矿用潜水泵运输装置设计应用.pdf

机 电 工 程 技 术 第４９卷 第０８期ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＆ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏｌ ４９ Ｎｏ ０８ 收 稿 日 期 ２０２０－０２－１４ ＤＯＩ１０ ３９６９／ ｊ ｉｓｓｎ １００９－９４９２ ２０２０ ０８ ０７８ 武 杰．矿 用 潜 水 泵 运 输 装 置 设 计 应 用 ［Ｊ］．机 电 工 程 技 术 ，２０２０，４９（０８）２３８－２３９ 矿用潜水泵运输装置设计应用 武 杰 （大 同 煤 矿 集 团 北 辛 窑 煤 业 有 限 公 司 ，山 西 忻 州 ０３６７０２） 摘 要 为 了 提 高 掘 进 巷 道 积 水 区 排 水 效 率 ，减 少 矿 用 潜 水 泵 在 排 水 过 程 中 出 现 堵 塞 等 故 障 ，降 低 水 泵 搬 运 劳 动 强 度 ，对２１０４巷 掘 进 前 期 排 水 现 状 及 遇 到 技 术 难 题 进 行 分 析 ，并 设 计 了 一 套 矿 用 潜 水 运 输 装 置 。分 析 了 该 装 置 的 结 构 、工 作 原 理 及 优 缺 点 ，并 在２１０４巷 后 期 掘 进 中 进 行 应 用 ，可 提 高 水 泵 排 水 效 率３倍 以 上 ，有 效 降 低 了 水 泵 故 障 率 ，保 证 了 掘 进 巷 道 安 全 高 效 排 水 。 关 键 词 矿 用 排 水 泵 ；移 动 装 置 ；设 计 应 用 中 图 分 类 号 ＴＤ５２５ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １００９－９４９２（２０２０）０８－０２３８－０２ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ Ｍｉｎｅ Ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ Ｐｕｍｐ Ｗｕ Ｊｉｅ （Ｂｅｉｘｉｎｙａｏ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｄａｔｏｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｇｒｏｕｐ，Ｘｉｎｚｈｏｕ，Ｓｈａｎｘｉ ０３６７０２，Ｃｈｉｎａ） ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｎｄｉｎｇ ａｒｅａ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙ，ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｂｌｏｃｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｐｕｍｐ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｐｕｍｐ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒａｉｎａｇｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｏｆ ２１０４ ｒｏａｄｗａｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ２１０４ ｌａｎｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｒｅｅ ｔｉｍｅｓ，ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｕｍｐ，ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｒａｉｎａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｒｏａｄｗａｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｍｉｎｅ ｓｕｂｍｅｒｓｉｂｌｅ ｐｕｍｐ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ；ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ０引 言 受 煤 层 倾 角 、地 质 构 造 等 影 响 ，巷 道 在 掘 进 过 程 中 底 板 起 伏 不 平 ，出 现 低 洼 现 象 ，巷 道 在 掘 进 过 程 中 钻 孔 水 、采 空 区 积 水 、喷 雾 洒 水 等 积 水 在 巷 道 低 洼 处 积 聚 ，且 积 聚 处 富 含 大 量 煤 泥 ，采 用 传 统 水 泵 直 接 排 水 时 很 容 易 造 成 煤 泥 、异 物 对 水 泵 堵 塞 ［１］，影 响 水 泵 排 水 效 率 ，而 且 容 易 造 成 水 泵 损 坏 ，增 加 设 备 维 修 成 本 费 用 。本 文 以 某 煤 矿２１０４巷 为 例 ，针 对 巷 道 低 洼 处 排 水 ，对 矿 用 水 泵 设 计 了 一 套 运 输 装 置 ，并 对 实 际 应 用 效 果 进 行 合 理 分 析 。 某 煤 矿２１０４巷 位 于 井 田１１采 区 ，巷 道 设 计 长 度 为１ ３００ ｍ， 巷 道 设 计 断 面 规 格 为４ ５ ｍ ３ ５ ｍ（宽高 ） ，巷 道 掘 进 煤 层 为２＃煤 层 ，平 均 厚 度 为５ ８ ｍ，平 均 倾 角 为８，施 工 巷 道 沿２＃煤 层 底 板 掘 进 ，截 止 目 前 巷 道 已 掘 进１ ２００ ｍ。 ２１０４巷 掘 进 至３５０ ｍ、５８０ ｍ、１ １１０ ｍ处 分 别 揭 露 一 条 正 断 层 ，断 层 平 均 落 差 为１ １ ｍ，平 均 倾 角 为５７，受 煤 层 倾 角 及 断 层 影 响 ，巷 道 在３５０ ｍ、５８０ ｍ、１ １１０ ｍ处 分 别 形 成 低 洼 处 ，低 洼 长 度 为２７ ｍ，最 大 深 处 为１ ５ ｍ。 １巷 道 掘 进 中 排 水 现 状 及 问 题 分 析 １ １巷 道 掘 进 中 排 水 现 状 由 于２１０４巷 在 掘 进 过 程 中 钻 孔 施 工 水 、喷 雾 洒 水 等 积 水 影 响 ，巷 道 在 掘 进 过 程 中 产 生 大 量 积 水 ，且 巷 道 内 积 水 向 低 洼 处 聚 集 ，通 过 现 场 观 察 发 现 ，在５８０ ｍ处 积 水 深 度 达０ ７ ｍ， 积 水 区 内 煤 泥 深 度 达０ ４ ｍ，降 低 了 巷 道 质 量 标 准 化 ，严 重 影 响 巷 道 设 备 、行 人 安 全 ［２］。 １ ２排 水 措 施 ２１０４巷 掘 进 期 间 对 积 水 区 主 要 采 用 潜 水 泵 进 行 积 水 区 排 水 ，潜 水 泵 功 率 为５ ｋＷ，每 班 安 排３名 排 水 工 将 潜 水 泵 分 别 移 至 低 洼 处 进 行 排 水 ；当 第１处 低 洼 积 水 区 排 水 完 成 后 ，排 水 工 抬 运 水 泵 至 第２处 积 水 继 续 排 水 ，直 至３处 积 水 区 全 部 排 水 完 成 。 １ ３问 题 分 析 （１）劳 动 作 业 强 度 大 。每 天 需 对 巷 道３处 低 洼 处 进 行 排 水 ，水 泵 运 输 间 距 达８００ ｍ，且 需 人 工 抬 运 ，从 而 造 成 人 工 劳 动 作 业 强 度 大 ，劳 动 成 本 高 ，排 水 效 率 低 ［３］；而 且 巷 道 内 机 械 设 备 数 量 多 ，人 工 抬 运 水 泵 时 行 走 难 度 大 ，不 利 于 排 水 施 工 安 全 。 （２）设 备 损 坏 严 重 。传 统 排 水 时 将 潜 水 泵 直 接 放 入 积 水 区 内 进 行 排 水 ，由 于 积 水 区 内 煤 泥 及 杂 物 多 ，在 排 水 过 程 中 会 造 成 煤 泥 及 杂 物 吸 入 水 泵 内 ，导 致 水 泵 卡 塞 现 象 严 重 ［４］， 甚 至 造 成 水 泵 烧 毁 事 故 发 生 。据 统 计 ，巷 道 掘 进 前 期 排 水 过 程 中 ，共 计 烧 毁 水 泵４台 ，经 济 损 失 达４６万 元 。 ２潜 水 泵 移 动 装 置 组 成 及 工 作 原 理 ２ １潜 水 泵 移 动 装 置 组 成 潜 水 泵 移 动 装 置 主 要 由 底 座 、车 架 、车 轮 、方 柱 、过 滤 箱 、丝 杠 、卡 扣 、抱 箍 等 组 成 ，如 图１所 示 。