孔莊煤礦深井排水系統(tǒng)研究及應(yīng)用

陳晴晴

摘 要：通過(guò)對(duì)排水設(shè)備的選型，水錘沖擊力的研究，采取了綜合防護(hù)措施，解決了千米立井排水的關(guān)鍵技術(shù)難題，合理確定孔莊煤礦千米深井排水系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：深井排水系統(tǒng);設(shè)備選型;水錘沖擊;防范措施

孔莊煤礦新建礦井為混合立井，井底水平標(biāo)高-1015米，井下主排水泵房布置在井底車(chē)場(chǎng)，兩趟排水管路沿混合井井筒敷設(shè)至地面，排水高度1050米。由于是千米以上深井開(kāi)采，為保證井下安全生產(chǎn)，對(duì)排水系統(tǒng)可靠性、安全性提出更高要求。因此本文對(duì)深井排水系統(tǒng)設(shè)備選型、排水方式選擇、啟動(dòng)方式、水錘解決方法進(jìn)行研究。

1 排水設(shè)備選型

1.1 水泵和電動(dòng)機(jī)的選型

孔莊煤礦正常涌水量超過(guò)300m3/h，并且排水高度超過(guò)1050米，排水泵的選型是關(guān)鍵。

方案一選用PJ200×12型礦用耐磨泵。首級(jí)葉輪采用雙吸結(jié)構(gòu)，有利于提升水泵吸水高度，同時(shí)水泵揚(yáng)程高，流量大，適應(yīng)性強(qiáng)。系列中12級(jí)泵，即：MD420-96*12泵，額定流量420m3/H，揚(yáng)程1100m滿(mǎn)足孔莊煤礦的排水垂高要求。

方案二是在原D型泵基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。特點(diǎn)水泵設(shè)計(jì)精度高，揚(yáng)程高，各部件配合間隙小，水力損失小。但該型泵要求電動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速，達(dá)到3000r/min，且要配備潤(rùn)滑系統(tǒng)，管理難度大。該方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備初期投資稍低，缺點(diǎn)是水泵運(yùn)行效率較低;年運(yùn)行電費(fèi)及噸水電耗較高。

經(jīng)綜合比較后，決定采用方案一。即選用PJ200×12（即MD420-96*12）型耐磨多級(jí)離心泵，配型南陽(yáng)防爆電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的礦用隔爆異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)YBXn560-4，功率2240kW。

1.2 排水方式的選擇

煤礦井下排水有接力排水和直接排水兩種方式：

接力排水——該種方式對(duì)設(shè)備性能要求小，設(shè)備選擇多。但需要布置兩個(gè)排水泵房，不僅系統(tǒng)復(fù)雜，而且排水效率低，噸水成本高，初期投入高。

直接排水——該種方式系統(tǒng)簡(jiǎn)單，管理難度小，排水效率高，噸水成本低。但對(duì)排水設(shè)備性能要求高，設(shè)備選型余地小，同時(shí)要有防水力沖擊措施，保證設(shè)備運(yùn)行安全。

由于混合井井筒較深，若采用分段排水，需要解決供電，硐室布置，增加水平和水倉(cāng)，人員上下、井筒電纜的敷設(shè)等問(wèn)題，分段排水礦建工程投資增加500萬(wàn)元。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，孔莊煤礦新建混合立井采用直接排水方式比較合適。

1.3 排水泵的工況點(diǎn)計(jì)算

管路特性曲線(xiàn)方程：

新管 H=Ht+R1Q2=1066.5+0.000259Q2

舊管 H=Ht+R2Q2=1066.5+0.000441Q2

式中：R1、R2—管路阻力，經(jīng)結(jié)合排水系統(tǒng)的管路附件數(shù)量、直管段長(zhǎng)度等因素計(jì)算后：

新管時(shí)R1=0.000259，舊管時(shí)R2=0.000441。

水泵工況點(diǎn)參數(shù)：

新管：流量435.1m3/h、揚(yáng)程1115.6m、效率76.5%、軸功率1779.8kW、最大吸水高度5.58m。

舊管：流量404m3/h、揚(yáng)程1138.5m、效率74.9%、軸功率1722.2kW、最大吸水高度5.1m。

正常涌水時(shí)1臺(tái)水泵工作，1臺(tái)備用，1臺(tái)檢修;最大涌水時(shí)二臺(tái)水泵同時(shí)工作，1臺(tái)備用。

新管，正常涌水時(shí)排水時(shí)間18h，符合要求，最大涌水時(shí)排水時(shí)間10h，符合要求。

舊管，正常涌水時(shí)排水時(shí)間19h，符合要求，最大涌水時(shí)排水時(shí)間為11h，符合要求。

1.4 排水管路趟數(shù)、規(guī)格及其它

泵房及井筒內(nèi)排水管路選用無(wú)縫鋼管二趟，型號(hào)為Ф325×22。正常工作時(shí)管路為一趟工作，一趟備用，最大涌水時(shí)二趟管路同時(shí)工作。在水泵出口安裝電控閘閥及逆止閥，遠(yuǎn)程操控。

1.5 水泵啟動(dòng)及啟動(dòng)設(shè)備選型

采用水泵直接啟動(dòng)方式時(shí)，啟動(dòng)電流一般為5～7倍額定電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。過(guò)大的啟動(dòng)電流會(huì)造成變電所母線(xiàn)壓降過(guò)大，影響變電所其他設(shè)備的正常運(yùn)行。選用了套1拖2的軟啟動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備保護(hù)功能齊全，可有效降低啟動(dòng)電流。軟啟動(dòng)設(shè)備投入運(yùn)行以后，水泵啟動(dòng)時(shí)，可有效降低啟動(dòng)電流，提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而保證了其他設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 水錘沖擊的解決辦法

產(chǎn)生水錘沖擊的原因有：①閥門(mén)開(kāi)啟或者關(guān)閉時(shí)水力沖擊;②水泵啟動(dòng)或者停止時(shí)水力沖擊;③發(fā)生事故，水泵突然停止運(yùn)行水力沖擊。前兩種情況是在操作過(guò)程中，管路內(nèi)水流發(fā)生急劇變化產(chǎn)生的水力沖擊，有效的解決方法是在控制程序內(nèi)設(shè)置好閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)間，避免水流急劇變化。通過(guò)降低管路中的水流速度可以減少水力沖擊壓力，孔莊煤礦排水管內(nèi)正常流速為2.2～2.3m/s。為減少水錘沖擊，可采取以下防護(hù)措施：①水管管壁適當(dāng)加厚，逆止閥選用16MPa等級(jí);②井筒排水管托管梁考慮水錘沖擊壓力。

3 防護(hù)措施

1）延長(zhǎng)水泵閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間;

2）停泵時(shí)，待出水閥門(mén)完全關(guān)閉后，再停泵;

3）水泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)在水泵出口壓力達(dá)到10MPa以后，再慢慢開(kāi)啟水泵出水口閥門(mén)。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行狀況分析和水泵、電機(jī)的日常維護(hù)分析，排水系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，未出現(xiàn)排水管漏水，水泵噪音大，震動(dòng)大的情況，系統(tǒng)各參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，并且排水系統(tǒng)一次試水成功，確保新建礦井的正常生產(chǎn)，也對(duì)全國(guó)千米深井排水系統(tǒng)具有可靠的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]《泵類(lèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.泵類(lèi)設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

[2]徐澤植.常用供配電設(shè)備選型手冊(cè)[K].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[3]顧永輝.煤礦電工手冊(cè)（第二分冊(cè)）礦井供電（上）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1997.