的矿井，经常采用暗斜井开采下水平煤炭，一旦下水平淹没，恢复下水平相当于恢复斜井淹没矿井，卧式大功率潜水电泵也为快速恢复下山被淹采区提供了技术手段。

（二）大功率卧式潜水电泵系统

潜水电泵平卧式运行（图8－21），可以用于大型矿井发生突水事故时，为避免事故扩大，将大型潜水电泵预先安装在水平坑道中，然后修筑水围堰，将水源封堵在一定区域内，控制水流继续漫延。然后启动水泵，以保证有足够的时间进行矿井抢救工作。

图8－21中显示的排水系统安装状态，是预先将主潜水电机8与潜水泵5相对接，并整体套入吸水罩6内，通过吸水罩上的支撑顶丝（图中未表示出）将潜水泵和潜水电机固定在吸水罩6中央，然后整体放置在4台小拖车7上。装好泵头（图中未表示出）和逆止阀4，沿轨道11将整机移动至适当位置，安装好扬水管1的水平部分。修筑好临时水闸墙3，水闸墙凝固达到要求强度后，沿平巷10和立井2安装扬水管1，延伸至地面。

图8－21　大功率卧式潜水电泵排水示意图

1－扬水管；2－立井井筒；3－临时水闸墙；4－逆止阀；5－潜水泵泵体；6－吸水罩；7－水拖车；8－潜水电机；9－吸水网罩；10－昨时水仓平巷；11－大巷轨道

（三）大功率卧式潜水电泵排水技术特点

1.大功率卧式潜水电泵系统可以根据现场具体情况，与现有设施相结合快速组成排水系统投入救灾，如大功率卧式潜水电泵＋瓦斯抽放管、大功率卧式潜水电泵＋备用排水管路、大功率卧式潜水电泵＋新铺管路、大功率卧式潜水电泵＋掘进排水巷道＋定向爆破等多种应急抢险排水方案。

2.卧式潜水电泵排水系统可以浸没在水中，一次安装到斜井井底，将积水一次排到井底，节省了复矿时间。

3.能够在井底控制水位，争取大量抢占泵房时间，为复矿工作提供了可靠的安全保障。

4.卧式潜水电泵排水系统占用空间小，占用轨道少，能够节省出人员设备的上下进出通道，为抢险排水工作提供了重要的便利条件。

5.该系统将水位迅速降至井底，大大减少了井巷设施遭水浸泡时间，减少了大量的修巷及维护费用。

三、潜一卧组合排水技术(www.xing528.com)

抢险排水的突发应急型排水，要在第一时间快速形成排水能力，就要尽量利用矿区已有的排水设备，一般矿区备用的矿用卧泵的工作面潜水泵比较多，可以将工作面潜水泵与卧泵组成串并联运行方式，该方式既可以用于矿井恶劣环境下的排水，也可以作为卧式泵的一种新型启动方式。

（一）潜一卧水泵组合方式

通过对传统的串联运行、并联运行、串并联运行等泵的组合方式的分析与归纳以及实践经验的不断总结，得出潜水泵与卧泵串、并联组合运行方式，如图8－22所示。

图8－22　新型组合运行方式

1－逆止阀；2－闸阀；3－卧泵；4－潜水泵

（二）潜－卧水泵组合方式的特点

1.利用低扬程、大流量的潜水泵作为卧泵的供水泵，实际上是一种有别于卧泵吸入式启动和高水位自流压入启动的第三种低水位动力压入式卧泵启动方式。它具备压入式排水的特点，即叶轮一般不会产生气蚀现象，显著提高卧泵排水效率，无需真空泵和射流泵等启动设备。这种组合作为一种卧泵启动方式，其可靠性、安全性好，总运动效率高。

2.潜水供水泵的引入，延伸了卧泵的“吸程”，由此带来卧泵应用范围的极大扩展，特别是适应恶劣环境的能力大大加强。卧泵体积大，运行可靠，对运行环境要求高，只能放置在宜于放置在地方，而供水泵（潜水泵）体积小，易于运输，不怕水患，环境要求低，可放于水中。

3.供水泵扬程较低，水压较小，与卧泵的联接管路可以采用软管，安装方便可靠，移动灵活。安排2人看守潜水泵，可实现动态追水，实现了潜水泵的抗水患能力和移动便利性与卧泵排水稳定的性能完美结合，同时对无固定积水点的情况了解也更为方便。

4.斜井追排水时，由于“吸程”的延伸，减少了移泵接管的次数，争取了排水时间，在边排水边修巷的情况下尤为方便。

四、组合式多功能潜污排水技术

老空水突水先兆不显著、总水量不大、来势凶猛、含泥量大、破坏性强，易造成巷道坍塌、淤积，危及人员生命。老空水突水多是第一时间被水击中者生还希望渺茫；未被水击中者，有生存空间，抢救成功可能性很大。根据老空水突水的特点，可采用组合式多功能潜污排水系统进行排水。

组合式多功能潜污排水系统特点如图8－23所示。

图8－23　组合式多功能潜污排水系统示意图

1－潜水泵；2－排水软管

（一）系统由一些小的排水单元组成，每个单元是一套可以独立工作、也可以联合工作的潜水污水电泵，各自具有独立的供电系统和足额扬程的排水管路，小型潜水电泵重量轻，两三个人可以很方便地移动。

（二）这种潜水电泵系统的特点是可以排水、排煤泥、排沙，各排水单元靠软管连接；该系统可串联增加排水扬程，也可以并联运行增大排量；也可以在斜井安装运行，也可以在立井运行。