丝 杠 按 照 用 途 分 为 车 辆 紧 固 丝 杠 、底 座 及 过 滤 箱 调 节 丝 杠３种 。 车 辆 底 座 主 要 由 长 度 为１２ ｍ，宽 度 为０５ ｍ，厚 度 为５ ｍｍ 钢 板 焊 制 而 成 ，在 底 座 上 均 匀 焊 制 若 干 个 直 径 为８ ｍｍ圆 孔 ， 从 而 提 高 潜 水 泵 吸 水 效 果 。过 滤 箱 主 要 对 积 水 区 煤 泥 、杂 物 进 行 过 滤 ，过 滤 箱 内 安 装 了３层 过 滤 棉 ，过 滤 箱 调 节 丝 杠 能 够 对 潜 水 泵 移 动 装 置 上 过 滤 箱 的 高 度 进 行 调 节 。车 辆 底 座 丝 杠 能 够 调 节 潜 水 泵 移 动 装 置 高 度 使 其 在 不 同 深 度 的 积 水 区 使 ８３２ 用 ，共 计４根 ，调 高 丝 杠 分 别 安 装 在 底 座４个 角 处 ，丝 杠 最 大 调 高 高 度 为０ ５ ｍ。紧 固 丝 杠 共 计４根 ，通 过 卡 扣 分 别 固 定 在 光 轴 上 ，当 潜 水 泵 调 高 、整 平 完 成 后 ，及 时 通 过 丝 杠 进 行 固 定 ，防 止 潜 水 泵 倾 倒 。 图１ 矿 井 排 水 潜 水 泵 移 动 装 置 断 面 示 意 图 ２ ２潜 水 泵 移 动 装 置 工 作 原 理 潜 水 泵 移 动 装 置 在 正 常 使 用 时 ，工 作 人 员 首 先 要 在 过 滤 箱 内 安 装 潜 水 泵 ，潜 水 泵 安 装 完 毕 后 通 过 调 节 圆 套 来 设 定 潜 水 泵 的 高 度 ，待 潜 水 泵 的 高 度 设 定 完 成 后 再 调 节４根 紧 固 丝 杠 ，使 潜 水 泵 固 定 牢 固 ［５］。当 完 成 潜 水 泵 的 固 定 工 作 后 ，工 作 人 员 要 继 续 通 过 调 节 两 端 对 称 丝 杠 设 定 过 滤 箱 高 度 ，过 滤 箱 高 度 要 保 证 与 底 板 距 离 大 于１５ ｃｍ，防 止 过 滤 箱 与 移 动 装 置 底 板 发 生 碰 撞 。当 完 成 过 滤 箱 的 固 定 工 作 后 ，工 作 人 员 将 潜 水 泵 移 动 装 置 移 动 到 排 水 区 域 ，为 了 保 证 移 动 装 置 供 电 安 全 ，排 水 区 域 的 水 深 必 须 保 证 不 得 淹 没 潜 水 泵 的 电 缆 及 喇 叭 嘴 。 为 了 保 证 潜 水 泵 能 够 起 到 较 好 的 排 水 效 果 ，当 潜 水 泵 移 动 装 置 移 动 到 排 水 区 域 后 ，工 作 人 员 通 过 调 节 两 端 对 称 丝 杠 ， 将 过 滤 箱 高 度 调 整 到 距 底 板 大 于３ ｃｍ之 后 ，再 继 续 排 水 工 作 。当 潜 水 泵 移 动 装 置 在 坡 度 较 大 的 运 输 巷 道 进 行 排 水 时 ， 工 作 人 员 要 随 时 观 察 潜 水 泵 区 域 的 水 深 ，当 排 水 区 域 内 的 水 深 高 度 降 到 潜 水 泵 底 座 高 度 后 ，工 作 人 员 方 可 继 续 移 动 潜 水 泵 移 动 装 置 进 行 排 水 。当 潜 水 泵 移 动 装 置 在 巷 道 坡 度 较 大 的 积 水 区 进 行 排 水 时 ，为 了 防 止 移 动 装 置 在 坡 度 较 大 巷 道 发 生 侧 翻 事 故 ，工 作 人 员 要 随 时 对 车 辆 底 座 丝 杠 进 行 调 节 ，确 保 车 辆 底 座 始 终 处 于 水 平 状 态 。 完 成 排 水 作 业 后 ，工 作 人 员 要 及 时 将 移 动 装 置 从 积 水 区 域 撤 出 ，然 后 调 节 移 动 装 置 两 侧 的 丝 杠 ，确 保 车 轮 轴 的 高 度 与 滤 箱 底 部 平 行 ，最 后 将 丝 杠 调 整 到 最 初 的 高 度 ，完 成 整 个 排 水 作 业 。 ３优 缺 点 及 经 济 效 益 ３ １优 点 （１）潜 水 泵 移 动 装 置 使 用 的 材 料 为 工 字 钢 ，该 材 料 价 格 较 低 、焊 接 方 便 、重 复 使 用 性 强 ，能 够 降 低 潜 水 泵 移 动 装 置 的 价 格 。 （２）潜 水 泵 移 动 装 置 的 结 构 简 单 ，能 够 便 捷 地 在 车 间 进 行 组 装 ，故 障 率 低 ，整 套 装 置 成 本 费 用 为０ １２万 元 ，成 本 费 用 低 ；而 且 该 装 置 可 用 于 采 掘 工 作 面 复 杂 地 点 中 ，实 用 性 强 ［６］。 （３）在 排 水 之 前 ，施 工 人 员 能 够 首 先 根 据 积 水 区 域 的 深 度 进 行 调 节 ，然 后 再 将 车 辆 推 移 至 排 水 区 域 ，与 传 统 直 接 排 水 相 比 ，减 少 了 煤 泥 、杂 物 对 水 泵 损 坏 ，提 高 了 水 泵 使 用 寿 命 。 （４）当 第 一 处 积 水 区 排 水 完 成 后 ，施 工 人 员 可 直 接 推 移 该 装 置 至 另 一 处 积 水 区 ，在 移 动 过 程 中 仅 需１人 即 可 ，降 低 了 劳 动 作 业 强 度 及 成 本 费 用 ，避 免 了 以 往 排 水 人 员 工 作 强 度 大 ，以 及 电 缆 、喇 叭 嘴 进 水 的 难 题 ［７］。 ３ ２缺 点 该 装 置 在 实 际 使 用 中 还 存 在 一 些 问 题 ，主 要 表 现 在 以 下 几 方 面 （１）受 积 水 区 煤 泥 影 响 ，装 置 过 滤 箱 需 定 期 进 行 清 理 并 更 换 过 滤 棉 ；（２）由 于 水 泵 在 排 水 过 程 中 会 产 生 振 动 ［８］，长 期 振 动 影 响 会 造 成 底 座 出 现 变 形 现 象 。 ３ ３经 济 效 益 ２０１９年４月 该 煤 矿 对２１０４巷 投 入 使 用 潜 水 泵 移 动 装 置 ， 截 止２０１９年１０月 ，通 过６个 月 实 际 应 用 效 果 观 察 发 现 ，该 装 置 投 入 使 用 后 可 使 水 泵 排 水 效 率 提 高 至３倍 以 上 ，大 大 提 高 排 水 效 率 ；在 使 用 过 程 中 未 发 生 因 水 泵 卡 塞 造 成 水 泵 烧 毁 的 事 故 ，降 低 设 备 维 修 成 本 费 用 达４０余 万 元 ；同 时 采 用 该 装 置 后２１０４巷 排 水 仅 需１人 即 可 ，不 仅 降 低 了 水 泵 安 装 、移 动 作 业 劳 动 强 度 ，而 且 降 低 了 水 泵 移 动 时 的 故 障 率 ，保 证 了 水 泵 安 全 稳 定 运 行 。 ４结 束 语 本 文 针 对２１０４巷 掘 进 期 间 积 水 区 排 水 效 率 低 、水 泵 故 障 率 高 、水 泵 移 动 难 度 大 等 技 术 难 题 ，设 计 了 一 套 潜 水 泵 移 动 装 置 ，通 过 实 际 应 用 效 果 来 看 ，该 装 置 大 大 提 高 了 积 水 区 排 水 效 率 ，降 低 了 排 水 时 劳 动 作 业 强 度 ，提 高 了 矿 用 潜 水 泵 使 用 寿 命 。 参 考 文 献 ［１］韩 建 英．矿 井 应 急 救 援 潜 水 泵 移 动 列 车 的 设 计［Ｊ］．机 械 管 理 开 发，２０１９（１２） １－２． ［２］程 昆．煤 矿 排 水 潜 水 泵 运 输 装 置 设 计 与 应 用［Ｊ］．机 械 工 程 与 自 动 化，２０１８（６） ２１３－２１４． ［３］宋 刚．东 欢 坨 煤 矿 潜 水 泵 排 水 系 统 设 计 方 案［Ｊ］．山 西 煤 炭，２０１６（３） ２４－２６． ［４］孙 丙 科．煤 矿 抗 灾 潜 水 泵 自 动 控 制 系 统 设 计［Ｊ］．工 况 自 动 化，２０１５（２） ９７－９９． ［５］智 伟．煤 矿 井 下 潜 水 泵 安 全 型 自 动 排 水 装 置 的 应 用［Ｊ］．科 学 之 友，２０１３（１２） ４１－４２． ［６］薄 一 龙．基 于 故 障 树 的 煤 矿 排 水 泵 故 障 分 析［Ｊ］．陕 西 煤 炭，２０１９（２） ６２－６４． ［７］张 嘉．煤 矿 潜 水 泵 常 见 故 障 及 处 理［Ｊ］．能 源 与 节 能，２０１６ （２） ２４－２６． ［８］王 明 哲．煤 矿 潜 水 泵 卡 塞 原 因 分 析 及 对 策 措 施［Ｊ］．山 东 煤 炭 科 技，２０１８（６） ７５－７６． 作 者 简 介 武 杰 （１９９０ －） ，男 ，大 学 本 科 ，助 理 工 程 师 ，研 究 领 域 为 煤 矿 安 全 管 理 。（编 辑 王 智 圣 ） ９３２ 武 杰 矿 用 潜 水 泵 运 输 装 置 设 计 应 用