矿井主排水设备是煤矿主要设备之一，也是煤矿的用电大户，其耗电量约占全矿耗电量的30%，对于涌水量较大的矿井可达50%~60%，甚至飞禽走兽老虎机，所以排水设备运行的效率的高低，直接影响全矿的耗电量。在我国煤炭行业中,由于各方面因素的影响,排水设备的运行效率很低。因此,分析影响排水设备经济运行因素,研究节能有效途径,对于提高排水设备运行效率具有重要意义。
一、煤矿排水设备运行的经济指标
排水设备的能耗高低可用“吨百米电耗”来衡量，它是指排水设备把1t的水位提高100m的耗电量，简称“吨百电耗”。在煤炭行业和其它生产部门都以“吨百电耗”作为衡量排水设备运行经济性的指标，其计算公式为（1）
et.100=1/(3.673ηηgηdηc) （kw.h） （1）
式中η——水泵效率
ηg——管路效率
ηd——电动机效率
ηc——传动效率
令ηz=ηηgηdηc （2）
et.100=1/(3.673ηz) （kw.h）
由（2）式可知，“吨百电耗”与排水设备效率成反比，即与水泵效率、传动效率、电动机效率和管道效率的乘积成反比，它反映了排水设备各个环节的效率，是一种能够比较科学和全面地比较排水设备运行情况的经济指标。
由于排水设备效率随工况变化而变化，因此“吨百电耗子”也随工况的变化而变化，“吨百电耗”随工况而变的规律称作“吨百电耗”特性。200D43×9型水泵“吨百电耗”特性。曲线和排水设备效率特性曲线与流量的变化关系如图1所示。
图1 排水设备效率特性曲线和“吨百电耗”特性曲线
与流量的关系
由图1可知：
1、排水设备效率随流量增加而增加，“吨百电耗”随流量增加而降低，流量愈大，设备效率愈高，“吨百电耗”愈低（对其它类型矿用水泵也有相同的规律）。因此，无论在运行和设计中，应尽量使工况朝大流量方向移动，以提高排水设备效率，降低能耗。
2、排水设备效率最高工况恰好是“吨百电耗”最低工况，因此可以说要降低“吨百电耗”，必须提高排水设备效率。值得提的是，泵效率最高工况不是排水设备效率最高工况，也不是“吨百电耗”最低工况，这是由于“吨百电耗”不仅考虑了水泵的效率，同时还考虑了管道效率的缘故。因此只有设备效率才能与电耗取得满意的配合。建议在排水设备最高工况，即“吨百电耗”最低工况运行作为排水设备经济运行的一条基本原则。
二、影响经济指标的因素
由（2）式可知，对于测量高度一定的排水系统，若认为传动效率与电动机效率为定值，则“吨百电耗”只与水泵效率与管道效率有关，即主要影响排水设备效率的因素是水泵和管路。煤矿排水设备运行效率低和能耗高的主要原因如下。
1、设备更新缓慢，许多结构落后、效率低和耗电量大的老旧设备仍在使用。
2、对排水设备没有按要求定期进行测定，没有做到合理调整和配合，运行状况不佳甚至在低效区运行。
3、水泵检修不及时，造成其容积损失、水力损失和机械损失增大，性能降低。由于管路不严，检修质量不高，许多水泵检修后不能恢复到原设计性能，也会使效率降低。
4、排水管路和管件的设计和安装不合理，如管路过长，弯曲多，管壁积垢厚，用闸阀控制流量，吸水高度大，未彩无底阀造成阻力增大，影响排水效率。
5、水仓没有定期清理，矿井水仓内大量污泥杂物排入管道，造成管路严重损坏。同样污泥杂物涌入水泵吸水处造成水泵吸入阻力增加，设备效率下降，使“吨百电耗”增加。$Page_Split$
三、提高排水设备经济运行途径
