塔然高勒煤矿主排水系统设备选型

塔然高勒煤矿主排水系统设备选型

李晓华陈雨康志鹏

（神华杭锦能源有限责任公司塔然高勒煤矿内蒙古鄂尔多斯017400）

摘要：本文介绍了塔然高勒煤矿主排水系统设备选取的类型、结构特点及相关参数，通过选型计算、校验，所选设备能够满足矿井排水需求。

关键词：煤矿；主排水系统；设备选型

引言

井下主排水系统的任务就是把通过各种途径流入矿井的积水排送到地表，主排水系统设备在排水系统中起着至关重要的作用。一旦设备故障，如果不能及时地将井下积水排送到井上，井下的生产可能受到阻碍，严重时可能存在淹井的风险。因此，主排水系统设备的正确选择，对提高排水系统运行效率，保障井下安全具有重要意义。

塔然高勒煤矿属于水文地质条件复杂矿井，主排水采用直接排水系统，在副井井底车场+907.85m水平附近设有水仓及主排水泵房，排水管路2趟沿副立井、1趟沿主立井井筒敷设。采区及部分巷道涌水排至盘区水泵房，然后由盘区水泵排至井底车场主水仓，最后由水泵房内主排水泵经主、副立井排至地面矿井水处理站。

1主排水设备选型设计依据

井口标高：+1493.5m；井底标高：+907.85m；排水高度：592.65m；矿井水处理站附加扬程：2m；地面部分管路长度：600m；正常涌水量Q正常：872m3/h；最大涌水量Q’最大：1046m3/h。

2主排水设备选型方案

根据矿井涌水量、井深等参数，选用5台矿用耐磨多级离心泵，水泵型号为MD600-70×9，额定流量为600m³/h，扬程为630m，配套电机功率1600kW。正常涌水时2台工作，2台备用，1台检修；最大涌水时3台工作。排水管路选用Ф377无缝钢管3趟，2趟工作，1趟备用，沿副立井井筒敷设两趟，沿主井敷设一趟。水泵电机由相邻的井底车场中央变电所内的矿用防爆型高压开关柜供电，水泵采取电软起起动方式。泵房内排水管路采用法兰连接，井筒内管路采用套管焊接连接。为有效防止水锤冲击对水泵及管路的损害，泵房内采用微阻缓闭止回阀。水泵采用无底阀排水，操作简单，便于实现自动化，并减少由于底阀而产生的各种故障。开泵前采用ZPBG型气、水两用喷射泵抽出吸水管和泵内空气。喷射泵以泵房内排水管路中的压力水作为动力源，同时以消防洒水作为备用动力源。

MD600-70×9矿用耐磨多级离心泵是在原D型泵基础上改进而成，对原泵的首级叶轮、进水段及主要过流部件采用耐磨材质，泵的抗气蚀性能和耐磨性能得到了较大的提高，从而保证泵在较长的一段时期内保持高效运行，并有效地延长了泵的使用寿命。

3主排水设备选型校验

3.1水泵运行工况点

水泵运行工况点见表1。

表1水泵运行工况点参数表

3.2水泵排水能力校验

《煤矿安全规程》（2016版）第三百一十一条规定，工作水泵的能力，应当能在20h内排出矿井24h的正常涌水量；工作和备用水泵的总能力，应当能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

矿井24h正常涌水量为872×24=20928m3；

矿井24h最大涌水量为1046×24=25104m3。

新管：20h工作水泵排水量＝640.2×2×20=25608m3＞20928m3；

20h工作和备用水泵排水量＝640.2×3×20=38412m3＞25104m3。

旧管：20h工作水泵排水量＝608.0×2×20=24320m3＞20928m3；

20h工作和备用水泵排水量＝608.0×3×20=36480m3＞25104m3。

故水泵排水能力能够满足要求。

3.3水泵扬程校验

水泵扬程应大于排水高度、吸水高度与管路阻力损失折合高差之和。

Hr＝Hp+Hx+Hz＝607.6m＜630m。

Hp—排水垂高，Hp＝587.65m；Hx—吸水高度，Hx＝5.0m；Hz—管路阻力损失折合高差，Hz＝14.95m。

故水泵扬程能够满足排水需求。

3.4电动机容量校验

电动机容量应按下式计算：

式中：

N—电动机计算容量，kW；HW—新管水泵工况扬程，m；QW—新管水泵工况流量，m3/h；γ—矿井水重度，取1×104N/m3；ηw—新管水泵工况效率，﹪；ηm—机械传动效率，联轴节可取0.98；kf—电动机的富裕系数，取1.1。

故选择1600kW电动机容量满足要求。

4排水管路壁厚选择

钢管管壁厚度应按下列公式计算：

无缝钢管

。

式中：

δ—计入附加厚度后的管壁计算厚度，cm；δ’—管子计算壁厚，cm；c—计入制造负偏差和腐蚀的附加厚度，cm；p—计算管段的最大工作压力，MPa；Dw—管子外径，cm；ψ—管子焊接系数，取1；[δ]—管材许用应力，MPa。

故排水管路壁厚不得小于1.47cm。

5其它

泵房内排水管路采用法兰连接，井筒内管路采用套管焊接连接。由于井筒内有淋水，管路所处环境易受腐蚀，采用矿用带涂层复合钢管具有防腐效果好、后期维护量少的优点。为有效防止水锤冲击对水泵及管路的损害，泵房内采用微阻缓闭止回阀。

由于泵房排水管路上的闸阀所需操作力量较大且开关频繁，为减轻工人劳动强度，实现水泵自动化，设计采用矿用电动闸阀。配套水泵采用KGJR-200/10型矿用隔爆兼本质安全型交流高压软启动控制器，通过控制晶闸管实现水泵有级变频无极调压功能。软启动控制器同时具有电源相序错误保护、接地故障保护、处罚脉冲丢失保护、电机缺相保护、电机起动超时保护、电机短路保护、电机过压保护、电机电流不平衡保护、电机温度保护、电机过（欠）流保护、电机过（欠）压保护等功能。水泵采用PLC集中控制系统，变电所内设置矿用隔爆PLC柜、操作台、就地箱和传感器等。

6结语

根据塔然高勒煤矿矿井涌水量、井筒高差等因素，主排水系统设备选用MD600-70×9型多级耐磨离心泵，通过排水能力、扬程、电机容量等校验，所选水泵能够满足矿井排水需求，并符合《煤矿安全规程》相关规定。同时对排水管路壁厚进行计算，确保了管路与水泵排水能力相匹配。

综上所述，本文对主排水系统设备的选型，综合各个因素进行选择，在实际矿井生产中，主排水系统设备的各项参数能够满足矿井排水需求，且设备运行稳定、可靠，对保障煤矿安全生产发挥了重要意义。

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[E].北京：煤炭工业出版社.2016.

[2]王柏华编.矿山水泵性能测试及排水系统效率分析[M].机械制造与研究,2003.

[3]于励民，仵自连.矿山固定设备选型使用手册[M].北京：煤炭工业出版社，2007.