煤矿排水设备选型设计*

杜　越

(柳林县煤炭局，山西 吕梁　033300)

0　引　言

矿井水灾害是当今煤矿事故的主要灾害之一，时刻威胁着井下矿工的生命安全，一旦发生，给企业、国家带来巨大损失。因此，针对矿井实际水文地质情况，建立合适的煤矿排水系统，选择与排水系统相适应的排水设备，对井下安全生产至关重要。以山西柳林王家沟煤业排水设备选型为研究背景，通过探讨，为该矿排水设备选型提供了科学合理的建议。

1　矿井状况

山西柳林王家沟煤矿在上组煤副立井井底附近已建有一座主排水泵房。矿井下组煤延深后，设计在下组煤大巷西端新建下组煤主排水泵房及下组煤井底水仓。

由于本井田各批采煤层均分布奥灰带压区，当有隐伏构造沟通时，存在奥灰突水可能性，而且井田4、5号煤层存在大面积采空区，已探明5号煤有8处积水区，下组煤开采存在采空区突水的隐患，为保证矿井安全生产，笔者以王家沟煤矿的地质条件及开采条件为工程背景，对下组煤排水设备进行选型设计，设置应急抗灾排水系统。

2　排水设备选型方案

2.1　上组煤主排水设备

本矿井正常涌水量为40 m3/h，最大涌水量50 m3/h。矿井副立井井底已建有一座主排水泵房，站内安装3台MD85-45×4型矿用耐磨多级离心泵，配套隔爆电动机75 kW、660 V。正常涌水时，一台工作，一台备用，一台检修；最大涌水时，两台工作，一台检修。主排水管路为D159×4.5无缝钢管，两趟，排水管路沿副立井井筒敷设。正常涌水时，一趟管路工作，一趟管路备用；最大涌水时两趟管路工作。

矿井下组煤延深后，矿井涌水量未发生变化，现有上组煤主排水系统满足使用要求。

2.2　下组煤主排水设备

(1) 设计依据

矿井正常涌水量：40 m3/h；矿井最大涌水量为：50 m3/h；下组煤泵站底板标高：+492 m；上组煤泵站底板标高：+730 m；副斜井井口标高：+888 m。

(2) 方案比选

水泵必需的排水能力：

Q正常≥1.2×40=48 m3/h

Q最大≥1.2×50=60 m3/h

根据涌水量及排水高度，设计对下组煤排水设备的选型设计考虑了以下三个方案：

方案一：下组煤涌水经8煤辅运大巷排至上组煤主排水泵房，再由上组煤主排水泵房现有排水设备将涌水排至地面。

下组煤主排水设备选用MD85-45×7型矿用耐磨多级离心泵3台，配YB3-315M-2型隔爆电动机，132 kW、660 V、2 950 r/min。排水管路选用D159×5无缝钢管，2趟。正常涌水时，1台水泵、1趟管路工作；最大涌水时，2台水泵、2趟管路同时工作。

方案二：下组煤涌水经8煤辅运大巷排至上组煤主排水泵房，再由上组煤主排水泵房现有排水设备将涌水排至地面。

下组煤主排水设备选用MD85-67×5型矿用耐磨多级离心泵3台，配YB3-315L1-2型隔爆电动机，160 kW、660 V、2 950 r/min。排水管路选用D159×5无缝钢管，2趟。正常涌水时，1台水泵、1趟管路工作；最大涌水时，2台水泵、2趟管路同时工作。

方案三：下组煤涌水经8煤辅运大巷、副斜井直接排至地面。

下组煤主排水设备选用MD85-67×7型矿用耐磨多级离心泵3台，配YB3-315L2-2型隔爆电动机，185 kW、660 V、2 950 r/min。排水管路选用D159×6无缝钢管，2趟。正常涌水时，1台水泵、1趟管路工作；最大涌水时，2台水泵、2趟管路同时工作。

对下组煤主排水设备各方案进行技术经济比较，结果发现，方案一与方案二、方案三相比，不仅初期投资最少、而且年运营费用也最低。另外，对于三方案而言，由于新开凿的副斜井井口距离矿井地面井下水处理站较远，下组煤涌水经8煤辅运大巷、副斜井排至地面后，需要在矿井工业场地敷设排水管路，对现有工业场地影响较大。考虑到副立井已有主排水系统且刚投用不久等原因，经综合比较，设计推荐采用方案一。

