礦用潛水電泵在煤礦主排水系統中的應用研究

摘 要：本文主要針對現有排水系統所存在的弊端，提出對于水文地質條件較為復雜或存在突水淹井危險可能的礦井，要采用潛水式排水系統與傳統臥式排水系統相結合的方式來全面提高礦井的抗水災害能力。

關鍵詞：大型礦用潛水電泵 新型排水系統 布置

中圖分類號：TD744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（c）-0126-01

礦井透水災難具有危害面較大、影響時間較長的特點，其已成為影響礦山安全生產的重大關鍵問題。一般在對礦井水災害的防治和救治時，傳統的臥泵排水模式抗災能力較差，并且當水文地質條件較為復雜或存在突水淹井危險的礦井時，就必須引入大型礦用潛水電泵作為潛水式主排水系統，從而全面提高礦井的抗水災害能力。

1 煤礦現有主排水系統弊端

我國礦山目前使用最普遍的排水系統，其基本方式就是設置臥泵、防爆電機、電液控閘閥、開關柜、PLC電控柜、敷設電纜和管路等排水設備在井底泵房內。現有的基于該方式的排水系統存在一系列的弊病。

（1）系統效能因為臥泵氣濁現象的限制而不能被全部利用。離心泵安裝的實際高度會因為受泵汽濁現象的限制，其安裝高度要比允許吸水的高度高，因此礦井井下水倉的開拓工程量和布置井下巷道的難度增加。（2）降低抗水災能力。具有防爆性的電機、開關柜和電控柜并不具有防水性，如果誰侵入，會因為電氣系統損壞而引起斷電。如果礦井發生突水事故，瞬間的涌水量會遠遠大于礦井排水系統的最大排水能力，井底泵房會因此被淹沒，排水系統癱瘓，淹井事故發生。（3）復礦困難。只有利用外部設備才能在水災過后將礦井水位恢復到安全水位下，然后恢復排水系統的工作。

2 潛水電泵的結構特點

潛水泵和潛水電機組成了潛水電泵的主體。其中潛水電動機裝在泵的下面，泵與電動機用剛性聯軸器連接。

潛水泵的泵體結構分為單吸、雙吸兩種形式，單吸泵吸入口在泵體下方，雙吸泵吸入口分別在泵體上方和下方。單、雙吸兩種結構形式的泵，葉輪均為上、下兩組對稱分布，即兩組葉輪背靠背布置，并且上下各有一個吸水口。水泵工作時，上泵對軸的作用力與下泵對軸的作用力大小相等方向相反，理論上泵的軸向推力趨于平衡，使推力軸承負荷減輕，延長軸承使用壽命，提高泵的運行可靠性。

潛水式電動機采用的是充水式三相異步，泵機聯結套將電機的主軸和潛水泵的主軸相連。電動機的功率不同，內部設置的散熱系統也不同，冷卻水的循環流動不間斷，可以冷卻電動機內部。安裝使用電泵時，會裝一個筒罩（吸罩）在電動機外殼的外邊，電泵運行時，泵的吸水從電動機外殼和統之間流過，將電動機外殼的熱量吸走，達到冷卻電動機外部的目的。

上下泵體的對旋特性在大功率潛水泵運行的時候結合電機內外水流的對沖散熱特性，對整套系統安全可靠的優良性能起決定作用，該設備可以作為煤礦生產排水的主設備。

3 新型主排水系統的設計和布置

潛水式排水系統與傳統臥式排水系統相結合的新型排水系統的設計的關鍵是潛水電泵及臥泵的選型、管路計算及系統布置。現以內蒙古銀宏能源開發有限公司泊江海子礦井為例，介紹新型排水系統的設計和布置。

3.1 水泵的選型

1）水泵選型計算。

根據所需的水泵排水能力的要求，潛水式排水系統設計選用BQ550—688/18—1600/W—S型礦用隔爆型潛水電泵（550 m3/h，688 m），配1600/4—S型（1600 kW、1470 r/min、10 kV）礦用隔爆型潛水電動機。臥式排水系統設計選用PJ150×10型礦用多級離心泵（300 m3/h，648 m），配YB630 M1—4型（1000 kW、1480 r/min、10 kV）礦用隔爆電動機。

3.2 管路計算

新型主排水系統排水管路主要綜合考慮潛水電泵和臥泵的工況點、經濟流速等因素來合理選擇管徑、壁厚。主排水管路也必須有工作和備用管路，其中工作水管的能力應能配合工作水泵在20 h內排出礦井24 h的正常涌水量，工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在20 h內排出礦井24 h的最大涌水量。但在水文地質條件復雜的礦井，建議一泵一管以便應對突發情況。輔助排水離心泵的排水管路可以與主排水管路共用，以達到減少管材并能應對復雜水況的目的。

吸水管直徑：d=D+0.25（m）。

排水管選擇Φ325×14型熱軋無縫鋼管，吸水管選擇Φ351×8型熱軋無縫鋼管。

經過以上計算，選用BQ550—688/18—1600/W—S型礦用隔爆型潛水電泵3臺作為主排水設備，全部在地面集中控制，主排水管路選用三趟DN300的管路。正常涌水時1臺工作，1臺備用，1臺檢修，最大涌水時2臺水泵工作，當礦井發生突水危險時，3臺水泵同時工作。并選用PJ150×10型礦用多級離心泵2臺作為輔助排水設備，在枯水期或礦井涌水量較小時使用，輔助排水管路共用三趟主排水管路，正常及最大涌水時均為2臺工作同時。

3.3 潛水泵的布置方式

根據礦井現場的不同條件，大型潛水泵在安裝方式上可有立式、臥式和傾斜式三種形式。

（1）潛水泵的立式安裝。其設計特點具有運轉可靠、使用壽命長等優勢，但其井巷工程量大。排高超過600 m，流量超過300 m3/h的潛水泵長度約在8 m左右，再加上潛水電機的長度，總體長度會超過10 m以上，從而給安裝施工帶來了很多不便。

（2）潛水泵的臥式安裝。這種方式的優點是可以減少大量的井巷工程，但由于由于泵的上下級流體壓力不同、磨損、泄露等問題，其兩端的軸向力肯定存在差異，這就使其長軸長時間受力撓度變形，導致潛水電泵壽命大大降低。故當選用潛水電泵的功率較大時，建議采用立式安裝方式，若采用臥式安裝方式，應采取一定安裝措施如在泵底座增加支撐梁，減少其撓度變形。

（3）潛水泵的傾斜安裝。傾斜安裝方式和水平安裝方式的工程量基本相當。把泵座傾斜的固定在吸水斜井內，傾斜角度可視現場具體情況而定，傾斜角度越大，越有利于泵細長軸的受力，減小對其變形的影響，從而延長泵的壽命。

總之，應根據礦井現場具體情況來選擇潛水泵的安裝方式，并且潛水泵的上吸水口高度不應高于臥泵泵房的地板標高，以防止臥泵排水系統進水失效，而達不到預定目的；若在一個吸水井內安放多臺潛水電泵，為防止各個潛水泵吸水口互相干擾，應使各臺泵的吸水口在空間上保持一定的距離。

4 結論

如果礦井所處位置水文地質條件復雜或者有突水淹井的危險，將井下主排水系統和潛水式排水系統或者傳統臥式排水系統兩者的優勢相結合，利用合理選擇水泵和管路，減少礦井枯水期的不必要消耗，同時國家財產也能有效地避免較大損失。

參考文獻

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