引言:井下泵类设备的重要性与挑战
煤矿井下泵类设备是保障矿井安全生产的关键设施,主要用于排水、通风、瓦斯抽采和煤泥输送等核心环节。根据国家煤矿安全监察局的统计数据显示,井下排水系统故障导致的淹井事故占总事故的15%以上,而泵类设备维护不当引发的瓦斯超限事故也时有发生。这些数据凸显了掌握泵类操作安全规范和故障预防技巧的重要性。
井下泵类设备运行环境恶劣,面临高湿度、高粉尘、腐蚀性水质、空间狭小等多重挑战。操作人员不仅需要具备扎实的理论知识,更需要丰富的实践经验来应对突发状况。本文将从安全操作规范、实用操作技巧、常见故障诊断与预防、以及应急处理预案四个维度,为煤矿从业人员提供一份全面、实用的井下泵类操作作业指南。
一、井下泵类设备基础知识与分类
1.1 主要泵类设备类型及工作原理
煤矿井下常见的泵类设备主要包括以下几类:
离心式水泵:这是井下排水系统的核心设备,利用叶轮旋转产生的离心力将水甩出,形成负压吸入新的水体。其结构包括泵壳、叶轮、轴、轴承和密封装置。离心泵具有流量大、扬程稳定的特点,适用于主排水系统。
潜水泵:直接潜入水中工作,电机与泵体集成设计。井下常用于临时排水、采空区排水和水仓清理。潜水泵的优势在于安装简便,不受吸程限制,但对电机密封性能要求极高。
隔膜泵:通过隔膜往复运动改变腔体容积来输送液体,具有自吸能力强、可输送含固体颗粒介质的特点。在井下常用于输送煤泥水、泥浆等介质。
柱塞泵:利用柱塞在缸体内的往复运动实现吸排液,压力高、流量稳定,主要用于高压注水、注浆和瓦斯抽采钻孔的封孔作业。
1.2 井下泵类设备的运行环境特点
井下泵类设备的运行环境具有以下显著特点:
- 高湿度:相对湿度常达95%以上,易导致电气设备绝缘下降
- 高粉尘:煤尘和岩尘会加速机械磨损,堵塞散热通道
- 腐蚀性水质:井下水常含硫化氢、硫酸盐等腐蚀性物质,pH值可能低于6.5
- 空间受限:泵房和巷道空间狭窄,设备安装和维修困难
- 供电波动:井下电网负荷变化大,电压波动可能影响电机性能
- 温度变化:井下温度随季节和深度变化,影响设备热胀冷缩
了解这些环境特点是做好设备维护和故障预防的基础。
2. 井下泵类设备安全操作规范
2.1 操作前的检查与准备(操作前必做清单)
电气系统检查:
- 检查电机接线盒是否完好,电缆护套无破损、无老化龟裂现象
- 使用兆欧表测量电机绝缘电阻,低压电机不应低于0.5MΩ,高压电机不应低于1MΩ
- �2. 检查接地线是否牢固可靠,接地电阻值应≤4Ω
- 确认控制开关、保护装置动作灵敏可靠,过流、短路、欠压保护整定值正确
机械系统检查:
- 手动盘车2-3圈,确认泵轴转动灵活,无卡滞、无异常响声
- 检查联轴器间隙是否符合标准(一般为2-5mm),柱销、弹性圈完好
- 检查轴承润滑情况,油位应在油标1/2-2/3处,油质清洁无乳化
- 检查密封装置,填料密封的填料压盖松紧适度,机械密封无泄漏
- 检查泵体、管路各连接螺栓是否紧固,地脚螺栓无松动
附属设施检查:
- 检查底阀是否灵活可靠,滤网无堵塞
- 检查压力表、真空表量程合适,表盘清晰,指示准确
- 检查排水管路阀门开关灵活,法兰连接无泄漏
- 检查泵房通风、照明、通讯设施是否完好
- 确认水仓水位在安全范围,吸水管淹没深度足够
安全防护检查:
- 检查设备防护罩是否齐全牢固
- 确认操作区域无杂物堆积,安全通道畅通
- 检查消防器材是否在有效期内,摆放位置正确
- 确认瓦斯监测报警仪正常运行,瓦斯浓度在0.5%以下
2.2 启动操作规范流程
启动前的准备工作:
- 打开泵体顶部的排气阀,缓慢灌水排气,直到排气阀连续出水无气泡为止
