某礦用主排水泵排水方案的設計與優化

鶴崗斯達機電設備制造有限責任公司 馬洪舉

一、我國煤礦安全生產存在的安全隱患

隨著我國煤礦事業的發展，煤礦安全事故時有發生，煤礦工作人員的人身安全受到很大威脅。我國煤礦安全生產問題主要表現在以下幾個方面。

1.我國大多數的煤礦地質條件都比較復雜，開采難度大，很容易帶來安全隱患.

2.煤礦安全管理手段落后，對于沖擊地壓、瓦斯等危險事故缺乏有效的防范措施，

3.煤礦現有的安全生產監控設備落后，安全管理科技停滯不前，無法提供有效的安全保障。

4.礦井安全生產專業人才稀缺，從業人員技能水平不足。隨著信息化的到來，煤礦開采對工作人員的技術要求也越來越高，然而大多數企業都缺少采礦方面的專業人才。

5.煤礦企業內部管理水平落后。在安全、技術、資源等管理上存在不足，給礦井的安全管理帶來了很大隱患。

本文，筆者以某礦用主排水泵為例，對礦用主排水泵存在的問題進行了探討，并其設計方案的優化設計過程進行了說明，以期對同行有所參考。

二、礦用主排水泵存在的問題

以某礦用主排水泵為例，該泵為MD155-30×8 型水泵，額定流量為155 m3/h，額定揚程為240 m，電機功率為160 kW。煤礦礦井水質一般為酸性，對井下的設備具有一定的腐蝕性，因此，要使用具有抗腐蝕性的材質作為泵的主材料。而實際上礦用主排水泵與水接觸的表面通常采用不銹鋼材質，在進、出水段則采用鑄鐵件，這會使得井下水直接腐蝕該部件，所以這種設計是不合理的。在進水段由于屬于過流部分，水的腐蝕加上汽腐蝕，會加快進水段的腐蝕速度；在中間段由于在酸性水質的復制作用下，擴大了與口環之間的縫隙，從而降低了主排水泵的排水效率，同時也增加了維修難度和成本。

在礦用主排水泵系統中抽真空系統具有重要作用。但是在主排水泵設計中，為了節省設備成本，大多數企業會減少高壓水流射泵的使用。在實際的設計當中，每臺泵都要有配套的高壓水射流泵，這樣才能夠保證系統的安全穩定運行。在系統中忽略對電動抽真空泵的設計，會導致在每次的排水和管路檢修的過程中都不能將排水系統抽成真空，影響系統的可靠性。

三、礦用主排水泵設計方案探討

若礦用主排水泵存在問題，就要立即停止使用，重新對水泵的排水揚程進行計算和驗證。該礦用主排水泵管路敷設比較復雜，而且彎頭比較多，存在很大的排水管路的阻力。雖然該礦用主排水泵的額定揚程可以滿足系統排水的要求，但考慮到其他因素的影響，將額定揚程有150 m擴增到180 m，并對系統進行了優化設計，選用的MD155-30×8 ，由8級降為6 級，水泵電機的功率也從160 kW降為132 kW。

四、優化設計的驗證

1.新排水管道中揚程損失的計算。計算公式如下：

式（1）中，a1代表速度壓頭系數，取值為1；a2代表直管阻力系數，取值為135；a3代表彎管阻力系數，取值為0.76～1.0；a4代表閘閥阻力系數，取值為0.25～0.5；a5代表逆止閥阻力系數，取值為5～14；a6代表管子焊縫阻力系數，取值為0.03；n3代表彎管數量，實際數量為10；n4代表閘閥數量，實際數量為3；n5代表逆止閥數量，實際數量為1；n6代表管子焊縫數量，實際數量為400；g代表重力系數，取10；λ代表水與管壁的阻力系數，取值為0.027；Ld代表排水管路總長度，實際長度為1 000 m；Dg代表管路公稱直徑，取0.2 m；Vd代表排水管流速。所有參數都取最大數值，將相關數據代入式（1）中，有

Haf＝ 16.62 m。

2.排水系統阻力系數R。計算公式如下：

式（2）中，Q為水泵額定排水量，將上述數據代入式（2），有R＝0.001 2，所以在該主排水泵中的排水揚程H為

根據現場實際使用的情況，將主排水泵的進出水段和中間段用不銹鋼材質替換，以確保主排水泵的排水性能。按照正常的排水量計算，每臺水泵的每天運行時間為

式（4）中，n為注排水泵的排水效率，取74%：QZ為礦井的正常涌水量，取值為67 m3/h；Qe代表水泵額定排水量，取值為155 m3/h。將上述數據代入式（4），有h＝14.02 h。所以每年可節約電能1.43×105kW·h，按照每度電0.6元計算，每年可節約9萬元，經濟效益顯著。

因此，通過對管道揚程損失和排水系統阻力系數的重新計算，就可以根據礦井生產的實際情況，選擇性的使用相應的主排水系統，在很大程度上節省了電能的消耗。

五、結論

礦用主排水系統的優化設計，不僅能夠降低大功率電機的電能消耗，還可以在很大程度上提高排水系統的性能。采用不銹鋼材質的豬排水泵，增強了設備的耐腐蝕性，提高了煤礦生產的安全系數，保障了煤礦的安全生產。