礦井排水泵選型優化設計

張秋霞 趙傳奇

【摘 要】煤礦井下開拓掘進巷道、采煤工作面回采時會出現淋水或涌水，如果不及時采取合理的排水措施，將對煤礦安全生產帶來威脅。由于礦井每個出水點水量不同，因此所選的排水泵的類型也有所不同。通常采用實驗法、計算法，效率低下、計算煩瑣。針對此狀況，根據文獻法、實驗法、對比法設計出符合煤礦生產實際所需的排水泵優化選型系統。設計好程序和軟件后，將煩瑣的計算轉化成簡單的參數輸入，最后進行優化，操作方便明了，計算選型快速準確。使用該系統可完成井下各個排水點泵體的快速選型，大大提高煤礦設備使用率和排水效率。

【關鍵詞】煤礦;排水泵;選型;優化設計

【中圖分類號】TD744 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0037-02

0 前言

煤礦井下開拓掘進巷道、采煤工作面回采時靠近含水層、水斷層、老空積水區、陷落柱與敞開隔離煤柱時會出現大量涌水，不僅影響井下生產和人身安全，而且會對井下的機械設備、設施產生較強的腐蝕作用，大大縮短設備的使用壽命。因此，煤礦井下排水設備在整個煤礦開采系統中具有舉足輕重的作用。由于礦井每個出水點水量不同，因此所選的排水泵的類型也有所不同。通常采取經驗法選擇，易導致排水泵流量和揚長不符合要求。選型過小會導致水泵水壓不足，造成巷道或泵窩內水不能及時排除;過大會浪費耗電量，導致成本增加。因此，排水泵的選型對于井下生產非常重要。針對這一突出狀況，根據文獻法、實驗法設計并編制出符合煤礦生產實際的排水泵Excel輔助優化選型系統。本設計以新莊煤礦26051風巷排水地點為例，使用Excel軟件建立數據庫，對排水泵選型進行編程優化設計，實用性很強，可供其他排水點借鑒。

1 26051風巷排水點簡介

神火集團新莊煤礦26051風巷：正常的涌水量為60 m3/h，最大涌水量為90 m3/h。《煤礦安全規程》第82條規定，如果超過50 m3/h時的預計涌水量，那么臨時水倉的容積必須超過8 h的正常涌水量，而且要求水倉容積的設計能力不能小于480 m3[1]。該水倉實際容積為500 m3，能滿足正常涌水量要求;水倉至排水點垂直高度為35 m，目前排水距離為460 m。

2 排水管路選型

26051風巷單臺潛水泵的流量不得小于72 m3/h，管內流體流量為72 m3/h，考慮管路損耗結合現場實際排水能力，選擇DN150管路最為適宜，該管路最大流速V≈2.45 m/s，最大流量為43 L/s（154.8 m3/h）。

3 排水泵流量計算

《煤礦安全規程》第82條規定，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內完成，且備用排水泵的排水能力應大于且等于正在工作的排水泵排水能力的70%[1]，即

工作水泵與備用水泵的總能力，能在20 h內排完24 h的最大涌水量，即

式中，qz為正常的涌水量，qmax為最大的涌水量，QB為工作水泵需要的排水能力，QBmax為工作泵與備用泵所需要的排水能力總和[2]。26051風巷QB=1.2×60 m3/h=72 m3/h。

因此，26051風巷設計兩臺同等能力的排水泵（一用一備）。所選單臺潛水泵的流量不得小于72 m3/h，能滿足《煤礦安全規程》第82條對工作泵和備用泵的要求。

4 排水泵揚程計算

4.1 彎管、閘閥、逆止閥、底閥損耗計算

巷道共設計n1個彎管，n2個全開閘閥，n3個逆止閥，n4個底閥。彎管、全開閘閥、逆止閥折、底閥按照合成直管后計算[2]。管路的內徑為D，根據表1得，每個閥及彎管折合長度如下。？譹？訛n1個彎管折合成25倍直徑：L1=25×D×n1。？譺？訛n2個全開閘閥折合15倍直徑：L2=15×D×n2。？譻？訛n3個逆止閥折合成100倍直徑：L3=100×D×n3。？譼？訛n4個底閥折合成100倍直徑：L4=100×D×1。L總1=L1+L2+L3+L4。

在新莊煤礦26051風巷中共設計2個彎管、1個全開閘閥、1個逆止閥和1個底閥。查表1得出需采用的管路內徑為DN150，彎管、全開閘閥、逆止閥折合成直管計算。? 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總1=7.5+2.3+15+15=39.8 m≈40 m。

4.2 管路揚程損耗確定

管路內徑為DN150，管內流體流量為72 m3/h，轉換為20 L/s，查表揚程損失為HV=1.1 m/100 m（每100 m管長損失1.1 m），見表2。

26051風巷敷設管路長度為460 m，各類彎管、閘閥、逆止閥、底閥損耗總損耗計算結果為40 m，管路總長度折合為460+40=500 m，DN150排水管路100 m損耗為1.1 m，折合成垂直高度（損失揚程）≈5.5 m。

4.3 排水泵總揚程計算

總揚程計算公式如下：

上式中，Ha為實際吸水揚程，HL為損失揚程。Hc為垂直標高。

故H=3（吸水揚程）+5.5（損失揚程）+35（排水揚程）=43.5 m。選型揚程=1.1H=1.1×43.5 m=47.85 m。

5 排水泵選型優化設計

把上面的計算公式在Excel軟件中進行編程定義，然后在Excel設計軟件中輸入管徑、閘閥、逆止閥、彎管、管路長度、百米損耗數值、巷道排水垂直高度、流量等參數。將所有的數據和參數利用一系列函數關系，最終快速、準確地計算出排水泵的實際揚程（2 min可計算出結果）。同時，可根據流量校驗并選定管路。新莊礦井排水泵的選型優化設計見表3。

經優化設計，26051風巷排水管路根據排水泵流量和揚程參數，選用2臺（1備1用）BQS120-50-30型排水泵（流量為120 m3/h，揚程為50 h，功率為30 kW）即能滿足該排水點的需要。

6 結語

排水泵選型時，不能盲目選擇，只有經過計算、繪制特性曲線、選取最佳工況點并進行合理分析各要素后，才能達到節能效果，計算較多[3]。本項目研究設計的礦用排水泵Excel輔助優化選型系統，根據煤礦實際情況，將煩瑣的計算公式轉化成簡單的參數輸入形式。解決礦井排水泵及管路選型計算繁、慢、存在誤差等問題，杜絕選型過程出現流量、揚程、管路等不符合現場使用要求。在煤礦企業，它是一種優化設計系統，適用于礦井所有排水點，具有可推廣性。

參 考 文 獻

[1]國家煤礦安全監察局，國家安全生產監督管理總局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2016：19.

[2]張榮立，何國緯，李鋒.采礦工程設計手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2005：2305-2307.

[3]孔繁德.礦井排水泵特性分析及選型計算[J].煤炭技術，2010，29（2）：10-11.