使用高效矿山抢险排水装备

随着矿井向深部开采，矿山地质水害有趋重之势；加之洪灾和废弃老井、老空积水的威胁，矿井重特大事故时有发生。矿井被淹后，会使原有的排水系统遭到毁坏，需要从矿山排水基地紧急调运设备，进行抢险排水工作。这项工作处理的好坏，直接关系到矿井抢险排水的成败。
笔者在20年的抢险排水工作中，曾参加指导了国家安监、煤监部门和四川省政府组织的四川省犍为县东风煤矿、邻水县大发煤矿、南溪县青龙咀煤矿，贵州省思南县天池煤矿和甘肃省山丹县吴涛煤矿等重特大突(透)水事故的抢险排水工作。在大量的抢险排水实践工作中，笔者认为，目前我国用于矿山抢险排水的装备还不完善，抢险排水的效率较低。一方面，需要改进现有装备，使之适用于抢险现场；另一方面，需要加快新技术装备的研究和配置，以尽快形成高效率的抢险排水装备体系。

现有装备在抢险排水中的不适应
1.传统潜水电泵不能一次排干矿井积水
潜水电泵因具有潜入水体连续排水的性能，而成为竖井、斜井抢险排水的主打设备。但是，传统潜水电泵的结构型式是电动机前置(即“上泵下电机”)，潜水电泵的进水口设置在电动机上方。这在竖井或斜井抢险排水中，往下“追水”到井底大巷时，将有相当于电泵电动机机身高度的水不能排干。为了排干矿井积水，抢险现场不得不采用增加“接力泵”(由潜水电泵生产厂配套)的方法，或换用离心式水泵的方法来完成最后的抢险排水。传统潜水电泵的结构限制，不仅延长了应急救援时间，而且使矿井抢险排水尾段增加了操作难度和技术风险。
2.离心式水泵用于斜井抢险排水的障碍
实践证明，传统离心式水泵在斜井抢险排水过程中，也存在不稳定、不可靠的问题。离心式水泵倾斜20°以内，尚可以安全运行，但离心式水泵的底阀必须保持与水面垂直，否则，将可能在停机后再次启动时发生漏水，造成潜水泵泵不上水的故障。而且，由于离心式水泵的“底阀-吸水胶管-水泵”是分离的，在斜井轨道上不能整体运(移)动，当水泵或环境出现异常情况时，现场往往会手忙脚乱，甚至水泵设备也可能被上涨的水淹没。
3.排水钢管过重
目前，用于竖井抢险排水的管道是“强力法兰盘钢管”。在竖井抢险排水中，系统质量(包括潜水电泵、强力法兰盘钢管、水柱、电缆等)有时达到几十吨、上百吨，加上它们自身的质量，都集中到管道法兰盘上，这就导致整个排水系统不得不采用强力法兰盘和管壁较厚的无缝钢管，而这样又反过来增加了系统质量、安装时间和安装困难。
4.小型煤矿不具备快速抢险排水的安装条件
目前，我国西南等地区还有大量年产3万～9万t的小煤矿，这些矿井由于机械化程度低、负荷轻，设计的电源容量和供电能力一般都很小，一旦发生淹井事故，无法带动大功率的抢险排水电泵。同时，小型煤矿的井巷布置一般窄小、不规则、道床脆弱，对于较长、较大、较重的潜水电泵，无法安装或放不下去，从而使小型煤矿特大淹井事故的抢险排水面临着极大的困难。

