利用井下静压水发电的探讨

鸡西矿务局城子河煤矿始建于1938年，已有60余年的开采历史，原开采方式是片盘斜井群，排水方式为分散独立排水，即由采区分别排水到地面。进入80年代，由斜井开采过渡到立井集中开采，排水方式为集中排水，有着丰富的地下水资源，开展水利发电有着优越的必要条件。
　　城子河矿矿井涌水规律：
　　(1)水源多产生在距地面50m之内，标高在+150m以上；
　　(2)矿井涌水量随开采面积扩大，揭露的出水点增多而增加；
　　(3)由于岩层的渗透系数随采深增加而减少，深部涌水量比浅部小，据统计浅部涌水量占总涌水量的90%以上。

图1　静压水发电安装示意图

　　城子河矿立井有四个采区，原各采区是斜井开采，排水方式是直接排到地面，现在排水方式是四个斜井的水从标高+150m，泄到标高-400m平巷，涌入井底主排水泵的水仓，涌水量为380m³/h，由四台PJ50×12型水泵直接排到地面，连续运转27h, 水泵电动机1050kW，年消耗电量1000万度。
　　四个采区在标高+150m分别设有一个静压蓄水池，保证井下生产用水，四个蓄水池用0.15m管路引水，在-400m水平巷道把四个蓄水池的静压引水管联接起来形成如图2所示的供水系统。生产用水量只占总蓄水量的10%，其余水量通过主排水泵排到地面而浪费掉。

图2　静压水供水系统示意图

　　从静压供水系统图上看，水头在标高+150m处的蓄水池，静压水排池在标高-400m水平，水位落差(H)在550m，流量在380m³/h，这些压力水流量大，压力高，是非常有利用价值的水利资源，如果在四个采区分别在-400m建立四个小水电站能收到很大的经济效益。
　　水力发电是水能利用的主要形式，不需要昂贵的燃料开采和运输环节，而且水电机组起动快、开停机迅速、平均效率高、没有污染、适合井下环境。
　　根据水头落差H＝550m，水流量Q＝380m³/h，可确定出水轮发电机组的发电功率：
　　N＝9.81QHη＝AQH＝8.5×380×550/3600＝493.5kW
　　N——水电站的出力，kW；
　　A——水电站的出力系数，一般取8.0～8.5
(A=9.81η)；
　　Q——通过水电站的流量，m³/s；
　　H——作用于水电站的水头，m；
　　日发电量W_日＝493.5×24＝11844 kW^．H；
　　年发电量W_年＝11844×365＝4323060 kW^．H/年＝432万度/年;
　　每年节约电费V_省＝4323060×0.40＝1729224元＝173万元。
　　水轮发电机组要求负荷是恒定的。局部扇风机是24h连续运转的恒功率负荷，井下巷道以及设备硐室的照明均为恒功率负荷。因此，水轮发电机对井下负荷也是相适应的。
　　在四个采区分别按设一台混流式水轮发电机组，功率在100kW以上，输出电压取690V，直接供给各采区的局部扇风机，煤矿安全规程第134条规定：瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井中。掘进工作面的局面通风机都应实行三专(专用变压器、专用开关、专用线路)供电。发电机组可作为三专电源，另一路可取自采区变电所电源，在两种电源之间设置自动转换装置，当任何一路电源出现故障时，另一路电源便能自动投入。保证局部扇风机供电的可靠性，有利于煤矿的安全生产，同时可节省一部分电费。因此，利用静压水发电是具备充分必要条件的。
　　如果能充分利用井下静压水发电，年发电量在432万度，节省排水电费170多万元，安装四台机组一次性投入50万元，当年可收回资金100万元。所以，这个项目是效益工程并值得探讨。

作者单位：鸡西矿务局城子河煤矿