高压水泵在井下排水中的应用

杨长春

摘要：为了提高排水供电可靠性，需要对井下排水系统进行改

造。本文通过对改造的总体方案进行分析，详细阐述方案的具体设计，进而为节约成本、减少维修量提供参考依据。

关键词：井下排水 高压水泵 改造

1 井下排水改造必要性

钼业公司现有排水形式为低压两段排水，分别在井下六中段和十中段各设一个泵站，各设两个水仓，一清水仓，一污水仓，十中段泵站设有150D-30×9型水泵（电机功率200KW）4台，流量150m3/小时，扬程261m，两用两备，平均每天排水时间为31小时。六中段设D155-30×9水泵（电机功率275KW）5台，流量150m3/小时，扬程

402m。两用三备，平均每天排水时间为32小时。其排水方式是从十中段排至六中段，然后由六中段排至地表水仓。因为是排水系统，要求双电源供电，并且任何一套供电电源都能独立满足排水的要求。因此公司在四中段和六中段分别建有一个变电所。每个变电所由4台400KVA变压器并列运行，从而保证排水供电的可靠性。十中段盲竖井下掘后，盲井以下不再设清水仓，巷道涌水全部排到十中段污水仓。根据沈阳有色设计研究院提供的资料，盲井巷道正常涌水量为3000m3/d，最大涌水量为5000m3/d，并随着掘进的深入，有突发涌水的可能。突发涌水可能达到10000m3/d，同时六中段和十中段的涌水将显著降低。十中段巷道涌水量可能降低，但降低的数据无法考证。可能大幅度降低，也有可能小幅度降低。目前按照现有排水量的80%计算。盲井下掘后各中段正常涌水时，六中段和十中段泵房将承担3000+1600=4600m3/d的排污水任务，

最大涌水时，六中段和十中段泵房将承担5000+1600=

6600m3/d的排污水任务，同时六中段与十中段各有1600m3/d的排清水任务。按照矿山井下排水要求20小时能排一昼夜涌水的规定，现有十中段与六中段单泵最大排水能力为150m3×20小时=3000m3<6600m3。因此，为了适应排水需要，泵房改造势在必行。先前曾经讨论过是否在原有基础上增加排水水泵和供电变压器，但是因为泵房场地和维修方面因素，公司决定将井下排水改为高压一段排水，现把此套方案及改造后的投入和节约费用情况分析如下。

2 改造总体方案

初步设计将十中段现有的低压泵换成四台MD280高压泵，排水管路由现在的六寸管路换成八寸管路，将现有的两条高压电缆延伸到十中段泵房，增加两台高压进线柜，四台高压启动柜，取消四中段与六中段变电所，取消六中段水泵房。六中段巷道涌水经水道汇入十中段污水仓，改造后的十中段水泵房将六中段涌水、十中段污水、盲井以下所有涌水，一并由十中段污水泵扬到地表水仓。

排水能力：初选MD280系列水泵，流量280m3/小时，这样20小时的排水量在5000m3左右，几乎能达到将来在涌水量增大时，在20小时能排完一昼夜涌水量的要求。此项改造也有它的优缺点，现简单介绍其优缺点。

优点：①排水量大，能够保证远期意外排水需求。②简化流程，将原有的低压两段排水改为高压一段排水，减少了排水时间和排水电费，减少了维修成本和水泵工的工资支出。③拆下的设备可二次利用，原六中段设备可作为十七中段设备。

缺点：设备一次性投资较大、工期长，施工过程中可能会影响正常生产。

改造后的设备投资：MD280-65×8水泵4台×7.1万元=28.4万元；8寸64公斤闸阀10个×0.55万元=5.5万元；8寸64公斤逆止阀5个×0.45万元=2.25万元；Y4502-4-710/6电机4臺×16.8万元=67.2万元；GGIA-

630/6电源柜2台×3.7万元=7.4万元；GGIA-630/6启动柜4台×4.94万元=19.76万元；YJV22-3*70电缆700米×260元=18.2万元；DN200无缝钢管1810米×280元=50.68万元；DN200焊管300米×150元=4.5万元；8寸底阀5个×450元=2250元；水泵基础3万元；电缆沟及附件3.5万元；管路附件4万元；合计：214.615万元。

