利用井下靜壓水發電的探討

雞西礦務局城子河 煤礦始建於1938年，已有60餘年的開采曆史，原開采方式是片盤斜井群，排水方式為分散獨立排水，即由采區分別排水到地麵。進入80年代，由斜井開采過渡到立井集中開采，排水方式為集中排水，有著豐富的地下水資源，開展水利發電有著優越的必要條件。
　　城子河礦礦井湧水規律：
　　(1)水源多產生在距地麵50m之內，標高在+150m以上；
　　(2)礦井湧水量隨開采麵積擴大，揭露的出水點增多而增加；
　　(3)由於岩層的滲透係數隨采深增加而減少，深部湧水量比淺部小，據統計淺部湧水量占總湧水量的90%以上。

圖1　靜壓水發電安裝示意圖

　　城子河礦立井有四個采區，原各采區是斜井開采，排水方式是直接排到地麵，現在排水方式是四個斜井的水從標高+150m，泄到標高-400m平巷，湧入井底主排水泵的水倉，湧水量為380m³/h，由四台PJ50×12型水泵直接排到地麵，連續運轉27h, 水泵電動機1050kW，年消耗電量1000萬度。
　　四個采區在標高+150m分別設有一個靜壓蓄水池，保證井下生產用水，四個蓄水池用0.15m管路引水，在-400m水平巷道把四個蓄水池的靜壓引水管聯接起來形成如圖2所示的供水係統。生產用水量隻占總蓄水量的10%，其餘水量通過主排水泵排到地麵而浪費掉。

圖2　靜壓水供水係統示意圖

　　從靜壓供水係統圖上看，水頭在標高+150m處的蓄水池，靜壓水排池在標高-400m水平，水位落差(H)在550m，流量在380m³/h，這些壓力水流量大，壓力高，是非常有利用價值的水利資源，如果在四個采區分別在-400m建立四個小水電站能收到很大的經濟效益。
　　水力發電是水能利用的主要形式，不需要昂貴的燃料開采和運輸環節，而且水電機組起動快、開停機迅速、平均效率高、沒有汙染、適合井下環境。
　　根據水頭落差H＝550m，水流量Q＝380m³/h，可確定出水輪發電機組的發電功率：
　　N＝9.81QHη＝AQH＝8.5×380×550/3600＝493.5kW
　　N——水電站的出力，kW；
　　A——水電站的出力係數，一般取8.0～8.5
(A=9.81η)；
　　Q——通過水電站的流量，m³/s；
　　H——作用於水電站的水頭，m；
　　日發電量W_日＝493.5×24＝11844 kW^．H；
　　年發電量W_年＝11844×365＝4323060 kW^．H/年＝432萬度/年;
　　每年節約電費V_省＝4323060×0.40＝1729224元＝173萬元。
　　水輪發電機組要求負荷是恒定的。局部扇風機是24h連續運轉的恒功率負荷，井下巷道以及設備硐室的照明均為恒功率負荷。因此，水輪發電機對井下負荷也是相適應的。
　　在四個采區分別按設一台混流式水輪發電機組，功率在100kW以上，輸出電壓取690V，直接供給各采區的局部扇風機，煤礦安全01manbetx 第134條規定：瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中。掘進工作麵的局麵通風機都應實行三專(專用變壓器、專用開關、專用線路)供電。發電機組可作為三專電源，另一路可取自采區變電所電源，在兩種電源之間設置自動轉換裝置，當任何一路電源出現故障時，另一路電源便能自動投入。保證局部扇風機供電的可靠性，有利於煤礦的安全生產，同時可節省一部分電費。因此，利用靜壓水發電是具備充分必要條件的。
　　如果能充分利用井下靜壓水發電，年發電量在432萬度，節省排水電費170多萬元，安裝四台機組一次性投入50萬元，當年可收回資金100萬元。所以，這個項目是效益工程並值得探討。

作者單位：雞西礦務局城子河煤礦