水泵能力数据法在观测矿井涌水量中的应用
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水泵能力数据法在观测矿井涌水量中的应用
摘要：矿井不断的采掘，矿井涌水量越来越大，矿井涌水量观测点也分布越来越多，进而致使涌水量观测任务重，时间长，因此为了更加方便、快捷的观测涌水量是水文地质工作的重点。本文通过水泵排水量效率核定验算，快速方便的计算矿井涌水量，大大减轻的劳动强度和工作效率。
关键词：矿井涌水量；水泵；观测方法；效率
准确的掌握矿井涌水量，对采取得当的防排水措施及预计矿井涌水量有着重要意义。在生产和建设阶段，矿井涌水量的观测应注重观测的连续性和精度，准确的矿井涌水量数据有利于指导生产建设，为矿井安全生产提供保障。
1涌水量的观测方法
矿井涌水量常用的观测方法有容积法、水泵能力法、浮标法、堰测法、流速仪法。
1.1容积法（水仓水位上升法）
容积法是用一定容积的量水桶，放在出水点附近，设法将出水点的水导入桶内，用秒表记录充满水桶的时间，Q=V/t 计算涌水量。水仓水位上升法也是容积法的一种，即打开水泵将水仓水位降到一定深度，然后停泵，测定当水位上升到一定高度时所需要的时间，Q=F(H2-H1)/t F为水仓断面面积；H1 H2为水仓上升前后的高度，t为水位上升的时间间隔。
容积法测水比较准确，但也有局限性，当涌水量过大不方便使用，结合我矿实际，中央内水仓水位上升高度观测不准确，且水泵运行工作时间较长（平均每日运行20h以上，有时单泵全天运行）。
1.2水泵能力法
水泵能力法是指维持水位不变时增加水泵的排水能力，这种方法是通过一日之内记录的水泵开启的总时间，计算出流量。 水泵能力法新泵一般能达到标定的效率，此时所标定的排水量就是水泵的实际排量。旧泵由于磨损过大，效率降低，涌水量数据会造成较大误差。
1.3浮标法
浮标法是指利用木屑或纸屑作浮标，测量水沟中水的流速，根据断面积计算其涌水量。
浮标法可用于排水沟中水的测量，此方法需实测断面选在顺直且规则的地段，其水沟长度为断面宽的5到10倍，水流均匀平稳，无杂物。此方法不适用我矿。
1.4堰测法
堰测法是指井下排水沟中设置测水堰板，使水流通过一定形状的堰口，实测堰口水流高度，然后计算涌水量。
堰测法对水量较大或堰箱较小时不适用，且误差较大。
1.5流速仪法
流速仪法是在巷道水沟处选定一个断面，先测定断面面积，然后使用流速仪测定所选断面处的平均流速，用断面面积乘以平均流速即为流量。
该方法所选巷道要平直，水流要平稳，测量管路排水时管路要满管，流速偏大（水压），存在较大误差。
2水泵数据法观测涌水量的原理
水泵能力大数据法是根据水泵每天的开停时间，乘以水泵的经验效率，计算出涌水量，Q=KW*t/24 式中Q为涌水量m³/h,K为水泵的经验效率， W为水泵铭牌标定的排水量m³/h，t为水泵排水时间。计算每天水泵排水时间建立数据库，即可得到精准的涌水量。
3水泵大数据法的应用
3.1中央水泵房水泵及容量 我矿中央内水仓设计容量2500m³，安设2台MD280-650型多级耐磨离心泵（扬程650m，排水量280m³/h）。
3.2计算经验功率
3.2.1计算每天排水时间（见表1）
1月份水泵排水时间记录表
表1
日期 排水时间 日期 排水时间
1月1日 18.09 1月2日 22.17
1月3日 19.58 1月4日 18.75
1月5日 20.67 1月6日 20.58
1月7日 21.5 1月8日 19.16
1月9日 19.34 1月10日 23.17
1月11日 20.38 1月12日 20.00
1月13日 21.00 1月14日 20.42
1月15日 19.5 1月16日 24.58 1月17日 23.92 1月18日 19.75
1月19日 23.67 1月20日 20.42
1月21日 21.08 1月22日 20.58
1月23日 20.00 1月24日 20.00
1月25日 22.75 1月26日 22.25
1月27日 25.26 1月28日 21.75
1月29日 22.76 1月30日 23.60
1月31日 22.58 1月平均值 21.3
3.2.2实测矿井涌水量（见表3）
日
期 水量（m³/h） 日 期 水量（m³/h）
1月5日 215.8 1月10日 217.0
1月15日 219.0 1月20日 229.9
1月25日 226.8 1月30日 233.8
平均值 223.7 表3
3.2.3计算水泵效率
由Q=KW*t/24 得K=Q*24/W*t=223.7*24/280*21.30=90.02%
3.2.4实际应用
3.2.4.1通过矿井水文监测系统得到中央内水仓水泵开停记录（见表4）
日期 排水时间（h） 日期 排水时间(h)
2月1日 19.33 2月2日 23.5
2月3日 12.00 2月4日 23.91
2月5日 22.00 2月6日 20.25
2月7日 16.50 2月8日 24.00
2月9日 24.25 2月10日 24.25
2月11日 19.83 2月12日 15.74
2月13日 22.33 2月14日 27.74
2月15日 22.83 2月16日 19.62
2月17日 21.75 2月18日 22.75 2月19日 23.59 2月20日 22.50
2月21日 25.25 2月22日 25.92
2月23日 23.42 2月24日 22.92
2月25日 20.92 2月26日 24.75
2月27日 24.00 2月28日 24.00
2月平均值 22.10 2月平均涌水量 232.10m³/h
表4
3.2.4.2实际观测涌水量（见表5）
时 间 流量（m³/h） 时 间 流量(m³/h)
2月10日 225.0 2月20日 231.0
2月30日 251.0 平均值 235.7
表5
3.2.5两种方法比较 两种方法计算出的涌水量比较，2月份通过水泵数据法观测结果为232.1m³/h,井下实际观测为235.7
m³/h，通过比较涌水量基本相同，证明利用水泵法该方法可靠实用。
4水泵能力数据法的优缺点
4.1优点
4.1.1使用该方法可以在地面对矿井涌水量进行观测，节省大量人力，并且实时准确，提高了工作效率。
（2）测水人员不需要下井，从源头控制了安全事故的发生。
4.2缺点
4.2.1水泵能力法新泵一般能达到标定的效率，此时所标定的排水量就是水泵的实际排量。水泵由于磨损过大，效率降低，涌水量数据会造成较大误差。每隔半年或一年需对效率进行核定。
4.2.2水泵异常时，从监测系统能得到开停时间，但水泵却无法正常工作，监测时间数据有影响。
参考文献
[1]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水细则[M].北京:煤炭工业出版社,2018.
[2]杜运夯，孙小林，陈小国，煤矿防治水细则专家解读[M].徐州:中国矿业大学出版社,2018.7
