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礦藏陷坑出水泵房的預設及運用

2011-08-30 08:13:26中國泵閥招标網

  1 2001年後永平銅礦露天開采采區工作面在+130m以下,進入較深凹陷開采。在+130m以下的雨水和地下水需要利用水泵排到+130m标高隧道進入污水庫。永平銅礦地處南方,根據當地(鉛山縣)1980-1999年的氣象統計資料表明,降雨量≥5mm/d的降雨日平均降雨量為H=26.7mm/d.作為正常日降雨量,取迳流系數φ=0.9,凹陷彙水面積480120m 2,日降雨迳流量11537m3,取樣水質化驗pH值為3~2.5,如此大量的酸性水,如何排出工作面,滿足今後10來年露天生産。所以擺在我礦面前的主要任務是急需解決凹陷排水問題。選擇經濟合理,運行可靠,适應實際情況的排水方式意義重大,而且迫在眉睫。

  根據當時經濟成本運行情況,礦裡決定自行研究、設計,開展露天礦凹陷排水組合式浮船泵站的研制與應用。

  2設計方案

  排水泵站方案要考慮以下因素:①由于受到采區工作面條件和水泵吸程的限制,因而儲水倉不能建的太大;②在确保正常排水和保證水泵及其他生産設備不被水淹沒的前提下,要解決暴雨時水上漲速度較快和水位大幅度的變化時排水需要;③同時要解決每年采礦作業場降段變化時設備移動方便、維修簡單、安全、可靠;④要解決浮箱的防腐問題;⑤保證安全、可靠的生産。根據上述要求提出了組合式浮船泵站方法。

  2.1設計特點

  (1)組合式浮船泵站由主船體、4個機翼形船體附箱組合而成。耐酸泵和水位報警系統安裝在主船體内,組合式浮船可分體運輸,解決了每年采礦場降段時移位難的問題。

  (2)利用組合式浮船泵站自重使泵吸口始終在水下,啟動泵時不需要耐酸真空泵。可随時啟動,節約了投資(一台耐酸真空泵5~6萬元)。

  (3)為了使浮船不沉沒,設計采用機翼形船體附箱成封閉式,4個機翼形船體附箱的排水質量大于組合式浮船泵站裝滿水的總質量,即使某種原因造成組合式浮船泵站進水,浮船泵站不會沉沒。4個機翼形船體附箱各自獨立,如其中某一個漏水,組合式浮船泵站會傾斜,容易及時發現。主船體内有水位報警裝置,當水位超過水泵底座,自動報警,及時啟動手提式潛水泵,排除主船體内積水。4個機翼形船體附箱面積較大,使整台浮船運行平穩。能夠在浮船上做一些檢修工作,既安全、又方便。

  (4)每年可在儲水倉沒有積水時組裝組合式浮船、橡膠管、雙園柱筒(支撐橡膠管)。當水位逐漸上升組合式浮船、橡膠管、雙園柱筒也随着浮起。水位淹過吸水口,可以随時啟動水泵,浮船能在高差12m範圍内工作,解決了水位變化大水泵吸水難問題。同時安裝、檢修、移動簡單方便。

  (5)我礦采區台階高為12m,把儲水倉深設計為10m,容量1.0×105m3,使組合式浮船始終在水倉底部,等待啟動,充分用足了水倉的容積,達到儲排平衡,解決了工作面窄小、儲水倉小問題,增強了抗暴雨的能力同時提前1年下了1個台階,節約了成本,給采礦作業帶來方便。

  (6)組合式浮船采用鋼制結構,然後裡外和水泵底座塗刷玻璃纖維增強塑料防腐處理,使組合式浮船具有鋼結構的強度,又達到浸泡在酸性(含銅、硫)水質中化學穩定性好、絕緣好和無滲漏,清洗十分容易,修補簡單、方便、安全、經濟合理。該浮船造價是不鏽鋼泵船的1/3.

