碾子溝煤礦井下主排水設備方案的確定

席海濤

摘 要：礦井主排水設備裝機功率大，運轉時間長，電能消耗多。合理選擇主排水設備，對降低項目初期投資，減少后期運行費用，保障礦井安全生產具有十分重要的意義。該文結合設計實例，通過綜合技術經濟比較，合理確定主排水設備方案。

關鍵詞：主排水 耐磨 離心泵 自平衡 涌水量 設備選型 技術經濟比較

中圖分類號：TD262 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（c）-0092-02

主排水設備屬礦井大型設備之一，主要擔負礦井排水任務，裝機功率大，運轉時間長，電能消耗多。合理的主排水設備選型，對降低項目初期投資，減少后期運行費用，保障礦井安全生產具有十分重要的意義。

1 項目概況

碾子溝煤礦位于陜西省咸陽市永壽縣永平鄉碾子溝村，由華漢集團公司和國電集團共同出資開發建設，資源整合生產能力0.9 Mt/a，服務年限25.5 a。井田采用主、副斜井+回風立井開拓方式，井下布置1個綜采工作面、2個綜掘工作面和1個普掘工作面。

2 總體方案

碾子溝煤礦井下采用一級排水系統，在副斜井井底車場附近設有主水倉及主排水泵房，工作面涌水自流或經小水泵排至中央輔助運輸大巷水溝后，自流至主水倉。主排水管路沿副斜井井筒敷設，將井下涌水排至地面井下水處理站，處理后進行綜合利用。

3 設計參數

碾子溝煤礦屬瓦斯礦井。正常涌水量100 m?/h，持續天數305 d，最大涌水量130 m?/h，持續天數60 d。副斜井井口標高+1100.2 m，井下水處理站標高+1108.5 m，主排水泵房標高+805.5 m，最大排水垂高308 m（含吸水高度，按5 m計入）。主排水管路沿副斜井井筒敷設，安裝傾角16.5 °，排水距離約1200 m。礦井水pH值7.2，密度約1020 kg/m?。

4 排水設備方案

《煤礦安全規程》規定：礦井井下排水設備應當滿足礦井排水的要求。除正在檢修的水泵外，應當有工作水泵和備用水泵。工作水泵的能力，應當能在20 h內排出礦井24 h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的能力應當不小于工作水泵能力的70%。檢修水泵的能力，應當不小于工作水泵能力的25%。工作和備用水泵的總能力，應當能在20 h內排出礦井24 h的最大涌水量。

式中：H——水泵揚程，單位：m；HC——最大排水垂高，308 m；α——排水干管敷設傾角，16.5 °。

根據計算所需的水泵排水能力及排水垂高（詳細設備選型計算從略），設計考慮了兩個方案進行技術經濟比較。

方案一選用3臺MD155-67×5型耐磨多級離心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6無縫鋼管）。MD型耐磨多級離心泵是在原D型泵基礎上改進而成，泵的首級葉輪、進水段及主要過流部件均采用耐磨材料，抗氣蝕性能和耐磨性能得到了較大的提高，可保證泵在較長的時期內高效運行，有效地延長了泵的使用壽命，可輸送固體顆粒含量≤1.5%，粒度≤0.5 mm，溫度80 ℃以下的礦井水及類似的其他污水。缺點是MD型耐磨多級離心泵采用傳統的平衡孔、平衡盤、平衡鼓等軸向力平衡裝置，依靠泄漏產生的壓降平衡軸向力，泄漏一般為泵額定流量的3%～15%；平衡裝置磨損后會導致泵轉子部件前移，出現效率明顯下降；平衡裝置故障情況下，可能導致水泵轉子發生嚴重損害。

方案二選用3臺MD200-50×7（P）型自平衡耐磨多級離心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6無縫鋼管）。MD（P）型自平衡耐磨多級離心泵是結合MD型耐磨多級離心泵成熟設計經驗，研究開發的新型高效、節能產品，具有高效區寬、性能范圍廣、汽蝕性能好、運轉安全平穩、噪音低、易損件少、使用壽命長、檢修維護工作量小等優點。MD（P）型自平衡耐磨多級離心泵取消軸向力平衡裝置，通過葉輪對稱布置實現自動平衡軸向力，使軸向力載荷對泵的磨損和對系統干擾的不利影響降到最小；殘余軸向力由推力軸承承受，使泵軸始終處于受拉狀態，軸的受力狀態均勻，應力峰值較原型結構大大降低，從而提高了泵轉子的剛性和臨界轉速，使泵轉子運行的平穩性和可靠性顯著提高，無故障運行時間可達普通泵的3倍以上；泵體主要過流部件采用耐磨材料，抗氣蝕性能和耐磨性能好，使用壽命長。缺點是國內生產廠家較少，價格較高，設備初期投資較大。

5 技術經濟比較

方案一、方案二排水能力均可滿足本礦井排水要求，在技術性能、檢修維護、設備投資、運行費用等方面各具優缺點，表1為主排水設備選型方案技術經濟比較表。通過綜合技術經濟比較，方案二采用MD（P）型自平衡耐磨多級離心泵雖然設備投資高，但具有效率高，年運行費用少；無故障運行時間長，檢修工作量小；吸水高度高，水倉有效利用率高，礦建工程量省；排水能力大，安全可靠等諸多優點，綜合性價比優于方案一，因此設計采用方案二。

6 結語

MD（P）型自平衡耐磨多級離心泵葉輪對稱布置，取消了平衡盤機構，實現了自動平衡功能，徹底解決因平衡裝置失效而導致平衡盤（座）的磨損或轉子咬死等故障，大大延長泵的使用壽命，可靠性高，平均無故障運行時間長，效率高，節能效果好。本項目而言，MD（P）型自平衡耐磨多級離心泵降低礦建投資，減少設備維護工作量，對礦井主排水系統選型、設計、管理、維護具有一定參考價值。

參考文獻

[1] 王紀申，王本林，宋庭鋒.淺談煤礦主排水設備選型設計[J].采掘機械化，2005（3）：36-38.

[2] 李井民.礦井主排水系統設計方法探討[J].科技信息，2010（18）.

[3] 李玉瑾，石寧.礦井排水工程設計及相關問題分析[J].通用機械，2010（6）.

[4] 譚漁秋.多級泵平衡裝置的維修[J].設備管理與維修，1995（6）.

[5] 雷春愛.礦井排水設備的選型設計[J].煤炭技術，2007（9）.

[6] 金鑫.鹽井一礦排水設計方案選優淺析[J].煤炭工程，2008（10）.

[7] 李順明.自平衡型耐磨多級離心泵的推廣與應用[J].礦山機械，2013（4）.endprint