北岭矿强排水供配电及管路系统优化

摘 要：随着煤矿的发展，国家对安全的要求也越来越高。强排水系统被应用在新建和技改矿中。北岭矿为技改矿井，其设计委托太原设计院完成。在审查该项初步设计的过程中，认为太原设计研究院出具的设计在供配电及管路的配置上均留有较大裕量，不仅增大了投资，现场也无实际必要。因此，经科学计算，对其予以优化，根据实际需要予以配置，既满足了实际需求，也大笔节省了投资。

关键词：强排水；优化；设计；供配电；管路

北岭矿为技改矿井，技改完成后批复的生产能力为90万吨/年，较原生产能力15万吨/年（原证载能力）增加75万吨/年。北岭矿技改的设计工作由太原设计研究院依据《煤矿安全规程》及相关设计规范进行。为加强矿井的防治水管理，在井下主排水系统附近设置强排系统，以满足矿井突发水害时强制排水之用。

为充分贯彻、秉承设计的指导思想，节省投资，本文对太原计研究院提供的强制排水系统的原始设计（含供配电系统、管路系统）进行了进一步的优化，缩小了供电电缆的截面积，取消了软启动装置，优化了强排水系统管路，并得到设计院认可，满足排水要求，做到了系统简单、可靠性高，投资大幅减少。

1 太原设计研究院的原始设计

1.1 设计依据

任何矿井都有突发水可能。根据测算，北岭矿突发水量按800m3/h考虑。强排水泵房与矿井主排水泵房合建，排水管路布置同主排水管路一致。主斜井井口标高+1275.5m，潜水泵安装位置标高+1136m，排水垂高140m，排水管路长度2000m。

1.2 设备选择

根据突发排水量的要求，设计选择BQ550-230/6-560W-S矿用潜水电泵两台，配套10kV，560kW电动机。矿用潜水泵技术参数：额定流量Q=550m3/h，扬程H=230m，级数6级，泵额定效率η=80%，配套电机功率560kW，电压等级10kV，额定电流：Ie=41.35A。实际运行工况点：Q=620m3/h，H=206m，η=78%。两台泵全部工作小时排水量：1240m3/h>800m3/h。满足要求。

供配电系统：潜水泵电源由矿井地面35/10kV变电所提供，采用MYJV22-8.7/10 3*70型电缆，长度：2000m，两路，符合煤矿井下使用要求。在地面设置软启动装置，采用10kV开关柜+软启动柜+强排水泵方式，使得强排水泵电机在软启动方式下启动，以满足启动需求。下井电缆沿主斜井井筒敷设，水泵起停由地面变电所控制。

管路系统：沿4号煤东回风大巷、管道斜井井筒敷设？准325×8无缝钢管两趟，遇有突发水情况时，两台泵两趟管路全部投入工作。

2 对太原设计研究院的原始设计所存在的疑问

（1）设计院所选择MYJV22-8.7/10 3*70型电缆，其长期允许载流量为215A，远大于强排水泵电机的额定电流41.35A。虽然线路长度较长，但如选择截面积较小的电缆MYJV22-8.7/10 3*50型，其长期允许载流量为185A，亦远大于强排水泵电机的额定电流41.35A，经计算如果电压降不超标，满足启动要求，则可以使用。使用MYJV22-8.7/10 3*50电缆方案即可节省大笔电缆投资，亦可省去软启动柜，经济效益明显。综上所述，有必要在经过科学计算的基础上，进行相关优化。

（2）强排水管路原设计为“沿4号煤东胶带大巷、主斜井井筒敷设？准325×8无缝钢管两趟”。因国家对矿井强排水管路系统并无“一台水泵必须配置一趟管路”的强制性要求，同时考虑到水文地质情况，并结合实际涌水量，同时加大矿井防治水管理力度，是否可以采用一趟？准325×8强排水管路，以节省材料及安装费用，减少投资。

3 对强排水系统供配电及管路的优化过程

3.1 强排水潜水电泵正常运行电压损失及直接启动压降计算

（1）电机参数：泵型号：BQ550-230/6-560W-S

额定功率：P=560kW，额定电压：Ue=10kV

额定电流：Ie=41.35A，功率因数：cosΦ=0.85

启动电流：6.0Ie，μqm=0.6（μqm为电动机启动转矩相对值，即启动转矩与额定转矩的比值）

（2）原设计线路参数：设计研究院选择的电缆型号为MYJV22-8.7/10 3*70，长度：2000M，两路。参数如下：

电阻：R'=0.306Ω/km，电抗：X'=0.08Ω/km

（3）拟选用MYJV22-8.7/10 3*50型电缆，长度：2000M，两路。参数如下：

电阻：R=0.387Ω/km，电抗：X=0.107Ω/km

电网参数选择：35/10变电站10kV母线段短路容量：64.27MVA。

（4）计算过程

选择MYJV22-8.7/10 3*50型电缆，长度以2000m计，则：

启动压降（直接启动时）：35/10变电站10kV母线段电压相对值Uqm1=93.5%

启动时电动机端电压相对值：Uqm2=93.1%

因此，可以得出结论，在使用MYJV22-8.7/10 3*50型号电缆，在长度为2000m的情况下，可以直接启动额定功率560kW、额定电压10kV的BQ550-230/6-560W-S强排潜水电泵电机。无需配置软启动柜。

3.2 强排水管路计算

按？准325×8管路内径？准317，敷设一趟水管，并根据排水量公式Q=d2×3600πVc/4（其中Q：排水量m3/h；d：排水管内径m；Vc：经济流速，取3.0m/s）计算：

Q=d2×3600πVc/4=0.3172×3600×3.1415926×3.0/4=852.4（m3/h）

所以，敷设一路？准325×8强排水管路即可满足矿井突發水量800m3/h的强排水要求。

4 结束语

（1）太原设计院给出的某矿强排水供配电系统原设计中所选供电电缆为MYJV22-8.7/10 3*70型，且又配置了软启动装置。经计算，MYJV22-8.7/10 3*70型电缆裕量过大，选用MYJV22-8.7/10 3*50型即可，且无需配置软启动装置。最后选型：某矿强排水供配电系统选用MYJV22-8.7/10 3*50型供电电缆，采用地面35/10kV变电站10kV系统中高压柜直接控制，不用软启动装置，直接启动，满足要求。

（2）设计院给出的北岭矿强排水供配电系统，原设计中强排水管路采用两趟？准325×8管路。经计算，在矿井突发水量为800m3/h的情况下，用一趟？准325×8管路，在两台强排水泵出口处安装单向阀门，然后予以连接、合并，防止水彼此倒流，可满足突发异常情况下的排水要求，可节省大笔材料及安装费用。

（3）在尊重有资质设计单位设计的同时，作为业主方，我们一定要根据实际情况，不盲从设计，独立思考，提出自己的见解，做到系统优化、维护方便简单、节省投资。

参考文献

[1]太原设计研究院.北岭矿矿井兼并重组整合项目初步设计说明书[Z].

[2]煤矿电工手册[M].煤炭工业出版社.

[3]刘正峰.水文地质手册[M].煤炭工业出版社.

作者简介：王赓（1988-），山西省阳高县人，2011年毕业于内蒙古科技大学机械设计制造及其自动化专业，助理工程师，现为北岭煤业职工。