要提高排水设备运行的经济性，必须从提高水泵效率和管道效率两方面入手，使工况朝流量加大方向移动，只有这样才能减小“吨百电耗”，达到经济运行的目的。
1、提高水泵效率
（1）尽快使用新型高效水泵以替换老旧杂的低效水泵，使水泵各工况点效率全面提高。目前国产适于矿山排水的高效水泵有200D43型、250D60C型，125D25型以及DQ280-100B型泵，其最高效率在71%~80%范围内。
（2）合理调节水泵运行工况，使水泵在最佳工况点运行。
水泵经济运行必须满足“稳定工作重要条件，不产生汽蚀，工况点在工业利用区”这三点，而实际运行时，水泵的效率往往偏低。原因之一是水泵流量过大，额定扬程过高，运行工况偏离了工业利用区，如图2所示：
该图表示了水泵扬程H、功率N和效率η与流量的关系曲线。这就意味着水泵运行效率降低，能耗增大。为了使泵能经济运行，在保证一定的备用扬程条件下，高潮消除多余扬程。当水泵扬程富裕量不足一级扬程时，可采取车削叶轮外缘直径的措施，使水泵扬程特性按比例缩小，不仅可以满足流量要求，而且在通常情况下改造以后的设备效率比改造前有所提高。当泵的扬程富裕量超过一级扬程时，可采取减少水泵级浸透的办法解决。对固定安装的永久性水泵可减少中间段及相应的叶轮。临时安装的水泵，可只减少叶轮而不减少间段，配上相应的轴套。但要注意的是只能拆除中间或最后一级叶轮，不能拆除吸水侧第一级叶轮，否则由于吸水阻力增加而过早发生汽蚀，使水泵性能恶化。同时应及时准确地对矿井排水泵系统进行技术测定，获得水泵运行的各种数据，掌握其运行状态，分析效率低的原因，从而采取提高效率的对策，合理调整和匹配，使水泵在最佳工况区运行。
2、提高管路效率
（1）降低管路损失系数
在已有管路的条件下，启用备用管路与工作管路并联应用，排水管路和排水断面积加大，管路阻力系数降低，管路特性曲线变平缓，水泵的工况点在水泵特性曲线上向流量加大方向偏移，即由H1移到H2，水头损失降低△H，流量增加△Q。由于△Q增加的幅度比△N大，因而排水设备的“吨百电耗”降低，效率增加，如图3所示。
图中H1为工况点1对应的扬程，H2为工况点2对应的扬程。△H为水头损失降低量，△N为功率增加量，△Q为流量增加量。值得注意的是并联排水管路并不是越多越好，要根据实际情况实测确定水泵与排水管路匹配的最佳运行方式，只有这样才能达到降低能耗的目的。
（2）提高吸水井水位，降低水井水位，降低水泵吸水高度
保持高水位排水，降低泵的吸水高度，不得避免了汽蚀发生，还减小了吸水阻力，提高了泵的效率，使工况点朝流量加大方向移动。但是流量的增加量微乎其微，所以实行高水位排水对降低能耗作用不大。
（3）改斜排水管为立排水管
对于斜井开拓的矿井，在可能条件下，可采用钻孔立管排水技术，这样可大大缩短管路长度，减少投资费用，降低管道阻力可大大缩短管路长度减少投资费用。
（4）按能耗量最小原则配置管路
排水管径的确定，传统的方法是以经济流速或采用最有利管径作为确定管径的依据。以这种原则选型往往达不到最佳经济效果，建议以能耗最小原则直接按预定工况的要求配置管路。
3、加强排水设备的运行管理
在排水设备运行过程中，由于多种因素影响，可能使特性恶化，设备效率下降，吨百电耗上升。因此，维护设备的性能是保证其可靠和经济运行的重要方面。
（1）加强水泵的维修管理，改善其运行性能