改造后的电费节约：

现有的的低压泵：基本电费638400元+排水电量5127885度×0.57元=3561294元；

改造后的高压泵：基本电费323760元+排水电量4198230度×0.57元=2716751元；

节约电费3561294元-2716751元=844543元；节约人工费6万元，维修费5万元；

合计年可节约费用954543元。

3 方案具体设计

3.1 泵的选型

3.1.1 设计基础资料：地表水仓最高水位标高为820.24。井口标高为801.17，十中段泵房地坪标高为383.15，吸水高度两米，单条扬水管长605米左右，吸水管长5米，每套管路设底阀1个，90°标准弯头9个，120°焊接弯头4个，闸板伐1个。

3.1.2 水泵所需静扬程

HST=820.17-383.15+2=439.09米。

3.1.3 吸水管水头损失。设计采用DN200×6普通焊管5米。公称内径200底阀1个，90°弯头一个，

吸水管流速V1=■=■=2.34米/秒

Q=流量 A=水流截面积

吸水管水头损失Hd=H弯+H底+HS

H弯=弯头局部损失 H底=底阀局部损失 HS=摩阻损失

H弯=ζ■ H底=ζ■ HS=λ■

ζ=局部阻力系数；V=水流速度；g=重力加速度9.8米/秒；d=管道内径；L=管道长度

λ=■=0.0339

局部阻力系数：标准90°弯头：0.6；120°焊接弯头：0.55；内径200底阀：5.2；内径200闸板伐：0.08；内径200逆止伐：5.5；180°弯头：1.2；

H弯=0.6×■×1=0.17米

H底=5.2×■×1=1.45米

HS=0.0339×■=0.14米

吸水管水头损失Hd=0.17+1.45+0.14=1.72m。

3.1.4 扬水管设计为DN200×8.5无缝钢管605米，逆止伐一个，90°弯头8个，闸板伐1个，120°焊接弯头4个。

3.1.5 扬水管流速V2=■=■=2.43米。

3.1.6 扬水管水头损失Hd=HS+H弯+H伐

HS=摩阻损失 H弯=弯头局部损失

H伐=闸阀，逆止伐损失

HS=0.0339×■=30.46米

H伐=（5.5+0.08）×■=1.67米

H弯=0.6×■×6+0.55×■×4+1.2×■×1=2.1米

Hd=2.1+30.46+1.67=34.23 米。

3.1.7 水泵所需扬程H=439.09+1.73+34.23=475.04米。水泵叶轮磨损后，扬程有所降低。故所选水泵扬程应预留5%的富裕扬程，所选水泵扬程应达到475.04÷95%=500米，查水泵电机资料，选MD280-60×8型水泵，流量280m3扬程530米，配套电机为Y4502-4，710KW，

6KV。

3.1.8 泵房内管道的连接。为保证发生意外正常排水，泵房内扬水管间设联络管，当一条扬水管破裂时，打开联络管阀门，排向另一条管。

3.2 高压电缆及配电柜的选择

3.2.1 根据水泵匹配的电机功率计算出电机的电流I0=P0÷U0÷1.732=710÷6÷1.732=68A

P0=电机功率 U0=额定电压 I0=电机额定电流

得出电机的额定电流为68A，考虑电机启动过程中有2～3倍的启动过电流，将此台启动柜开关选为250A，电流互感器选为100/5。型号GGIA-250/6，此种柜子4台。

3.2.2 高压进线柜的选择。根据上面得出的电机电流，得出四台水泵同时运行时电流为68×4=272A，考虑35%余量，应选350A的开关，但是目前国内最小的真空开关为630，次台进线柜开关选择为630A开关，电流互感器为300/5，型号为GGIA-630/6。因为是排水系统需要双电源，并且每一条电源都能满足最大负荷要求，因此此种柜子需要2台。

3.2.3 负荷线选择。根据电机的额定电流68A，从供电手册中查得YJV22电缆22MM载流量为140A，因此电机负荷线选择YJV22-3*25电缆。

3.2.4 电源线的選择。目前公司井下排水电缆有两条，分别是YJV22*95和YJV22-3*70从手册中查得其载流量分别是310A和250A，都能满足两台泵同时运行，将此两条电缆延伸到十中段即可。

钼业公司在2009年改造完成，在运行的四年中，不但满足了排水的要求，保证了矿山排水的安全性，而且节约的成本早已超出改造成本的投入，减少了维修量。

参考文献：

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