  (7)排水系統優化設計。由于按正常年日平均降雨(H=4.7mm/d),或曆年雨季日平均降雨量(H=7.9 mm/d),或曆年實際降雨日的平均降雨量(H=10.8 mm/d)三者中的任何一種降雨量來計算,其降雨量的值均偏小,由此将造成選擇的排水設備太小,出現淹沒時間過長等問題;若按≥50mm/d的降雨量(氣象部門規定≥50mm/d為暴雨)來計算,則平均每年僅出現5.5d,這樣将使選擇的排水能力過大,平時造成“大馬拉小車”現象。為此本設計選擇雨季降雨量≥5.0mm/d(氣象部門規定≥5.0mm/d的降雨量才會形成迳流)降雨日的平均降雨量(H=26.7mm/d)作為選擇正常排水設備的控制雨量,取迳流系數φ=0.9,正常降雨迳流量按下述公式計算:

  QZ=F×H×φ

  式中:QZ―――正常降雨迳流量,m 3/d;F―――彙水面積,m 2,F=480120;H―――正常降雨量,m/d,H=26.7×10-3;

  φ―――正常地表迳流系數,φ=0.9.計算得Q=11537m3/d.

  2.2水泵選擇的原則

  (1)正常工作水泵應在20h内排除日正常降雨迳流量與地下湧水量之和,備用水泵的能力應不小于正常工作水泵能力的50%。

  (2)全部水泵開動時應在7天内排除20年一遇連續7天最大暴雨迳流量和地下湧水量之和。

  (3)水泵及管道材質按pH值3左右的酸性礦坑水考慮。

  (4)水泵規格盡可能統一,便于維護管理。

  通過計算及各方案比較,最後選用150FB-90耐酸泵4台做浮船泵,作為正常排水使用;10SA-6型水泵2台做半固定泵站,作為20年一遇連續7天最大暴雨時使用。

  (5)按設計方案,最大水錘壓頭出現在150FB-90耐酸泵工作在最大幾何高差下突然發生停泵時,故僅計算該工況。

  水錘波傳遞速度a=1435/(1+kd/Eδ)1/2=533.5m/s,最大水錘壓頭Hmax=Hj+av0/g+1/2Hz=269m.

  為了減少最大水錘壓頭,首先采用了軟啟動器,使水泵緩慢啟動、停止。啟動和停止泵時管内壓力逐漸上升、下降,減小水錘壓頭的危害,起到保護作用。

  其次自行設計了組合式逆止閥(逆止閥和安全閥組合),當突然事故水管壓力大于1.1Mpa時,組合式逆止閥旁邊的安全閥自動打開卸荷,使管路壓力迅速下降,解決了因水錘壓頭造成的橡膠管破裂。同時節約了耐酸消錘緩閉止回閥,節約了投資。

  (6)橡膠管在排水時,水和橡膠管較重,使組合式浮船傾斜,水泵不在水平面工作,備件磨損快,采用雙園柱筒(塗刷玻璃纖維增強塑料防腐處理)支撐,使雙園柱筒和水位一同上升和下降,起到平衡的作用。

  2.3移動變電站的建設

  采用移動變電站為10SA-6型水泵和150FB-90耐酸泵提供電源,每年移動控制櫃不需安裝、調試,隻需整體搬遷即可,經濟合理、搬遷方便。

  3工業應用

  2001年組合式浮船泵站投入采區排水工程中,運行表明,各項設計參數均滿足生産要求。特别是在雨季,彙水面積達480120m2,暴雨時使用雨量記錄儀測得,正常降雨迳流量約為11537m 3/d;酸度pH值達到2.5~3,連續3天最大暴雨時水位上升約12m左右的情況下。24h開啟150FB-90型水泵4台(水泵流量190.8m3/h),并啟動10SA-6型水泵及時将水排出,确保礦坑未被水淹,保證了礦山正常生産。

  通過幾年運行。證明組合式浮船泵站設計合理、技術先進,排水設施運轉正常、可靠。連續7天暴雨時排水能力足夠;水泵品種少、數量少、正常運行台數少;可根據水位變化,開啟水泵。正常降雨量時隻開啟浮船水泵,既節約了運行費用,安全性又好,節約總投資。該泵站可服到露天開采結束。

  4結語

  凹陷露天礦組合式浮船排水泵站在江銅集團永平銅礦采礦場已使用5年,設備運行可靠,運行狀況良好,确保了采場的設備和人員的安全;保證了采區酸性水全部通過污水廠處理後排放,減少污染,保護了環境。該項目投資少、見效快、節約能源、降低了生産成本;能提高生産管理水平,減少工人勞動強度,是用新技術與傳統技術相組合,改造現有産業的成功範例。

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