北嶺礦強排水供配電及管路系統優化

摘 要：隨著煤礦的發展，國家對安全的要求也越來越高。強排水系統被應用在新建和技改礦中。北嶺礦為技改礦井，其設計委托太原設計院完成。在審查該項初步設計的過程中，認為太原設計研究院出具的設計在供配電及管路的配置上均留有較大裕量，不僅增大了投資，現場也無實際必要。因此，經科學計算，對其予以優化，根據實際需要予以配置，既滿足了實際需求，也大筆節省了投資。

關鍵詞：強排水；優化；設計；供配電；管路

北嶺礦為技改礦井，技改完成后批復的生產能力為90萬噸/年，較原生產能力15萬噸/年（原證載能力）增加75萬噸/年。北嶺礦技改的設計工作由太原設計研究院依據《煤礦安全規程》及相關設計規范進行。為加強礦井的防治水管理，在井下主排水系統附近設置強排系統，以滿足礦井突發水害時強制排水之用。

為充分貫徹、秉承設計的指導思想，節省投資，本文對太原計研究院提供的強制排水系統的原始設計（含供配電系統、管路系統）進行了進一步的優化，縮小了供電電纜的截面積，取消了軟啟動裝置，優化了強排水系統管路，并得到設計院認可，滿足排水要求，做到了系統簡單、可靠性高，投資大幅減少。

1 太原設計研究院的原始設計

1.1 設計依據

任何礦井都有突發水可能。根據測算，北嶺礦突發水量按800m3/h考慮。強排水泵房與礦井主排水泵房合建，排水管路布置同主排水管路一致。主斜井井口標高+1275.5m，潛水泵安裝位置標高+1136m，排水垂高140m，排水管路長度2000m。

1.2 設備選擇

根據突發排水量的要求，設計選擇BQ550-230/6-560W-S礦用潛水電泵兩臺，配套10kV，560kW電動機。礦用潛水泵技術參數：額定流量Q=550m3/h，揚程H=230m，級數6級，泵額定效率η=80%，配套電機功率560kW，電壓等級10kV，額定電流：Ie=41.35A。實際運行工況點：Q=620m3/h，H=206m，η=78%。兩臺泵全部工作小時排水量：1240m3/h>800m3/h。滿足要求。

供配電系統：潛水泵電源由礦井地面35/10kV變電所提供，采用MYJV22-8.7/10 3*70型電纜，長度：2000m，兩路，符合煤礦井下使用要求。在地面設置軟啟動裝置，采用10kV開關柜+軟啟動柜+強排水泵方式，使得強排水泵電機在軟啟動方式下啟動，以滿足啟動需求。下井電纜沿主斜井井筒敷設，水泵起停由地面變電所控制。

管路系統：沿4號煤東回風大巷、管道斜井井筒敷設？準325×8無縫鋼管兩趟，遇有突發水情況時，兩臺泵兩趟管路全部投入工作。

2 對太原設計研究院的原始設計所存在的疑問

（1）設計院所選擇MYJV22-8.7/10 3*70型電纜，其長期允許載流量為215A，遠大于強排水泵電機的額定電流41.35A。雖然線路長度較長，但如選擇截面積較小的電纜MYJV22-8.7/10 3*50型，其長期允許載流量為185A，亦遠大于強排水泵電機的額定電流41.35A，經計算如果電壓降不超標，滿足啟動要求，則可以使用。使用MYJV22-8.7/10 3*50電纜方案即可節省大筆電纜投資，亦可省去軟啟動柜，經濟效益明顯。綜上所述，有必要在經過科學計算的基礎上，進行相關優化。

（2）強排水管路原設計為“沿4號煤東膠帶大巷、主斜井井筒敷設？準325×8無縫鋼管兩趟”。因國家對礦井強排水管路系統并無“一臺水泵必須配置一趟管路”的強制性要求，同時考慮到水文地質情況，并結合實際涌水量，同時加大礦井防治水管理力度，是否可以采用一趟？準325×8強排水管路，以節省材料及安裝費用，減少投資。

3 對強排水系統供配電及管路的優化過程

3.1 強排水潛水電泵正常運行電壓損失及直接啟動壓降計算

（1）電機參數：泵型號：BQ550-230/6-560W-S

額定功率：P=560kW，額定電壓：Ue=10kV

額定電流：Ie=41.35A，功率因數：cosΦ=0.85

啟動電流：6.0Ie，μqm=0.6（μqm為電動機啟動轉矩相對值，即啟動轉矩與額定轉矩的比值）

（2）原設計線路參數：設計研究院選擇的電纜型號為MYJV22-8.7/10 3*70，長度：2000M，兩路。參數如下：

電阻：R'=0.306Ω/km，電抗：X'=0.08Ω/km

（3）擬選用MYJV22-8.7/10 3*50型電纜，長度：2000M，兩路。參數如下：

電阻：R=0.387Ω/km，電抗：X=0.107Ω/km

電網參數選擇：35/10變電站10kV母線段短路容量：64.27MVA。

（4）計算過程

選擇MYJV22-8.7/10 3*50型電纜，長度以2000m計，則：

啟動壓降（直接啟動時）：35/10變電站10kV母線段電壓相對值Uqm1=93.5%

啟動時電動機端電壓相對值：Uqm2=93.1%

因此，可以得出結論，在使用MYJV22-8.7/10 3*50型號電纜，在長度為2000m的情況下，可以直接啟動額定功率560kW、額定電壓10kV的BQ550-230/6-560W-S強排潛水電泵電機。無需配置軟啟動柜。

3.2 強排水管路計算

按？準325×8管路內徑？準317，敷設一趟水管，并根據排水量公式Q=d2×3600πVc/4（其中Q：排水量m3/h；d：排水管內徑m；Vc：經濟流速，取3.0m/s）計算：

Q=d2×3600πVc/4=0.3172×3600×3.1415926×3.0/4=852.4（m3/h）

所以，敷設一路？準325×8強排水管路即可滿足礦井突發水量800m3/h的強排水要求。

4 結束語

（1）太原設計院給出的某礦強排水供配電系統原設計中所選供電電纜為MYJV22-8.7/10 3*70型，且又配置了軟啟動裝置。經計算，MYJV22-8.7/10 3*70型電纜裕量過大，選用MYJV22-8.7/10 3*50型即可，且無需配置軟啟動裝置。最后選型：某礦強排水供配電系統選用MYJV22-8.7/10 3*50型供電電纜，采用地面35/10kV變電站10kV系統中高壓柜直接控制，不用軟啟動裝置，直接啟動，滿足要求。

（2）設計院給出的北嶺礦強排水供配電系統，原設計中強排水管路采用兩趟？準325×8管路。經計算，在礦井突發水量為800m3/h的情況下，用一趟？準325×8管路，在兩臺強排水泵出口處安裝單向閥門，然后予以連接、合并，防止水彼此倒流，可滿足突發異常情況下的排水要求，可節省大筆材料及安裝費用。

（3）在尊重有資質設計單位設計的同時，作為業主方，我們一定要根據實際情況，不盲從設計，獨立思考，提出自己的見解，做到系統優化、維護方便簡單、節省投資。

參考文獻

[1]太原設計研究院.北嶺礦礦井兼并重組整合項目初步設計說明書[Z].

[2]煤礦電工手冊[M].煤炭工業出版社.

[3]劉正峰.水文地質手冊[M].煤炭工業出版社.

作者簡介：王賡（1988-），山西省陽高縣人，2011年畢業于內蒙古科技大學機械設計制造及其自動化專業，助理工程師，現為北嶺煤業職工。