碾子沟煤矿井下主排水设备方案的确定

席海涛

摘 要：矿井主排水设备装机功率大，运转时间长，电能消耗多。合理选择主排水设备，对降低项目初期投资，减少后期运行费用，保障矿井安全生产具有十分重要的意义。该文结合设计实例，通过综合技术经济比较，合理确定主排水设备方案。

关键词：主排水 耐磨 离心泵 自平衡 涌水量 设备选型 技术经济比较

中图分类号：TD262 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0092-02

主排水设备属矿井大型设备之一，主要担负矿井排水任务，装机功率大，运转时间长，电能消耗多。合理的主排水设备选型，对降低项目初期投资，减少后期运行费用，保障矿井安全生产具有十分重要的意义。

1 项目概况

碾子沟煤矿位于陕西省咸阳市永寿县永平乡碾子沟村，由华汉集团公司和国电集团共同出资开发建设，资源整合生产能力0.9 Mt/a，服务年限25.5 a。井田采用主、副斜井+回风立井开拓方式，井下布置1个综采工作面、2个综掘工作面和1个普掘工作面。

2 总体方案

碾子沟煤矿井下采用一级排水系统，在副斜井井底车场附近设有主水仓及主排水泵房，工作面涌水自流或经小水泵排至中央辅助运输大巷水沟后，自流至主水仓。主排水管路沿副斜井井筒敷设，将井下涌水排至地面井下水处理站，处理后进行综合利用。

3 设计参数

碾子沟煤矿属瓦斯矿井。正常涌水量100 m?/h，持续天数305 d，最大涌水量130 m?/h，持续天数60 d。副斜井井口标高+1100.2 m，井下水处理站标高+1108.5 m，主排水泵房标高+805.5 m，最大排水垂高308 m（含吸水高度，按5 m计入）。主排水管路沿副斜井井筒敷设，安装倾角16.5 °，排水距离约1200 m。矿井水pH值7.2，密度约1020 kg/m?。

4 排水设备方案

《煤矿安全规程》规定：矿井井下排水设备应当满足矿井排水的要求。除正在检修的水泵外，应当有工作水泵和备用水泵。工作水泵的能力，应当能在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应当不小于工作水泵能力的70%。检修水泵的能力，应当不小于工作水泵能力的25%。工作和备用水泵的总能力，应当能在20 h内排出矿井24 h的最大涌水量。

式中：H——水泵扬程，单位：m；HC——最大排水垂高，308 m；α——排水干管敷设倾角，16.5 °。

根据计算所需的水泵排水能力及排水垂高（详细设备选型计算从略），设计考虑了两个方案进行技术经济比较。

方案一选用3台MD155-67×5型耐磨多级离心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6无缝钢管）。MD型耐磨多级离心泵是在原D型泵基础上改进而成，泵的首级叶轮、进水段及主要过流部件均采用耐磨材料，抗气蚀性能和耐磨性能得到了较大的提高，可保证泵在较长的时期内高效运行，有效地延长了泵的使用寿命，可输送固体颗粒含量≤1.5%，粒度≤0.5 mm，温度80 ℃以下的矿井水及类似的其他污水。缺点是MD型耐磨多级离心泵采用传统的平衡孔、平衡盘、平衡鼓等轴向力平衡装置，依靠泄漏产生的压降平衡轴向力，泄漏一般为泵额定流量的3%～15%；平衡装置磨损后会导致泵转子部件前移，出现效率明显下降；平衡装置故障情况下，可能导致水泵转子发生严重损害。

方案二选用3台MD200-50×7（P）型自平衡耐磨多级离心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6无缝钢管）。MD（P）型自平衡耐磨多级离心泵是结合MD型耐磨多级离心泵成熟设计经验，研究开发的新型高效、节能产品，具有高效区宽、性能范围广、汽蚀性能好、运转安全平稳、噪音低、易损件少、使用寿命长、检修维护工作量小等优点。MD（P）型自平衡耐磨多级离心泵取消轴向力平衡装置，通过叶轮对称布置实现自动平衡轴向力，使轴向力载荷对泵的磨损和对系统干扰的不利影响降到最小；残余轴向力由推力轴承承受，使泵轴始终处于受拉状态，轴的受力状态均匀，应力峰值较原型结构大大降低，从而提高了泵转子的刚性和临界转速，使泵转子运行的平稳性和可靠性显著提高，无故障运行时间可达普通泵的3倍以上；泵体主要过流部件采用耐磨材料，抗气蚀性能和耐磨性能好，使用寿命长。缺点是国内生产厂家较少，价格较高，设备初期投资较大。

5 技术经济比较

方案一、方案二排水能力均可满足本矿井排水要求，在技术性能、检修维护、设备投资、运行费用等方面各具优缺点，表1为主排水设备选型方案技术经济比较表。通过综合技术经济比较，方案二采用MD（P）型自平衡耐磨多级离心泵虽然设备投资高，但具有效率高，年运行费用少；无故障运行时间长，检修工作量小；吸水高度高，水仓有效利用率高，矿建工程量省；排水能力大，安全可靠等诸多优点，综合性价比优于方案一，因此设计采用方案二。

6 结语

MD（P）型自平衡耐磨多级离心泵叶轮对称布置，取消了平衡盘机构，实现了自动平衡功能，彻底解决因平衡装置失效而导致平衡盘（座）的磨损或转子咬死等故障，大大延长泵的使用寿命，可靠性高，平均无故障运行时间长，效率高，节能效果好。本项目而言，MD（P）型自平衡耐磨多级离心泵降低矿建投资，减少设备维护工作量，对矿井主排水系统选型、设计、管理、维护具有一定参考价值。

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