- 对于采用真空泵引水的系统,启动真空泵,当真空度达到要求(一般-0.06MPa以上)时,关闭真空阀门
- 全开排水管路的出口阀门(离心泵必须关闭阀门启动,但这里应为全开,实际应为关闭,见下文修正)
- 确认旋转方向正确(点动电机,观察叶轮转向)
修正说明:对于离心式水泵,启动前应关闭出口阀门,以降低启动电流。待达到额定转速后,再逐步打开出口阀门。此处为笔误,特此修正。
启动操作步骤:
- 按下启动按钮,同时观察电流表、压力表变化
- 电机达到额定转速后(约3-5秒),缓慢打开出口阀门,直到压力表指示达到正常工作压力
- 观察泵体有无异常振动、响声,轴承温度是否正常(滚动轴承温度≤75℃,滑动轴承温度≤65℃)
- 检查轴封处泄漏情况,填料密封允许少量泄漏(每分钟30-60滴),机械密封应无可见泄漏
- 记录启动时间、电流、压力、水位等运行参数
启动后的检查:
- 运行30分钟后,再次检查各部位温度、振动、泄漏情况
- 对比初始参数,确认运行稳定
- 检查管路有无渗漏,支架是否牢固
- 确认排水量正常,水仓水位下降明显
2.3 运行中的监控与维护
运行参数监控:
- 电流监控:电流应在额定值的90%-110%范围内波动,异常升高可能表明过载或叶轮堵塞
- 压力监控:压力波动应小于±0.05MPa,持续下降可能表明滤网堵塞或叶轮磨损
- 温度监控:轴承温度每小时记录一次,温升过快应立即停机检查
- 振动监控:使用测振仪定期测量,振动值应≤4.6mm/s(GB/T 29531标准)
巡回检查制度:
- 每30分钟进行一次现场巡视,记录运行参数
- 每2小时检查一次润滑情况,补充润滑油
- 每班至少进行一次全面检查,包括电气连接、机械紧固件等
- 雨季或涌水量增大时,增加检查频次至每15分钟一次
运行中的禁止事项:
- 严禁在泵体或管路上进行任何维修作业
- 严禁在运行中拆卸防护罩或调整联轴器
- 严禁在泵房内使用明火或进行焊接作业
- 严禁在运行中调整填料压盖或更换填料
- 24小时连续运行的设备,必须严格执行交接班制度
2.4 停机操作规范
正常停机:
- 缓慢关闭出口阀门,减少水锤效应
- 按下停止按钮,切断电源
- 关闭进口阀门(如有)
- 打开泵体底部的放水阀,排空泵内积水(长期停机时)
- 切断控制电源,挂”禁止合闸”警示牌
紧急停机条件:
- 发生人身伤害事故
- 电机或泵体冒烟、起火
- 轴承温度急剧上升超过80℃
- 泵体剧烈振动或有金属撞击声
- 电气设备发生短路、接地故障
- 瓦斯浓度超限(≥0.5%)或发生突水征兆
紧急停机操作:
- 立即按下紧急停止按钮(红色蘑菇头按钮)
- 切断主电源开关
- 向矿调度室和值班领导汇报
- 设置警戒区域,禁止无关人员靠近
- 若发生火灾,使用干粉灭火器灭火,严禁用水灭火
3. 实用操作技巧分享
3.1 提高泵效的实用技巧
优化吸程:
- 吸水管淹没深度应≥0.5米,避免吸入空气
- 吸水管路尽量减少弯头数量,每个弯头相当于增加0.5米吸程损失
- 底阀滤网每班清理一次,防止杂物堵塞
- 在吸水管入口处加装”伞形”滤网,可有效防止大块杂物进入
减少管路损失:
- 定期清理排水管路内的水垢和沉积物,每年至少进行一次酸洗
- 管路法兰连接处的垫片应选用耐腐蚀材料,避免使用石棉垫片
- 在管路高点设置排气阀,防止气堵影响排水效率
- 合理配置管路直径,流速控制在1.5-2.5m/s之间
节能运行:
- 根据涌水量变化,合理调配水泵运行台数,避免”大马拉小车”
- 在用电低谷时段集中排水,降低电费成本
