礦用潛水電泵在煤礦主排水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘 要：本文主要針對(duì)現(xiàn)有排水系統(tǒng)所存在的弊端，提出對(duì)于水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜或存在突水淹井危險(xiǎn)可能的礦井，要采用潛水式排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)臥式排水系統(tǒng)相結(jié)合的方式來(lái)全面提高礦井的抗水災(zāi)害能力。

關(guān)鍵詞：大型礦用潛水電泵 新型排水系統(tǒng) 布置

中圖分類(lèi)號(hào)：TD744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0126-01

礦井透水災(zāi)難具有危害面較大、影響時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，其已成為影響礦山安全生產(chǎn)的重大關(guān)鍵問(wèn)題。一般在對(duì)礦井水災(zāi)害的防治和救治時(shí)，傳統(tǒng)的臥泵排水模式抗災(zāi)能力較差，并且當(dāng)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜或存在突水淹井危險(xiǎn)的礦井時(shí)，就必須引入大型礦用潛水電泵作為潛水式主排水系統(tǒng)，從而全面提高礦井的抗水災(zāi)害能力。

1 煤礦現(xiàn)有主排水系統(tǒng)弊端

我國(guó)礦山目前使用最普遍的排水系統(tǒng)，其基本方式就是設(shè)置臥泵、防爆電機(jī)、電液控閘閥、開(kāi)關(guān)柜、PLC電控柜、敷設(shè)電纜和管路等排水設(shè)備在井底泵房?jī)?nèi)。現(xiàn)有的基于該方式的排水系統(tǒng)存在一系列的弊病。

（1）系統(tǒng)效能因?yàn)榕P泵氣濁現(xiàn)象的限制而不能被全部利用。離心泵安裝的實(shí)際高度會(huì)因?yàn)槭鼙闷麧岈F(xiàn)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(cāng)的開(kāi)拓工程量和布置井下巷道的難度增加。（2）降低抗水災(zāi)能力。具有防爆性的電機(jī)、開(kāi)關(guān)柜和電控柜并不具有防水性，如果誰(shuí)侵入，會(huì)因?yàn)殡姎庀到y(tǒng)損壞而引起斷電。如果礦井發(fā)生突水事故，瞬間的涌水量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦井排水系統(tǒng)的最大排水能力，井底泵房會(huì)因此被淹沒(méi)，排水系統(tǒng)癱瘓，淹井事故發(fā)生。（3）復(fù)礦困難。只有利用外部設(shè)備才能在水災(zāi)過(guò)后將礦井水位恢復(fù)到安全水位下，然后恢復(fù)排水系統(tǒng)的工作。

2 潛水電泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

潛水泵和潛水電機(jī)組成了潛水電泵的主體。其中潛水電動(dòng)機(jī)裝在泵的下面，泵與電動(dòng)機(jī)用剛性聯(lián)軸器連接。

潛水泵的泵體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式的泵，葉輪均為上、下兩組對(duì)稱(chēng)分布，即兩組葉輪背靠背布置，并且上下各有一個(gè)吸水口。水泵工作時(shí)，上泵對(duì)軸的作用力與下泵對(duì)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(fù)荷減輕，延長(zhǎng)軸承使用壽命，提高泵的運(yùn)行可靠性。

潛水式電動(dòng)機(jī)采用的是充水式三相異步，泵機(jī)聯(lián)結(jié)套將電機(jī)的主軸和潛水泵的主軸相連。電動(dòng)機(jī)的功率不同，內(nèi)部設(shè)置的散熱系統(tǒng)也不同，冷卻水的循環(huán)流動(dòng)不間斷，可以冷卻電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。安裝使用電泵時(shí)，會(huì)裝一個(gè)筒罩（吸罩）在電動(dòng)機(jī)外殼的外邊，電泵運(yùn)行時(shí)，泵的吸水從電動(dòng)機(jī)外殼和統(tǒng)之間流過(guò)，將電動(dòng)機(jī)外殼的熱量吸走，達(dá)到冷卻電動(dòng)機(jī)外部的目的。

