矿井排水泵选型优化设计

张秋霞 赵传奇

【摘 要】煤矿井下开拓掘进巷道、采煤工作面回采时会出现淋水或涌水，如果不及时采取合理的排水措施，将对煤矿安全生产带来威胁。由于矿井每个出水点水量不同，因此所选的排水泵的类型也有所不同。通常采用实验法、计算法，效率低下、计算烦琐。针对此状况，根据文献法、实验法、对比法设计出符合煤矿生产实际所需的排水泵优化选型系统。设计好程序和软件后，将烦琐的计算转化成简单的参数输入，最后进行优化，操作方便明了，计算选型快速准确。使用该系统可完成井下各个排水点泵体的快速选型，大大提高煤矿设备使用率和排水效率。

【关键词】煤矿;排水泵;选型;优化设计

【中图分类号】TD744 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）09-0037-02

0 前言

煤矿井下开拓掘进巷道、采煤工作面回采时靠近含水层、水断层、老空积水区、陷落柱与敞开隔离煤柱时会出现大量涌水，不仅影响井下生产和人身安全，而且会对井下的机械设备、设施产生较强的腐蚀作用，大大缩短设备的使用寿命。因此，煤矿井下排水设备在整个煤矿开采系统中具有举足轻重的作用。由于矿井每个出水点水量不同，因此所选的排水泵的类型也有所不同。通常采取经验法选择，易导致排水泵流量和扬长不符合要求。选型过小会导致水泵水压不足，造成巷道或泵窝内水不能及时排除;过大会浪费耗电量，导致成本增加。因此，排水泵的选型对于井下生产非常重要。针对这一突出状况，根据文献法、实验法设计并编制出符合煤矿生产实际的排水泵Excel辅助优化选型系统。本设计以新庄煤矿26051风巷排水地点为例，使用Excel软件建立数据库，对排水泵选型进行编程优化设计，实用性很强，可供其他排水点借鉴。

1 26051风巷排水点简介

神火集团新庄煤矿26051风巷：正常的涌水量为60 m3/h，最大涌水量为90 m3/h。《煤矿安全规程》第82条规定，如果超过50 m3/h时的预计涌水量，那么临时水仓的容积必须超过8 h的正常涌水量，而且要求水仓容积的设计能力不能小于480 m3[1]。该水仓实际容积为500 m3，能满足正常涌水量要求;水仓至排水点垂直高度为35 m，目前排水距离为460 m。

2 排水管路选型

26051风巷单台潜水泵的流量不得小于72 m3/h，管内流体流量为72 m3/h，考虑管路损耗结合现场实际排水能力，选择DN150管路最为适宜，该管路最大流速V≈2.45 m/s，最大流量为43 L/s（154.8 m3/h）。

3 排水泵流量计算

《煤矿安全规程》第82条规定，要是在井下排完24 h的正常涌水量，那么投入工作的水泵排水能力需在20 h内完成，且备用排水泵的排水能力应大于且等于正在工作的排水泵排水能力的70%[1]，即

工作水泵与备用水泵的总能力，能在20 h内排完24 h的最大涌水量，即

式中，qz为正常的涌水量，qmax为最大的涌水量，QB为工作水泵需要的排水能力，QBmax为工作泵与备用泵所需要的排水能力总和[2]。26051风巷QB=1.2×60 m3/h=72 m3/h。

因此，26051风巷设计两台同等能力的排水泵（一用一备）。所选单台潜水泵的流量不得小于72 m3/h，能满足《煤矿安全规程》第82条对工作泵和备用泵的要求。

4 排水泵扬程计算

4.1 弯管、闸阀、逆止阀、底阀损耗计算

巷道共设计n1个弯管，n2个全开闸阀，n3个逆止阀，n4个底阀。弯管、全开闸阀、逆止阀折、底阀按照合成直管后计算[2]。管路的内径为D，根据表1得，每个阀及弯管折合长度如下。？譹？訛n1个弯管折合成25倍直径：L1=25×D×n1。？譺？訛n2个全开闸阀折合15倍直径：L2=15×D×n2。？譻？訛n3个逆止阀折合成100倍直径：L3=100×D×n3。？譼？訛n4个底阀折合成100倍直径：L4=100×D×1。L总1=L1+L2+L3+L4。

在新莊煤矿26051风巷中共设计2个弯管、1个全开闸阀、1个逆止阀和1个底阀。查表1得出需采用的管路内径为DN150，弯管、全开闸阀、逆止阀折合成直管计算。  L1=25×150×2=7.5 m，L2=15×150×1=2.3 m，L3=100×150×1=15m，L4=100×150×1=15 m;L总1=7.5+2.3+15+15=39.8 m≈40 m。

4.2 管路扬程损耗确定

管路内径为DN150，管内流体流量为72 m3/h，转换为20 L/s，查表扬程损失为HV=1.1 m/100 m（每100 m管长损失1.1 m），见表2。

26051风巷敷设管路长度为460 m，各类弯管、闸阀、逆止阀、底阀损耗总损耗计算结果为40 m，管路总长度折合为460+40=500 m，DN150排水管路100 m损耗为1.1 m，折合成垂直高度（损失扬程）≈5.5 m。

4.3 排水泵总扬程计算

总扬程计算公式如下：

上式中，Ha为实际吸水扬程，HL为损失扬程。Hc为垂直标高。

故H=3（吸水扬程）+5.5（损失扬程）+35（排水扬程）=43.5 m。选型扬程=1.1H=1.1×43.5 m=47.85 m。

5 排水泵选型优化设计

把上面的计算公式在Excel软件中进行编程定义，然后在Excel设计软件中输入管径、闸阀、逆止阀、弯管、管路长度、百米损耗数值、巷道排水垂直高度、流量等参数。将所有的数据和参数利用一系列函数关系，最终快速、准确地计算出排水泵的实际扬程（2 min可计算出结果）。同时，可根据流量校验并选定管路。新庄矿井排水泵的选型优化设计见表3。

经优化设计，26051风巷排水管路根据排水泵流量和扬程参数，选用2台（1备1用）BQS120-50-30型排水泵（流量为120 m3/h，扬程为50 h，功率为30 kW）即能满足该排水点的需要。

6 结语

排水泵选型时，不能盲目选择，只有经过计算、绘制特性曲线、选取最佳工况点并进行合理分析各要素后，才能达到节能效果，计算较多[3]。本项目研究设计的矿用排水泵Excel辅助优化选型系统，根据煤矿实际情况，将烦琐的计算公式转化成简单的参数输入形式。解决矿井排水泵及管路选型计算繁、慢、存在误差等问题，杜绝选型过程出现流量、扬程、管路等不符合现场使用要求。在煤矿企业，它是一种优化设计系统，适用于矿井所有排水点，具有可推广性。

参 考 文 献

[1]国家煤矿安全监察局，国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2016：19.

[2]张荣立，何国纬，李锋.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2005：2305-2307.

[3]孔繁德.矿井排水泵特性分析及选型计算[J].煤炭技术，2010，29（2）：10-11.