矿井排水能力提升的设计与配套

张喜民 刘云阳（陕西澄城董东煤业有限责任公司  陕西澄城  715200）

摘 要：澄合矿区5号煤带压开采，若遇断裂构造，导致奥灰水与煤层连通，则有突水危险。某矿井排水设施只能保证正常涌水量排水，若矿井突遇水害，无法满足排水需求，直接危及矿井安全。为了解决这一问题，需要对某矿井排水系统进行升级改造，从而提高矿井应急抗灾能力，确保安全生产。

主题词：矿井；排水能力；提升；设计；配套

一、煤矿基本资料

某煤矿副立井井口标高为+723.85m，排水高度424m，正常涌水量为450m³/h；最大涌水量为600m³/h；主排水泵为MD155—67×7型矿用耐磨多级离心泵8台（实际安装7台），设置3条Ф245×8无缝钢管排水管路，经副立井排至地面场区外。矿井正常涌水量时，水泵4台工作，3台备用，1台检修；矿井最大涌水量时，6台水泵同时工作。中央水泵房设有主、副两个水仓和配水井，水仓容积8012m³，有效容积5000m³。

2011年11月，某矿井涌水量突然增加，中央水泵房全天开启6台水泵排水，达到设计的排水能力极限。目前全矿井涌水量有所减小，主水泵房开启4台水泵，配水井水位控制在1.3m左右。根据澄合矿业公司有关文件要求，各矿井最大涌水量按1200m³/h、正常涌水量为1000m³/h配套主排水设备及设施。为了保证矿井安全，需对某煤矿中央泵房排水能力进行升级改造。

二、排水系统设计配套方案

1.水泵的选型

根据《煤矿安全规程》的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。

排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排完24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

（1）排水能力

正常涌水期   最大涌水期  式中  ——工作水泵具备的总排水能力，；——工作和备用水泵具备的总排水能力，；  ——矿井正常涌水量，；———— 矿井最大涌水量，。

（2）水泵扬程

 HB=Hsy/ηg=424+4/0.9=475.5m，式中 ——估算水泵所需扬程，；

——侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取=井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），；

    ——管路效率。当管路在立井中铺设时，=0.9～0.89；

（3）水泵的型号及台数

水泵型号的选择：根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产品目录中选取MD450-60×8（P）自平衡多级离心泵，流量450 m³/h，额定扬程480m。电机(JSQ1510-4)功率900KW,轴功率744.6KW。

水泵级数的确定： i=HB/H   i=480/60=8

取=8级；   式中  ——水泵的级数； ——单级水泵的额定扬程，。

水泵台数确定：工作泵台数1 ，   N1=QB/Qe=1200-300/450=2，

取n1=2  ，排水量为：450×2=900m³/h。工作泵台数2， N2=QB/Qe=1200-900/155=1.9，取n2=2，排水量为：155×2=310m³/h。

   备用水泵台数：N3≥0.7n1=0.7×3=2.1，n2≥Qmax/Qe-n1=1440/450-1=2.2

    取n3=2 其中MD450-60×8（P）水泵1台，MD155-67×7水泵1台

    检修泵数

N4≥0.25 n1=0.25×3=0.75，取n3=1    N5≥0.25 n2=0.25×3=0.75，取n3=1

因此，共选8台泵，其中MD450-60×8（P）水泵4台  MD155-67×7水泵4台，此为按正常设计所需用的水泵。

2.管路排水能力

目前中央水泵房使用三条管路排水，两条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，四台泵向两趟Ф245×8无缝钢管排水管路供水；最大涌水时，6台泵同时工作向三趟管路同时排水，确保20h内排出24h的最大涌水量。

管路流量计算: （ Ф245×8  DN=229mm）

Q=ΠR²=3.14*(0.229/2)²(1.6～2.2)*3600=237～326m³/h    

为经济流速 取值1.6～2.2m/s。

    三趟管路的排水量Q3=3 Q=711～978m³/h

增加管路流量计算: （Ф325×8  DN=309mm）

Q增=ΠR2 =3.14*(0.309/2)²(1.6～2.2)*3600=431～593m³/h    

为经济流速 取值1.6～2.2m/s。

    结论：已有的三条管路不能满足矿井正常涌水量时的排水，更不能满足最大涌水量1200m³/h的排水；量，故需增加一趟 Ф325×8  排水管路。四条管路的排水量Q4=Q3+ Q增=1142～1571m³/h。

改造方案：选取MD450-60×8（P）水泵四台，两用一备一修，连接至敷设的Ф325×8、Ф245×8四条排水管路。原有的MD155-67×7七台水泵，使用四台，两用一备一修，分别连接至四条排水管路。

3.配套电控及电缆

    ⑴、水泵配套电机10kv 900kw,额定电流52A，考虑到启动电流等因素，故选用KYGR--200/10矿用一般型软启动装置。

    ⑵、负荷电缆根据水泵运行电流选取，已知额定电流52A，故选用MYJV-10kv 3×35mm²高压电缆。

4.水泵、管路、电控：

⑴、将中央水泵房2、4、6、8号水泵拆除，安装选型的MD450-60×8（P）排水泵。

⑵、Ф325×8排水管自中央水泵房→井底管子道→副井筒→井口管子道→井下水处理站。

⑶、电控设备安装于中央变电所高压开关柜北侧，电源取自中央变电所两段不同的母线段上。

煤矿中央水泵的排水能力非常重要，直接关系到矿井的安全生产，因此在设计及设备选型方面要特备慎重。要遵循科学、合理的原则，根据煤矿排水设施及供配电能力，进行设计、选型及安装配套，既要确保矿井正常涌水量的排放，又要满足最大涌水量的直排。同时应根据《煤矿安全规程》的要求，保证工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量。只要按照以上的原则进行设计选型配套，则可达到矿井排水能力提升的目的。

参考文献：

[1]安全生产监督管理总局.《煤矿安全规程》，2011年3月

[2]葛世荣.《矿山固定设备选型使用手册》，2007年10月

[3]李正祥.《煤矿机电工程师技术手册》，2010年6月

[4]朱立明.《流体力学与流体机械》，2009年9月

[5]郑春祥.《排水管网的联合方式及趟数的合理选择》，1988年2月

[6]王丛林.《矿山供电与电气控制》，2008年7月

[7]杨桢.《矿山机械》,2012年3月

[8]顾永辉.《煤矿电工手册》，1999年2月

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