上下泵體的對(duì)旋特性在大功率潛水泵運(yùn)行的時(shí)候結(jié)合電機(jī)內(nèi)外水流的對(duì)沖散熱特性，對(duì)整套系統(tǒng)安全可靠的優(yōu)良性能起決定作用，該設(shè)備可以作為煤礦生產(chǎn)排水的主設(shè)備。

3 新型主排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置

潛水式排水系統(tǒng)與傳統(tǒng)臥式排水系統(tǒng)相結(jié)合的新型排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是潛水電泵及臥泵的選型、管路計(jì)算及系統(tǒng)布置。現(xiàn)以?xún)?nèi)蒙古銀宏能源開(kāi)發(fā)有限公司泊江海子礦井為例，介紹新型排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置。

3.1 水泵的選型

1）水泵選型計(jì)算。

根據(jù)所需的水泵排水能力的要求，潛水式排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)。臥式排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用PJ150×10型礦用多級(jí)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(dòng)機(jī)。

3.2 管路計(jì)算

新型主排水系統(tǒng)排水管路主要綜合考慮潛水電泵和臥泵的工況點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)流速等因素來(lái)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(yīng)能配合工作水泵在20 h內(nèi)排出礦井24 h的正常涌水量，工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20 h內(nèi)排出礦井24 h的最大涌水量。但在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，建議一泵一管以便應(yīng)對(duì)突發(fā)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(dá)到減少管材并能應(yīng)對(duì)復(fù)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(wú)縫鋼管，吸水管選擇Φ351×8型熱軋無(wú)縫鋼管。

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，選用BQ550—688/18—1600/W—S型礦用隔爆型潛水電泵3臺(tái)作為主排水設(shè)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(shí)1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修，最大涌水時(shí)2臺(tái)水泵工作，當(dāng)?shù)V井發(fā)生突水危險(xiǎn)時(shí)，3臺(tái)水泵同時(shí)工作。并選用PJ150×10型礦用多級(jí)離心泵2臺(tái)作為輔助排水設(shè)備，在枯水期或礦井涌水量較小時(shí)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(shí)均為2臺(tái)工作同時(shí)。

3.3 潛水泵的布置方式

根據(jù)礦井現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)特點(diǎn)具有運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，但其井巷工程量大。排高超過(guò)600 m，流量超過(guò)300 m3/h的潛水泵長(zhǎng)度約在8 m左右，再加上潛水電機(jī)的長(zhǎng)度，總體長(zhǎng)度會(huì)超過(guò)10 m以上，從而給安裝施工帶來(lái)了很多不便。

（2）潛水泵的臥式安裝。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以減少大量的井巷工程，但由于由于泵的上下級(jí)流體壓力不同、磨損、泄露等問(wèn)題，其兩端的軸向力肯定存在差異，這就使其長(zhǎng)軸長(zhǎng)時(shí)間受力撓度變形，導(dǎo)致潛水電泵壽命大大降低。故當(dāng)選用潛水電泵的功率較大時(shí)，建議采用立式安裝方式，若采用臥式安裝方式，應(yīng)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(dāng)。把泵座傾斜的固定在吸水斜井內(nèi)，傾斜角度可視現(xiàn)場(chǎng)具體情況而定，傾斜角度越大，越有利于泵細(xì)長(zhǎng)軸的受力，減小對(duì)其變形的影響，從而延長(zhǎng)泵的壽命。

總之，應(yīng)根據(jù)礦井現(xiàn)場(chǎng)具體情況來(lái)選擇潛水泵的安裝方式，并且潛水泵的上吸水口高度不應(yīng)高于臥泵泵房的地板標(biāo)高，以防止臥泵排水系統(tǒng)進(jìn)水失效，而達(dá)不到預(yù)定目的；若在一個(gè)吸水井內(nèi)安放多臺(tái)潛水電泵，為防止各個(gè)潛水泵吸水口互相干擾，應(yīng)使各臺(tái)泵的吸水口在空間上保持一定的距離。

4 結(jié)論

如果礦井所處位置水文地質(zhì)條件復(fù)雜或者有突水淹井的危險(xiǎn)，將井下主排水系統(tǒng)和潛水式排水系統(tǒng)或者傳統(tǒng)臥式排水系統(tǒng)兩者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)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(shí)國(guó)家財(cái)產(chǎn)也能有效地避免較大損失。

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