矿井排水系统的优化问题探讨

张智枢

（广元杨家岩煤业有限责任公司，四川 广元 628000）

我国是资源消耗大国，尤其是对于煤炭的需求量，更是有增无减，那么在煤矿开采的过程中，会受到种种因素的制约，其操作的危险性非常大，容易出现事故，在众多诱发因素中，透水以及瓦斯的威胁是最大的。在我国很多煤矿开采过程中，因为透水以及涌水、瓦斯保障引发的事故，屡见不鲜。针对透水这个问题来说，利用排水泵就能够有效解决，现阶段我国煤矿排水泵以结构形式来划分，主要有两种：一种是干式水多级泵、就是矿用防爆电动机通过连轴器驱动的常规卧式多级泵；另一种是湿式泵，是利用潜水电动机来作为驱动的排水泵。

一、排水系统优化

1 提出问题

由于煤矿资源具有一定的隐蔽性，它们通常都是埋藏在很深的地下，并且在不同矿山，矿产所埋藏的深度也不同，因此，还具有一定的差异性，不同地域，其渗水、涌水量也不尽相同，这就要求在使用排水泵的时候，要因此质疑，根据当地煤矿排水系统的设计要充分结合当地的地质条件进行。通常来说，煤矿排水系统的排水量要根据矿井的实际涌水量为依据，如果实际涌水量地域预期数值的时候，那么工作人员就应该减少水泵的数量、缩短开机时间。而排水压力则要根据泵站的标准高度作为基础。即以开采深度加上一定的余量作为泵的排出压力。在煤矿给排水设计的过程中，相关规范要求选型杨程为排水高度为1.1～1.35倍。除此之外，在设计泵站的时候，必然都要进行水仓的设计，水仓具有一定的容量，合理的设计容量，能够有效环节泵站排水量以及用水量之间的矛盾。问题就由此产生，以上方法必须要具有合理性以及可行性，它既关系到排水系统的安全，还关系到排水系统的经济性、关系到系统的能效问题。

2 管路系统的优化

在泵的选型问题上，完全可以依据以上原则进行，但是针对泵的扬程部分，其中很多问题还需要进行深入讨论，因为现有方法针对泵扬程方面的计算会比较简单，这样就会导致误差偏大的问题，泵站的位置标高是测量出来的没有问题，但随便取个系数得出泵扬程是不妥的。不管是管路钻孔个直排还是沿坑道布置，都会对管路系统的排水能力产生影响。那么如果采用扬程高的水泵，又会带来经济消耗过大的问题，这个时候能源消耗也会过大，与此同时，管道系统往往还会存在排水量不足以及无法满足实际需求的问题，工作人员应该选择钻孔的方式进行管道布设、立管直排的方法来进行排水管的安装，这样才能够最大限度的减少管路的长度以及弯头，从而达到管道的排水阻力，节约电能。在进行施工设计的时候，如果单管无法满足经济流速需求量，那么工作人员则应该多加钻几个空洞，采用管理安排的方法来解决管径较小的问题。当然，这是条件允许的情况下，如果条件不允许，那么就应该沿坑道布置管道，并且还要使用口径大的无缝管线，这样才能做到低流速、小损耗。

3 泵的选型

图1 MD450-60泵优化设计的效率曲线

在选择水泵型号的时候，需要注意的问题也有很多方面，首先，就是要在条件允许的情况下，尽量选择节能效果好的产品，并且产品的各项性能要与实际的使用要求相符合，具备齐全的证书。选择的水泵，高校区部分应该相对较宽，这样才能够保障其工作效率与质量。并且，在矿井中所使用的水泵，在刚刚使用的时候，都会产生一定的安全余量，那么如果是无阀控制的时候，水泵初期必然是在流量偏大的状态下运行的。如图1所示，其为MD450-60泵水力优化的效果示意图，改泵的额定水流量为450m3/h、单级扬程为60m，因为煤矿排水泵站现场偏离工况运行的问题，因此需要对泵的水力部件进行设计和优化，目的在于要提高大流量区域的水里效率，同时加宽了高效区，预测这样会更加适合煤矿排水要求，除此之外，还要对水泵的富余扬程进行合理调节，通常来说，煤矿所采用的水泵一般为多级离心泵，这种泵的富余扬程相对较大，那么如果将中间级的叶轮用轴套取代，能够缓解这个问题，如果是在富余扬程较小的时候，可以采用切割叶轮的方式，使得泵扬程更加负荷管路系统的要求，从而达到节约电能的目的。

然而，如果在长时期的使用之后，泵的口环以及节流衬套等部分就会有不同程度的磨损，这个时候，泵自然就会汇到额定点运行。初此之外，通常情况下，管路阻力的计算都已最大用水量为准的，如此而来，流过排水管的水量并不会很多，这样的情况下，在实际的阻力与计算时的相比，就会偏小，进而产生扬程富余，从而导致水泵是在大流量状态下运行的。最后，在选择水泵型号的时候，切记不可选择满扬程、满流量的型号，要选择富余扬程在5%左右的水平。这样做的目的就是为了在需要提高扬程的时候，工作人员可以采用更换叶轮的方式来实现扬程的增加，进而达到实际使用要求。

图2 传统阶段式多节泵

图3 对称型无平衡盘节段式多级泵

图4 对称型蜗壳式多级泵

二、泵本身的优化问题

目前煤矿排水使用的传统节段式多级泵，如图2所示。如D型、MD型、PJ型泵都是平衡盘形式的节段式泵，在使用中存在一些问题需要改进。如平衡盘在输送含煤粉较多的矿井水时，受煤灰影响，平衡盘容易磨损而失效。建议推广应用如图3所示的对称式无平衡盘的多级泵。另一方面，许多泵型汽蚀性能较差需要改进。对流量大于300m3/h的排水泵，最好是低转速、首级叶轮双吸，轮毂直径D0=130mm，叶轮进口直径D0=260mm，进口系数弱=4.7。可想而知，流量580m3/h时，汽蚀性能多差。后将叶轮进口直径D0=300mm，进口系数%提高到5.65，新制叶轮替换，解决此问题。对流量大干300 m3/h的排水泵，最好是低转速、首级叶轮双吸，达有利于提高泵的汽蚀性能，扩大泵对工况的适应性。对经济条件较好的矿井推荐使用如图4所示的对称型蜗壳式多级泵，首级叶轮双吸。这种蜗壳式多级泵造价高一点，但汽蚀性能好、检修工作量大大降低，如将采购成本和使用成本一起考虑的话，与节段泵的成本总体是持平的，该形式泵在油品长输管线上应用广泛。

结语

对于矿井施工来说，排水系统是非常重要的部分，由于矿井施工非常复杂，并且具有极高的危险性，尤其是涌水以及瓦斯引发的事故频发，因此，排水系统的重要性就更加凸显。目前，我国各个生产领域中，都在大力倡导节能环保的生产理念，矿井生产也是如此，针对传统的水泵进行全面优化，这样才能够达到提高排水系统工作效率与工作质量的目的，文章从四个方面对矿井排水系统的优化问题进行了研究和分析，希望能够为我国矿井开采工程尽一份绵薄之力。

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