- 采用”一用一备”或”两用一备”的运行模式,定期切换主备泵,使设备磨损均匀
- 安装变频调速装置,根据实际需求调节流量,可节电15-30%
3.2 延长设备寿命的维护技巧
润滑管理:
- 采用”五定”润滑法:定点、定质、定量、定期、定人
- 夏季使用2号锂基润滑脂,冬季使用1号锂基润滑脂
- 每运行2000小时更换一次润滑油,或每季度更换一次,以先到为准
- 换油时必须清洗轴承和油室,防止旧油中的磨粒损伤轴承
密封维护:
- 填料密封的填料应选用石墨浸渍石棉或聚四氟乙烯材质,每3-6个月更换一次
- 填料压盖螺栓应均匀紧固,避免偏斜导致泄漏或磨损轴套
- 机械密封的冷却水必须保持畅通,水温应低于40℃
- 在输送腐蚀性介质时,应选用耐腐蚀的机械密封或采用副叶轮动力密封
防锈防腐:
- 泵体表面定期除锈刷漆,每年至少一次
- 在泵体不运转时,应排空积水并涂抹防锈油
- 对于长期备用的泵,每月手动盘车一次,防止轴弯曲和锈死
- 在泵房内放置干燥剂,保持环境相对湿度低于80% |
3.3 应对恶劣环境的技巧
高粉尘环境:
- 在泵房入口设置除尘帘或水幕,减少粉尘进入
- 电机加装防尘罩,定期清理散热片上的粉尘
- 使用密封性能更好的轴承(如带防尘盖的轴承)
- 每班用压缩空气吹扫电机和泵体表面粉尘
高湿度环境:
- 电机接线盒内放置硅胶干燥剂,每月更换一次
- 电缆入口处用密封胶圈密封,防止潮气进入
- 控制箱内安装加热器,在停机时保持干燥
- 使用绝缘等级为F级或H级的电机,提高绝缘性能
腐蚀性水质:
- 泵体过流部件选用不锈钢或高铬铸铁材质
- 在泵入口处添加缓蚀剂,降低腐蚀速率
- 定期检测水质pH值,当pH<6.5时,应采取中和措施
- 使用牺牲阳极保护法,在泵体上安装锌块或镁块作为牺牲阳极
4. 常见故障诊断与预防
4.1 故障诊断的基本方法
观察法:通过看、听、摸、闻判断故障
- 看:观察仪表指示、泄漏情况、振动幅度、零部件状态
- 听:听运转声音是否平稳,有无撞击声、摩擦声、气蚀声(像小石子撞击泵壳的声音)
- 摸:触摸轴承温度、泵体温度、振动情况(注意安全,防止触电)
- 闻:闻有无焦糊味、绝缘漆味,判断电机是否过热
参数分析法:
- 对比运行参数与额定参数的偏差
- 分析参数变化趋势,如电流持续上升、压力持续下降等
- 使用”故障树”分析法,从现象追溯根源
替换法:
- 用备用件替换疑似故障部件,观察故障是否消除
- 适用于电气元件、密封件等易损件的故障判断
4.2 常见故障现象、原因分析与处理方法
故障1:水泵不出水或出水量小
现象:启动后压力表无指示或指示很低,电流接近空载值,排水管不出水或出水量很小。
原因分析:
- 吸水管路漏气,导致无法形成真空
- 底阀卡死或滤网堵塞,进水不畅
- 泵体内有空气未排尽
- 叶轮堵塞或严重磨损
- 转速不足(电机故障或电压过低)
- 吸水高度过大,超过泵的允许吸程
- 排水阀门未打开或开度不够
处理方法:
- 用肥皂水检查吸水管路各连接处,冒泡处即为漏气点,应紧固法兰螺栓或更换垫片
- 停机后关闭进口阀门,拆卸底阀清理杂物,检查阀瓣灵活性
- 重新灌水排气,确保泵体顶部排气阀连续出水
- 拆泵检查叶轮,清理堵塞物,磨损严重的应更换叶轮
- 检查电机电压,若电压低于额定值10%应停止使用,检查供电系统
- 降低吸水高度,或采用真空罐引水方式
- 全开排水阀门,检查阀门是否损坏
故障2:水泵运行中突然停机
现象:水泵在运行中突然停止转动,电机可能伴有异响或冒烟。
原因分析:
- 电气故障:过流保护动作、缺相运行、电机烧毁