（三）效果高，安装一套系统只需几个小时，且可以多套系统同时施工，对于一般的老空水，若干套这样的系统可在两三天内排干积水。

五、快速钻井排水救援技术

当来势凶猛的矿井水造成巷道塌方、巷道低洼处煤泥淤泥，堵塞救援通道时，可用快速钻井技术从地面直接与避险点快速贯通的方法实施救援。首先通过井下人员定位系统可准确定位井下受困人员位置；再利用可快速移动的车载式钻机的空气钻井技术快速从地面钻至人员避险点，建立给养通道，使被困人员与地面取得联系；此通道不仅可为井下人员提供食物及氧气，发送井下生存条件，争取宝贵救援时间，同时也提供了排水通道；最后开凿大直径通道直接罐笼提升被困人员。

六、斜井排水潜水电泵的配置及安装

在潜水电泵出现的初期，其主要用于立井的抢险排水，而在斜井抢险排水中普遍采用卧式水泵排水法，这种方法费时、费力、效率低。而将潜水电泵改造以后用于斜井排水的方法，大幅度地提高了排水效率，保证了抢险救灾的可靠性。

（一）潜水电泵及其附件的配置。

图8－24所示为斜井抢险排水中潜水电泵及其附件的配置情况，该系统主要分为4个部分，即潜水电泵部分、管道部分、支撑部分和吊装部分。

（二）潜水电泵部分

潜水电机22和潜水泵7装在吸水罩6的内部，顶丝5分四排垂直拧在吸水罩6上，并在三个方向将潜水电机22和潜水泵7顶起，保证三者的中心一致。吸水罩6的下端与接力泵1通过接盘2、联结螺栓3和4对接。吸水罩6的上端与泵头8的下端对接。泵头8的下端与吸水罩6对接的同时还与潜水泵7的出水口对接，泵头8的上端与逆止阀9下端对接。逆止阀9上端与异径管10下端对接。泵头8与潜水泵7及逆止阀9的接口、逆止阀9与异径管10的接口分别装有密封垫24、25、26。电缆14被固定在管道上。水位电极固定在逆止阀9上，上述各件由托轮23支撑在井坑轨道上。各排水管之间装有密封垫27。

图8－24　斜井抢险排水中潜水电泵的配置

1－接力泵；2－接盘；3、4－螺栓；5－顶丝；6－吸水罩；7－潜水泵；8－泵头；9－逆止阀；10－异径管；11－扎绳；12－U型螺栓；13－小车；14－电缆；15－挡卡；16－大梁；17、20、33－钢丝绳；18－手拉葫芦；19－小梁；21－井筒；22－潜水电机；23－托轮；24、25、26、27－密封垫；28－支座梁；29－排水管；30－轨道；31－管接头；32－绳卡；34－动滑轮；35－主绳；36－定滑轮；27－固定绳

（三）管道部分

排水管29与异径管10对接，通过U型螺栓12固定在小车13上。通过扎绳11将电缆14固定在排水管29上。

（四）支撑部分

支撑部分主要由大梁16和支座梁28组成，根据系统的总重量、管道内的存水重量、动载荷和停泵时的水锤作用力，确定载荷总量，根据井巷断面尺寸和载荷总量计算出所需大梁的尺寸。大梁的两端伸入井壁不得小于0.7m，且垫有支座梁28，其长度不得小于1.5m，大梁的两端用混凝土浇筑，大梁在井内的位置确定在距井口40～50m的地方。

（五）吊装部分

吊装部分主要由动滑轮34、定滑轮36、主绳35、固定绳37、管接头31、挡卡15、手拉葫芦18、小梁19等组成。固定绳37与定滑轮36连在一起，另一端固定在井口附近的地锚（图中未画出，固定绳上的绳卡不能少于5个）上。主绳35连接定滑轮36和动滑轮34，另一端与主绞车（图中未画出）相连。动滑轮34与管接头31通过钢丝绳32和绳卡33相连，绳卡33的数量不能少于5个。小梁19焊接在大梁16上，并通过钢丝绳20与手拉葫芦18相连。用钢丝绳17将手拉葫芦18和挡卡15连在一起。

（六）系统的安装过程

主泵部分在地面的对接过程将两节吸水罩7分别置于2个托车轮23上并对接好。该部分固定在轨道上。

将潜水泵7与潜水电机22分别置于平车上对接好（注意轴线的水平高度要保持一致）。将裁好的泵口密封垫24涂上黄油贴到泵口，接好泵头8。用相同办法接上逆止阀9和异径管10。向前缓缓推动泵体部分，逐步穿入吸水罩6内。在适当位置用手拉葫芦吊起少许，逐步前移。到达一定位置时，可用手拉葫芦在轴向拉动，并在电机的末端用物拉葫芦吊起，辅助前移，至泵头8到达吸水罩6的左端为止。调整位置，将顶丝5分4排在3个径向方向拧入吸水罩6上，并将潜水泵7和潜水电机22托至中心。用螺栓3、4将接盘2和接力泵1接到吸水罩6的右端。

（七）水泵及管道安装

将各路电缆（一般为4路）接好，用小绞车通过反滑轮缓缓拉动主泵部分，移至井口，将管接头31与异径管10接好，缓缓向井口移动，至大梁16处时，用两根钢丝绳通过泵头8上的吊装孔将其锁在大梁16上，每根钢丝上的绳卡不得少于3个。用相同方法，将第一支管子下放至此位置，垫好密封垫，与异径管10连好，同样连好第一支管子。将水位电极38固定在逆止阀9上，主绞车向上提起少许，去掉锁紧绳，缓缓下放，第一支管子上端法兰到达大梁16处时停止，拉动手拉葫芦18，放下挡卡15，卡住第一支管子法兰的下面，主绞车向下放，至此，系统的所有重量通过挡卡15加到大梁16上。用相同方法，将所有管子连好，将潜水电泵下至理想位置。