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煤矿冒顶事故与潜水泵不烧电机的简要分析
发表时间 2016-12-05 17:17 来源 本站原创

  煤矿科普知识 王庆武论文摘抄

  在煤矿井下,有的安全隐患,即便是有人讲出来了,你若不到下井去体验,单凭想象,难免判断失误。似乎只有亲自身临其境,甚至曾被惊出一身冷汗,才有希望破解其中的某一个鲜为人知的难题。



1992年国务院政府特殊津贴获得者,教授级高级工程师 王庆武

  王庆武就是当了矿工,熟悉煤矿环境后,才获得科技成果。他考上大学,当上煤矿工程师甚至教授级高工,有了十几年煤矿生产的亲身体验,这才破解了一个鲜为人知的难题。

  一、煤矿冒顶事故中藏得很深的一个隐患

  煤矿井下有一种常见的危险事故,叫做冒顶,最主要的有两种。

  地下的巷道在开工掘进期间,巷道的顶部不是坚硬的整体性良好的岩石,而是含有碎石颗粒的松散岩石,会在爆破后没来得及支护,就垮塌冒落下来,这是第一种冒顶。

  地下开采时,“采煤工作面”的顶部是含有碎石颗粒的松散岩石,或者是松散的碎煤,会在采煤机刚刚采过去,还没来得及支护,就垮塌冒落下来,这是第二种冒顶。

  所说的“采煤工作面”,一般都是上下两端连续倾斜的,很像一个长长的坐落在斜坡道路上的地下走廊。在这个走廊内,一般都有排水沟。假如这个水沟在冒顶时,被垮塌冒落下来的碎石颗粒与岩粉堆起一个拦水坝,地下水暂时无法流到工作面下端的水平巷道。这时水平巷道内正在排水的潜水泵就要面临断水空转的威胁。后来,有了专用的浮漂式断水开关。但是,当拦水坝内的积水继续增多,最终会冲出拦水坝,狂奔而下,还要顺势冲走了沿途地上散落的碎煤。再来看一看潜水泵,一下子被大水冲下来的碎石碎煤埋住半截,那个浮漂式断水开关来不及漂起,就被碎石碎煤埋在下面,潜水泵也就无法自动启动。于是,潜水泵周围一片浑水,已经无法正常作业生产。

  王庆武曾见过另一次冒顶,是垮落的碎煤已经封堵了整个采煤工作面的断面,导致新鲜空气几乎被阻断,瓦斯浓度逐渐超限,甚至扩散到了工作面下端的水平巷道内。这时,1、断水后的潜水泵还没停下来,势必要断水空转。2、拦水坝被积水冲开后,带来大量的碎煤,潜水泵的固体浓度就会严重超标,势必会烧电机。最可怕的是烧电机的热量很可能会导致潜水泵爆炸。这使王庆武惊出一身冷汗。幸好拦水坝被大水冲开后,通风恢复了,瓦斯被风流带走了。否则,后果不堪设想!这就是隐藏得很深的一个鲜为人知的隐患。

  最终,能够排除这种隐患的,就是这位在事故现场被惊出冷汗的王庆武。

  以兖矿集团的济三煤矿为代表的煤矿井下,就是采用了王庆武的科技成果后,把这类安全隐患排除了。截止到2016年年底,隐患排除已满十周年。全国各地的煤矿,年年在例行的煤矿安全大检查时,把兖矿集团的这条先进经验看在眼里,带回到自己的煤矿,如今已经绽放光彩。

  二、发明人王庆武与排沙潜水泵的简历

  兖矿集团取得的经验,就是相信科技创新成果,也就是1991年获得《国际金奖》《国家级新产品》的知名商品,排沙潜水泵的第四代产品——矿用立泵。

  目前,第三代排沙潜水泵、第四代矿用立泵,共有专利31件,其中发明专利25件。

  这些科技创新成果,来自敢于丢下铁饭碗去创业的发明人王庆武、王喜冬父子两代人。

  其中,发明人王庆武,1948年出生,1968年下乡当知青,1972年返城,1976年由国企煤矿临时工转为正式矿工。

  1977年12月,矿工出身的王庆武发明的“空气密封潜水泵”,在鹤岗市科学大会上获奖。之后,王庆武被特批当了井下机电技术员。

  1981年,王庆武考入鹤岗工学院地下采煤专业,毕业分配到煤矿第一线。最终,王庆武成为煤矿百事通。

  有了这些刻意为“研发煤矿专用潜水泵”的“充电”过程,王庆武在1988年发明了单级“排沙潜水泵”,1992年获得国务院政府特殊津贴后,又发明了多级“排沙潜水泵”。

  特别值得一提的是,2004年,王庆武的研究所攻破了潜水泵爆炸难题,研制出潜水泵专用“安全阀”,研制出第三代“排沙潜水泵”和第四代“矿用立泵”。大型产品已用于海洋采砂、疏浚航道、露天矿防洪等行业。产品早已出口,或被中资公司带到世界各地。

  王庆武有理想、有发明智慧、有创新能力,受到过嘉奖,是有突出贡献的知识分子,是潜水泵行业的发明家、领军者。归根结底,是因为他对党的宏伟理想始终抱有坚定的信心。

  王喜冬,从黑龙江考入浙江大学机械设计专业,毕业后到东凤二汽实践三年,又到深圳历练四年,之后回到王庆武的研究所,不久正式接替王庆武,全面主持科技创新工作,早已十年有余,实现了全面规范化,系列化,并强化了知识产权管理,大批申报的专利,已经授权。可见,王庆武的事业后继有人,而且是后来者居上,青出于蓝而胜于蓝。