- 机械故障:轴承损坏、叶轮卡死、轴弯曲
- 管路故障:排水管路堵塞或阀门突然关闭
- 水源故障:水仓水位过低,吸水管露出水面
- 瓦斯超限:瓦斯传感器报警,系统自动切断电源
处理方法:
- 立即切断电源,挂警示牌
- 检查电气系统:测量电机绝缘电阻,检查熔断器、接触器触点
- 棸查机械部分:手动盘车,若盘不动则说明机械卡死,需拆泵检修
- 检查水仓水位和吸水管路
- 检查瓦斯传感器和监控系统
- 查明原因并排除故障后,方可重新启动
故障3:轴承温度过高
现象:轴承温度超过75℃,温升过快,伴有异常响声。
原因分析:
- 润滑不良:缺油、油质变质、润滑油牌号不对
- 冷却不良:冷却水管堵塞、冷却水中断
- 装配不当:轴承间隙过小、轴弯曲、联轴器不同心
- 超负荷运行:流量过大、扬程过高
- 轴承本身缺陷:轴承损坏、保持架断裂
处理方法:
- 停机检查润滑情况,补充或更换润滑油
- 清理冷却水管,确保冷却水畅通
- 检查轴承间隙,调整至标准值(滚动轴承间隙0.05-0.1mm)
- 检查泵的运行工况,避免超负荷运行
- 更换损坏的轴承,安装时注意清洁和装配质量
故障4:泵体振动过大
现象:泵体振动值超过4.6mm/s,伴有异常响声,地脚螺栓可能松动。
原因分析:
- 基础不牢:地脚螺栓松动、基础混凝土开裂
- 转子不平衡:叶轮磨损不均、叶轮上有异物
- 轴弯曲或轴承损坏
- 联轴器不同心或柱销磨损
- 气蚀现象:吸程过大或进口压力过低
- 管路应力:管路支撑不良,将应力传递给泵体
处理方法:
- 紧固地脚螺栓,检查基础是否牢固
- 清理叶轮,做静平衡试验,必要时更换叶轮
- 校正或更换泵轴,更换轴承
- 重新找正联轴器,更换磨损的柱销和弹性圈
- 降低吸程或增加进口压力,避免气蚀
- 重新配置管路支撑,消除管路应力
故障5:填料密封泄漏过大或发热
现象:填料处泄漏量超过60滴/分钟,或填料压盖发热冒烟。
原因分析:
- 填料压盖过紧或过松
- 填料磨损或老化
- 轴套磨损严重
- 冷却水中断或不足
- 泵轴弯曲或振动过大
处理方法:
- 均匀调整填料压盖螺栓,使泄漏量保持在30-60滴/分钟
- 更换填料,选用合适材质
- 更换或修复轴套
- 检查冷却水管路,确保冷却水畅通
- 校正泵轴,消除振动
故障6:电机电流异常
现象:电流超过额定值或电流波动大,电机发热。
原因分析:
- 叶轮堵塞或磨损,导致负荷增大
- 轴承损坏,摩擦增大
- 电机绕组匝间短路或接地
- 电压过低或缺相运行
- 泵在小流量区运行,效率低,电流反而增大
处理方法:
- 清理叶轮或更换叶轮
- 更换轴承
- 检查电机绕组,必要时重绕
- 检查供电系统,恢复正常电压和三相平衡
- 调节出口阀门开度,使泵在高效区运行
4.3 故障预防措施
建立预防性维护计划:
- 制定日检、周检、月检、季检、年检的维护周期表
- 建立设备运行档案,记录每次故障现象、原因和处理方法
- 根据设备运行时间和工况,提前更换易损件(如叶轮、密封件、轴承)
加强水质管理:
- 定期检测水质,掌握pH值、含沙量、腐蚀性离子浓度
- 在水仓入口设置沉淀池,减少泥沙进入泵体
- 对腐蚀性水质,采取中和或预处理措施
优化运行管理:
- 避免水泵在恶劣工况下运行(如大流量、低扬程、小流量、高扬程)
- 实行”轮换运行”制度,使各台泵磨损均匀
- 安装在线监测系统,实时监控运行参数,提前预警故障
提高操作人员素质:
- 定期开展技术培训和应急演练
- 建立操作人员持证上岗制度
- 推广”手指口述”安全确认法,杜绝误操作
5. 应急处理预案