提高水泵的检修和安装质量，降低其容积、水力和机械损失，保证各部轴承有良好的润滑及时更换磨损零部件，使各部间隙不超标。调整好水泵平衡盘间隙和串水套间隙，减小水泵的气水损失和容积损失。为了保证水封严密又不致于漏损过多，均匀压紧填料盖。保持流道光洁是减少额外水力损失的有效措施，因此无论新配制叶轮还是检修安装泵均应清除叶轮和正反导叶流道内的飞边毛刺。在水泵正常运行中，避免用闸阀控制流量，以免增加节流损失，避免不同型号的水泵并联运行，以免出现低效率工作点。
（2）维护和改善排水设备的吸性能
加大进水管直径,可以降低水头损失,提高管路效率。采用无底阀排水，可减少吸水侧的阻力损失，提高吸水井的水位，降低水泵工作的实际吸水高度，流量相对增加，能耗降低，同时避免了卡阀造成的汽蚀。适当加大滤水器的过水孔面积，可以降低流速，减少吸水侧阻力损失，从而提高排水设备效率。及时清理水仓，如果水仓中的大量煤泥、沙石、岩粉和木屑流入吸水井吸入泵内，一方面加快叶轮、导叶和密封件泵体的磨损，导致泵的能量损失增加，同时也增大了吸排水管路的沿程和局部损失。另一方面会导致滤水器过水部分堵塞，加大吸水阻力，使泵内发生汽蚀，同样降低泵和管路效率，提高“吨百电耗”，缩短排水设备使用周期，影响经济运行。为了避免此种情况发生，要及时清理水仓，阻止煤泥杂物流入吸入口，防止二次煤泥杂物进入水泵。水仓进口要装篦子，水仓及吸水井的淤泥要定期清理，避免滤水器在堵塞情况下运行。为了改善排水设备的吸水性能，还可以采用升压泵和主水泵串联方式，不仅可以免去汽蚀危险，而且可以放心地在设备最大流量下运行，取得可靠和经济两方面的效果，是目前解决矿井排水设备吸水性能不足的有效措施。
（3）提高管路设计安装质量
提高管路设计安装质量力求避免用急骤弯曲或变径的管件。对使用中的管路应坚持定期密封防腐处理防止外界空气袭入进水管和水泵进水段，失去形成真空的条件。延长管路使用寿命，减少漏水损失，去掉不必要的装置，降低排水管路的压力损失。将主排水管的直管接头由法兰连接改为焊接减少沿程损失，提高管路效率。
（4）及时清除管内污垢，降低阻力损失
维护管路特性的关键是保持原有管路损失系数。矿水中含有大量杂质，管路长期使用后杂质挂在内壁上形成污垢层，管路有效直径减小，致使损失系数增大，管路特性曲线变陡，工况朝流量减小方向移动，设备效率下降，“吨百电耗”上升。为此必须定期清洗管路，生产矿井除应定期清理管路外，还应特别注意管道局部破裂和严重漏水，在此情况下，工况可能移动超过设备最大流量，使电机超负荷损坏。
四、结论
1、要保证排水设备的经济运行，必须从提高水泵效率，改善水泵的运行性能，减小管路的水头损失和加强排水设备的维护管理等方面入手，尽量使工况点在工业利用区内向流量增大的方向移动，以提高排水设备效率，降低“吨百电耗”。
2、根据保证排水设备安全可靠和经济运行的原则，排水设备的最大流量不得超过电动机负载允许的最大流量。
3、对于已减少了级数或车削了叶轮的外径的水泵，原配电动机富裕量就会过大，在水泵使用中，由于多种原因，有些情况下会出现水尖工况点常年需要的功率远远小于配套电动机功率，为了降低能耗，应当考虑是否需要更换滴水成冰配套的电动机，但水泵更换电动机后要保证电动机功率仍有一定的富裕系数。
参考文献
1、牛树仁等编.《固定机械及运输设备》北京：煤炭工业出版社
2、白铭声编.《矿井排水装置运行与选择设计》北京：煤炭工业出版社
