某矿用主排水泵排水方案的设计与优化

鹤岗斯达机电设备制造有限责任公司 马洪举

一、我国煤矿安全生产存在的安全隐患

随着我国煤矿事业的发展，煤矿安全事故时有发生，煤矿工作人员的人身安全受到很大威胁。我国煤矿安全生产问题主要表现在以下几个方面。

1.我国大多数的煤矿地质条件都比较复杂，开采难度大，很容易带来安全隐患.

2.煤矿安全管理手段落后，对于冲击地压、瓦斯等危险事故缺乏有效的防范措施，

3.煤矿现有的安全生产监控设备落后，安全管理科技停滞不前，无法提供有效的安全保障。

4.矿井安全生产专业人才稀缺，从业人员技能水平不足。随着信息化的到来，煤矿开采对工作人员的技术要求也越来越高，然而大多数企业都缺少采矿方面的专业人才。

5.煤矿企业内部管理水平落后。在安全、技术、资源等管理上存在不足，给矿井的安全管理带来了很大隐患。

本文，笔者以某矿用主排水泵为例，对矿用主排水泵存在的问题进行了探讨，并其设计方案的优化设计过程进行了说明，以期对同行有所参考。

二、矿用主排水泵存在的问题

以某矿用主排水泵为例，该泵为MD155-30×8 型水泵，额定流量为155 m3/h，额定扬程为240 m，电机功率为160 kW。煤矿矿井水质一般为酸性，对井下的设备具有一定的腐蚀性，因此，要使用具有抗腐蚀性的材质作为泵的主材料。而实际上矿用主排水泵与水接触的表面通常采用不锈钢材质，在进、出水段则采用铸铁件，这会使得井下水直接腐蚀该部件，所以这种设计是不合理的。在进水段由于属于过流部分，水的腐蚀加上汽腐蚀，会加快进水段的腐蚀速度；在中间段由于在酸性水质的复制作用下，扩大了与口环之间的缝隙，从而降低了主排水泵的排水效率，同时也增加了维修难度和成本。

在矿用主排水泵系统中抽真空系统具有重要作用。但是在主排水泵设计中，为了节省设备成本，大多数企业会减少高压水流射泵的使用。在实际的设计当中，每台泵都要有配套的高压水射流泵，这样才能够保证系统的安全稳定运行。在系统中忽略对电动抽真空泵的设计，会导致在每次的排水和管路检修的过程中都不能将排水系统抽成真空，影响系统的可靠性。

三、矿用主排水泵设计方案探讨

若矿用主排水泵存在问题，就要立即停止使用，重新对水泵的排水扬程进行计算和验证。该矿用主排水泵管路敷设比较复杂，而且弯头比较多，存在很大的排水管路的阻力。虽然该矿用主排水泵的额定扬程可以满足系统排水的要求，但考虑到其他因素的影响，将额定扬程有150 m扩增到180 m，并对系统进行了优化设计，选用的MD155-30×8 ，由8级降为6 级，水泵电机的功率也从160 kW降为132 kW。

四、优化设计的验证

1.新排水管道中扬程损失的计算。计算公式如下：

式（1）中，a1代表速度压头系数，取值为1；a2代表直管阻力系数，取值为135；a3代表弯管阻力系数，取值为0.76～1.0；a4代表闸阀阻力系数，取值为0.25～0.5；a5代表逆止阀阻力系数，取值为5～14；a6代表管子焊缝阻力系数，取值为0.03；n3代表弯管数量，实际数量为10；n4代表闸阀数量，实际数量为3；n5代表逆止阀数量，实际数量为1；n6代表管子焊缝数量，实际数量为400；g代表重力系数，取10；λ代表水与管壁的阻力系数，取值为0.027；Ld代表排水管路总长度，实际长度为1 000 m；Dg代表管路公称直径，取0.2 m；Vd代表排水管流速。所有参数都取最大数值，将相关数据代入式（1）中，有

Haf＝ 16.62 m。

2.排水系统阻力系数R。计算公式如下：

式（2）中，Q为水泵额定排水量，将上述数据代入式（2），有R＝0.001 2，所以在该主排水泵中的排水扬程H为

根据现场实际使用的情况，将主排水泵的进出水段和中间段用不锈钢材质替换，以确保主排水泵的排水性能。按照正常的排水量计算，每台水泵的每天运行时间为

式（4）中，n为注排水泵的排水效率，取74%：QZ为矿井的正常涌水量，取值为67 m³/h；Qe代表水泵额定排水量，取值为155 m³/h。将上述数据代入式（4），有h＝14.02 h。所以每年可节约电能1.43×105kW·h，按照每度电0.6元计算，每年可节约9万元，经济效益显著。

因此，通过对管道扬程损失和排水系统阻力系数的重新计算，就可以根据矿井生产的实际情况，选择性的使用相应的主排水系统，在很大程度上节省了电能的消耗。

五、结论

矿用主排水系统的优化设计，不仅能够降低大功率电机的电能消耗，还可以在很大程度上提高排水系统的性能。采用不锈钢材质的猪排水泵，增强了设备的耐腐蚀性，提高了煤矿生产的安全系数，保障了煤矿的安全生产。