现有装备的改进
1.并列组合式潜水电泵的应用
小型煤矿抢险排水，要适应其电源容量小、井巷断面小、轨道能力小的特点。在当前国产装备的条件下，我站采用了并列组合式潜水电泵。如图所示，将2台同型号小型潜水电泵并列，用三通管汇通，组装在钢结构小车上而成。最大安装尺寸宽0.7m，长5.2m，总质量为2t，这一改进能实现在小煤矿抢险排水中的快速安装。该组合泵在四川省大竹县田坝煤矿、广元市黄家沟煤矿、贵州省思南县天池煤矿等条件极差的小矿井抢救重特大淹井事故中，发挥出了较高的排水效率。
2.离心式水泵配以安全承载车
为了克服离心式水泵用于斜井吊挂排水的障碍，可以配置专用的承载车。如图所示，此车的特点是水泵斜度可调、底阀斜度可调。它把“底阀-吸水胶管-水泵”用2个可以联动的车身托起，实现整机在轨道上的自由运(移)动，具有适应斜井倾角和快速反应2个功能，可使离心式水泵用于斜井抢险排水的可靠性、安全性大大增强。
3.矿用玻璃钢排水管与高压橡胶软管的应用
为了快捷安装斜井抢险排水系统，我们采用矿用轻型玻璃钢快接排水管。这种水管的质量只占同口径无缝钢管质量的30%左右，连接速度快3倍，大大缩短了应急救援时的安装时间，减轻了安装劳动强度。我们改建了斜井抢险排水的快捷系统。如图所示，在抢险排水实践中，只把少量的水管连在潜水泵上，放入水体，而把大量的水管沿斜井人行道敷设，用高压橡胶软管汇通两条管路。这样，一是减轻了系统压力对绞车静张力的需求，二是避免了下放时因管道过长而跳道的麻烦，使抢险排水有了更安全的保障。
4.排水管子的集运快装
管子一次吊装一根或几根的传统方法，既耗时又不安全，我们改用集装手段。如图所示，集装架一次可以吊装几十根管子，大大提高了吊装安全和效率。而且，对矿用玻璃钢管子而言，层间的稳定垫片防止了运输途中管子的互相摩擦，有效地保障了管子的完好。
5.特殊三线圈电力变压器的应用
在制定小型煤矿抢险排水预案时，必须考虑到动力电源问题。小型煤矿特大透水事故抢险排水中，出于加快排水的愿望，一般希望能够选用较大功率的高效潜水电泵，但由于小型煤矿井巷窄小，当“追水”接近斜井落平处时，体积过长的潜水电泵往往放不下去、吸不上水，这时又需要换用离心式水泵来完成最后排水。因此，国产500kVA-10/6/0.4kV特殊三线圈隔爆型移动变电站成为解决小型煤矿抢险动力电源的重要装备。该变压器输入电压为10kV、6kV2个等级，输出电压为6kV、0.4kV2个等级，具有较好的适用性。现场抢险中，使用1台变电站，安装在上车场，即可承担整个抢险排水的供电任务。

矿山抢险排水高效装备的发展方向
1.前置型潜水电泵将成为矿山抢险排水的有力工具
由于传统的潜水电泵和离心式水泵不是专门为矿井抢险排水而设计的，因此，出现了矿山抢险装备与效率的矛盾。要提高抢险排水效率，首先要在潜水电泵上有所创新和突破。根据矿井淹没后的安装条件，前置型潜水电泵(即“下泵上电机”)应成为首选，并应由此结构构建功率、扬程与体积适宜矿井抢险排水的多个系列。

2.高强度的玻璃钢管或可取代强力法兰盘钢管
竖井抢险排水装备发展的方向，除了改进水泵结构，加大单机排水量外，还应减少系统自身质量。国产玻璃钢管材是否可以通过改进材料和工艺，达到较高的抗拉强度和抗水锤能力，尚待研究和试验。可以预见的是，轻型管材是一个发展方向。当小型竖井采用轻型水管后，系统自身压力减小，可以优化抢险排水方案，提高抢险排水效率。
矿山抢险排水是矿山应急救援的一个分支，除了大的矿业集团需要有相当的自救能力外，国家正在建立区域性矿山排水基地。笔者建议各方密切合作、加大投入，加快研制矿山抢险排水新装备的步伐，以构成高效装备体系，更好地实现快速出动、快速安装、高效排水、抢救生命和财产这一国家救援目标。

编辑 余茂君