  三、总工程师施伟远告诫王庆武:潜水泵排泥沙会“爆炸”

  1988年春天,被王庆武尊为师长的校友、煤建处总工程师施伟远,给王庆武讲了一件事。

  六工区的一个土建工地,一台小潜水泵正在开挖的基础坑内排泥水,突然声音大起来。远处的组长就喊一名正在潜水泵附近的工人去看看。这名工人走到潜水泵跟前,刚一低头,一声巨响,只见那人背朝地,面朝天,应声倒下。人们跑过去,只看到那人浑身是血,已经失去知觉。

  施伟远告诉王庆武:你要做的是用潜水泵“排沙”,还要用到瓦斯煤矿井下,确实是一件很了不起的事。我不是想吓唬你,只是想告诉你,你必须面对,这是真人真事,那人后来成了植物人,潜水泵厂家也因此破产了。

  老同学一席话,王庆武至今不敢忘:潜水泵会爆炸。

  四、原上海防爆站站长姚克始终在提醒:潜水泵会爆炸

  1988年秋天,煤科总院上海分院到现场调研潜水泵爆炸事故后,警告:潜水泵有爆炸的安全隐患。

  那年,上海防爆检验站站长姚克,面对王庆武送来办证审查的图纸资料,再三提醒:潜水泵会爆炸。他还说:

  1.冒顶会隔断水源,潜水泵会断水空转,它的机械密封就会发热冒烟,很可能引起瓦斯爆炸。

  2.冒顶会让泥沙浓度超标,潜水泵会烧电机,很可能会炸开电机上盖,露出烧焦冒烟的绕组线圈,也就很可能引起瓦斯爆炸。

  因此,对于这样的潜水泵,上海分院审查规定,一律不受理,不发证。

  1990年发证的“排沙”的潜水泵,就已经有了双重保险,满足了“防爆专家”姚克对王庆武的“苛刻”要求:第一道保险就是不会烧电机,包括1、无水空转,不会烧电机,而且机械密封不会发热冒烟。2、排沙20%不会烧电机。第二道保险,就是在烧电机之后,用“呼吸器”来预防潜水泵爆炸。

  2004年,关于潜水泵爆炸,王庆武的研究所认为,很可能是排沙过载导致烧电机的高温引起的蒸汽爆炸,并用试验加以验证。于是,诞生了潜水泵专用的“安全阀”,实现了“即使烧电机,潜水泵也不会爆炸”的愿望。

  2016年1月,王庆武寄出的一篇总结性的技术论文,题目是:煤矿用潜水泵安全性能的研究,已在《煤矿机电》杂志2016年第2期上发表了。在论文结尾处,堪称奇遇巧合,赫然印有“责任编辑:姚克”。

  以下内容,是从王庆武的这篇论文中摘抄的。

  五、王庆武的论文摘要

  煤矿用潜水泵爆炸是上世纪80年代以来的行业难题。通过对“饱和水蒸汽三要素”:密封容器、水源、热源的分析,提出潜水泵爆炸的主要根源很可能是因为其电动机外壳本身就是“密封容器”,“水源”是排沙振动导致的干式电动机内腔进水,“热源”是排沙过载导致的电动机内腔异常发热,由于“密封容器”内的“热源”通过“水源”转换为饱和水蒸汽的强大压力却无法释放,最终导致电动机外壳蒸汽爆炸。然后针对煤矿井下的实际条件,制定出潜水泵“排沙必备”的安全措施,研发出KL型矿用立泵、BSQ型排沙潜水泵,尤其是增加了安全阀,可遏制住潜水泵爆炸。

  六、潜水泵能够直接排沙,其用途与参数如下:

  1)采煤、掘进用,固体的质量比为20%。

  2)清水仓用,固体的质量比为40%。

  3)采空区灌浆充填用,固体的质量比为53%。

  但是,目前煤矿用潜水泵的现状是:MT/T671-2005《煤矿用隔爆型潜水电泵》规定“含固体颗粒的体积浓度一般不超过2%”。

  “2%”出自“潜污水电泵”行业标准,也是国际上城镇污水标准的固体浓度值。

  很明显,城镇污水与煤矿井下对排沙浓度的实际需求相差甚远,也就难免出问题。

  七、排沙必备的12条规定

  1.电动机外壳须有潜水泵专用的泄压安全阀。

  2.干式电动机内腔不得有饱和水蒸汽,环境温度和水温均须≤35℃,电动机绕组温升限值为60K。

  3.断水空转6h,机械密封不得冒烟,其外壳温度不得高于95℃。

  4.电动机端盖须采用钢板焊接或铸钢。(2016年得知,已被“安标审查”采用。)

  5.电动机空转时振动速度有效值须为精密级,单个叶轮的动平衡须为精密级。

  6.接线盒内不得存水;接线座有凹槽时,凹槽内不得存水。

  7.接线盒须设在电动机外壳之外。

  8.小型便携式产品的电动机导水套禁止钢板壁厚<2.5mm。

  9.绕组真空浸漆一次之后,还须用浓稠的浇注漆再浇注二次,合计三次。

  10.电动机定子铁芯须先装入机座,然后才允许下线浸漆。

  11.干式潜水电机的耐湿热试验不装任何密封件。(2016年得知,已被“安标审查”采用。)

  12.潜水排沙电泵的叶轮口环与轴套环均须用硬质合金制造。