5.1 突水事故应急处理
征兆识别:
- 工作面或巷道出现雾气、挂汗、锈色水
- 水叫、顶板来压、底板鼓起
- 涌水量突然增大,水色浑浊并有悬浮物
应急处理流程:
- 立即停止作业,切断受影响区域的电源
- 向矿调度室汇报,启动应急预案
- 所有人员迅速撤离至上一水平或安全地点
- 启动所有备用水泵,必要时增加临时排水设备
- 在突水点外围构筑临时防水墙,延缓水势蔓延
- 保持通讯畅通,随时准备执行进一步的撤离指令
5.2 泵房火灾应急处理
火灾原因:
- 电气短路、过载
- 油污自燃
- 违章作业(如电焊、气割)
应急处理流程:
- 发现火情后,立即切断电源(使用绝缘工具)
- 使用干粉灭火器或二氧化碳灭火器灭火,严禁用水灭火
- 若火势无法控制,立即撤离并关闭泵房防火门
- 向矿调度室汇报,请求支援
- 若有人员被困,佩戴自救器在确保安全的前提下施救
5.3 电气事故应急处理
触电事故:
- 立即切断电源,或用绝缘物体使触电者脱离电源
- 若呼吸心跳停止,立即进行心肺复苏(CPR)
- 向矿调度室汇报,请求医疗支援
- 保护现场,等待事故调查
电气火灾:
- 立即切断电源
- 使用干粉灭火器灭火
- 若无法切断电源,灭火时必须保持安全距离(10kV以下≥0.4米)
- 火势失控时立即撤离
5.4 设备故障应急处理
水泵突然停机:
- 若备用泵能自动投入,观察运行是否正常
- 若备用泵无法自动投入,立即手动启动备用泵
- 若所有水泵均无法启动,立即向调度室汇报,启动应急排水方案
- 组织人员查找故障原因,优先恢复主排水系统
管路破裂:
- 立即关闭相关阀门,停止水泵运行
- 设置警戒区域,防止人员靠近
- 组织抢修,更换管路或堵漏
- 若影响主排水,立即启动备用管路或临时排水措施
6. 案例分析:典型事故案例与教训
案例1:某矿”8·15”淹井事故
事故经过:2019年8月15日,某矿主排水泵房因底阀滤网堵塞,水泵出水量减小。操作人员未及时发现,继续运行。夜间暴雨导致涌水量剧增,水泵排水能力不足,水仓水位快速上涨,最终淹没井下巷道,造成直接经济损失800万元。
原因分析:
- 操作人员巡检不到位,未及时发现滤网堵塞
- 没有安装水位自动报警装置
- 备用水泵未处于热备状态,无法及时启动
- 应急预案不完善,响应迟缓
教训:
- 必须严格执行巡回检查制度,重点检查吸水管路和底阀
- 安装水位自动监测和报警系统,实现自动化监控
- 备用水泵必须保持热备状态,定期切换运行
- 完善应急预案,加强应急演练
案例2:某矿”3·22”电机烧毁事故
事故经过:2020年3月22日,某矿井下泵房一台280kW排水泵在运行中,因轴承损坏未及时发现,导致电机轴弯曲,最终电机烧毁,影响排水36小时,险些造成淹井。
原因分析:
- 润滑管理混乱,未按”五定”要求执行
- 轴承温度监测手段落后,靠人工手感测温
- 操作人员培训不到位,对轴承异响识别能力差
- 设备维护周期过长,超过规定标准
教训:
- 建立科学的润滑管理制度,使用测温枪等工具辅助监测
- 加强操作人员技能培训,提高故障识别能力
- 严格执行设备维护周期,不得超期运行
- 推广使用在线温度监测系统
案例3:某矿”11·7”瓦斯超限事故
事故经过:2021年11月7日,某矿在维修水泵时,未严格执行停送电制度和瓦斯检查制度,违章作业产生火花,引起瓦斯爆炸,造成2人死亡,3人受伤。
原因分析:
- 违章指挥,冒险作业
- 瓦斯检查制度执行不严,瓦斯超限未发现
- 停送电制度执行不到位,误送电
- 安全意识淡薄,存在侥幸心理
教训:
- 严格执行”一炮三检”和”三人连锁”放炮制度
- 维修作业必须严格执行停送电制度,挂警示牌、设警戒线
- 加强瓦斯监测,确保瓦斯浓度在0.5%以下方可作业
- 强化安全培训,杜绝违章作业
7. 泵类设备技术改造与创新
7.1 智能化改造方向
在线监测系统:
- 安装振动传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器
- 实时监测运行参数,实现故障预警
- 数据上传至地面监控中心,实现远程监控
- 采用大数据分析,优化运行策略
自动化控制:
- 根据水仓水位自动启停水泵
- 根据用电峰谷自动调节运行时段
- 实现多台泵的自动轮换运行
- 故障时自动切换至备用水泵
无人值守改造:
- 泵房安装视频监控系统
- 配置自动消防系统
- 设置防爆门和防水密闭门
- 实现远程控制和故障诊断
7.2 节能降耗技术
高效水泵应用:
- 选用符合GB/T 13007标准的高效水泵,效率应≥75%
- 定期进行性能测试,及时更换低效泵
- 采用切割叶轮或更换叶轮的方式优化泵的性能
变频调速技术:
- 在电机前加装变频器,根据实际需求调节转速
- 可节电15-30%,延长设备寿命
- 减少启动冲击,保护电机和电网
管路优化:
- 采用内壁光滑的复合管材,减少沿程阻力
- 优化管路布局,减少弯头和阀门数量
- 定期进行管路清垢,保持管路畅通
7.3 新材料与新工艺应用
耐磨材料:
- 叶轮采用高铬铸铁(Cr26)或陶瓷涂层,寿命延长2-3倍
- 轴套采用碳化硅或硬质合金,耐磨性大幅提高
- 泵壳采用双金属复合铸造,外层韧性好,内层耐磨
密封技术:
- 推广使用硬质合金机械密封,寿命可达8000小时以上
- 采用副叶轮动力密封+机械密封的组合密封形式
- 在腐蚀性介质中,使用氟橡胶或聚四氟乙烯密封件
防腐技术:
- 泵体内壁喷涂聚氨酯或环氧树脂防腐涂层
- 采用阴极保护技术,延长设备在腐蚀环境中的使用寿命
- 使用钛合金或双相不锈钢等耐腐蚀材料制造关键部件
8. 总结与展望
井下泵类设备的安全运行是煤矿安全生产的重要保障。通过严格执行安全操作规范、掌握实用操作技巧、科学预防常见故障、完善应急处理预案,可以有效降低事故风险,提高设备运行效率。
随着煤矿智能化建设的推进,井下泵类设备正朝着自动化、智能化、无人化的方向发展。操作人员需要不断学习新技术、新知识,适应设备升级带来的新要求。同时,企业应加大安全投入,推广应用先进技术,提升本质安全水平。
记住:安全是煤矿永恒的主题,预防是保障安全的关键。每一次操作前的安全确认,每一次巡检中的细心观察,每一次维护中的精益求精,都是对生命的尊重和对安全的承诺。让我们共同努力,打造安全、高效、绿色的现代化矿井。
附录:井下泵类设备操作安全确认表
| 确认项目 | 确认内容 | 确认结果 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 电气系统 | 绝缘电阻、接地电阻、保护装置 | □合格 □不合格 | |
| 机械系统 | 盘车、润滑、密封、紧固件 | □合格 □不合格 | |
| 附属设施 | 阀门、仪表、管路、通风 | □合格 □不合格 | |
| 安全防护 | 防护罩、消防器材、瓦斯监测 | □合格 □不合格 | |
| 运行参数 | 电流、压力、温度、振动 | □合格 □不合格 | |
| 应急准备 | 通讯、照明、撤离路线 | □合格 □不合格 |
操作人员签字:___________
确认时间:___________
班次:___________