3　设备选型确定

根据上文三组方案的对比分析结果，本次设计最终选用MD85-45×7型矿用耐磨多级离心泵3台，配YB3-315M-2型隔爆电动机，132 kW、660 V、2 950 r/min。正常涌水时，1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水时，2台工作。

下组煤主排水设备主要技术参数如下：型号：MD85-45×7；额定流量：85 m3/h；额定扬程：315 m；额定效率：75%；额定转速：2 950 r/min；配套隔爆电动机：YB3-315M-2型、132 kW、660 V、2 950 r/min。

泵站内排水支管选用D108×4无缝钢管，干管选用D159×5无缝钢管。主排水管路沿8煤辅运大巷敷设。正常涌水时，1趟工作，1趟备用；最大涌水时，2趟管路同时工作。

排水系统按水泵自动化设计，可实现泵站无人值守。

排水管路特性曲线方程：

新管：H=243+5.623 564×10-3Q2

淤积：H1=243+9.560 059×10-3Q2

水泵运行工况及特性曲线见表1、图1。

由图可知，单泵单管水泵运行工况点新管参数为：流量94.12 m3/h，扬程292.82 m，效率74.5%，轴功率104.86 kW，吸水高度4.33 m，正常排水时间为10.2 h，最大排水时间6.4 h；淤积参数为：流量85.72 m3/h，扬程313.25 m，效率75%，轴功率101.48 kW，吸水高度4.87 m，正常排水时间为11.2 h，最大排水时间7.0 h。

表1　水泵运行工况表

图1　水泵运行特性曲线

水泵采用无底阀引水，引水设备采用SBS型射流泵总成，以排水管路中的压力水为能源，以压缩空气为备用能源。

为有效地防止水锤冲击对水泵及管道的损害，在水泵出口装设微阻缓闭止回阀。

为便于设备安装和检修，在泵站内每台设备上方设有固定起重梁。

4　抗灾排水设备选型确定

(1) 设计依据

矿井设防水量：500 m3/h；排水高度：396 m；排水管路长度：1 900 m。

(2) 设备选型

根据设防水量及排水高度，设计选用BQ550-460/12-1120/W-S型矿用斜卧式潜水电泵两台，一台工作，一台备用。潜水电泵主要技术参数如下：型号：BQ550-460/12-1120/W-S；额定流量：550 m3/h；额定扬程：460 m；配套隔爆电动机：1 120 kW、10 kV、1 470 r/min。

排水管路选用一趟D377无缝钢管，分段选择管路壁厚(9 mm、12 mm)，沿8煤辅运大巷、副斜井敷设。

排水管路特性曲线(单泵单管)：

新管：H0=403+6.72408×10-5Q2

淤积：H1=403+1.14309×10-4Q2

水泵运行工况点参数及特性曲线见表2和图2。

由图可知，水泵运行工况点新管参数为：流量640.2 m3/h，扬程430.56 m，效率78%，轴功率1 001.67 kW；淤积参数为：流量616.2 m3/h，扬程446.40 m，效率79%，轴功率986.95 kW。

表2　水泵运行工况点参数表

图2　水泵运行特性曲线

(3) 排水能力校验及抗灾排水系统

矿井突水时，一台水泵、一趟管路工作，按管路淤积后计算的水泵流量为616.2 m3/h>500 m3/h。所选排水设备的排水能力满足要求。

抗灾排水系统按水泵自动化设计，可实现泵站无人值守。为有效防止水锤冲击对水泵及管道的损害，在水泵出口装设防水型微阻缓闭止回阀。

5　结　论

根据涌水量及排水高度，对下组煤排水设备的选型设计了三个方案，采用经济技术比较，并运用理论分析计算及校验，对王家沟煤矿排水设备进行选型设计，得到以下结论：

(1) 通过对各方案进行技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。确定下组煤主排水设备选用：MD85-45×7型矿用耐磨多级离心泵3台，配YB3-315M-2型隔爆电动机，132 kW、660 V、2 950 r/min。排水管路选用D159×5无缝钢管，2趟。正常涌水时，1台水泵、1趟管路工作；最大涌水时，2台水泵、2趟管路同时工作。泵站内排水支管选用D108×4无缝钢管，干管选用D159×5无缝钢管。主排水管路沿8煤辅运大巷敷设。正常涌水时，1趟工作，1趟备用；最大涌水时，2趟管路同时工作。

(2) 根据设防水量及排水高度，设计选用BQ550-460/12-1120/W-S型矿用斜卧式潜水电泵两台，一台工作，一台备用。