碾子溝煤礦井下主排水設(shè)備方案的確定

席海濤

摘 要：礦井主排水設(shè)備裝機(jī)功率大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，電能消耗多。合理選擇主排水設(shè)備，對(duì)降低項(xiàng)目初期投資，減少后期運(yùn)行費(fèi)用，保障礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。該文結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)例，通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理確定主排水設(shè)備方案。

關(guān)鍵詞：主排水 耐磨 離心泵 自平衡 涌水量 設(shè)備選型 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

中圖分類號(hào)：TD262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）07（c）-0092-02

主排水設(shè)備屬礦井大型設(shè)備之一，主要擔(dān)負(fù)礦井排水任務(wù)，裝機(jī)功率大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，電能消耗多。合理的主排水設(shè)備選型，對(duì)降低項(xiàng)目初期投資，減少后期運(yùn)行費(fèi)用，保障礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

1 項(xiàng)目概況

碾子溝煤礦位于陜西省咸陽(yáng)市永壽縣永平鄉(xiāng)碾子溝村，由華漢集團(tuán)公司和國(guó)電集團(tuán)共同出資開(kāi)發(fā)建設(shè)，資源整合生產(chǎn)能力0.9 Mt/a，服務(wù)年限25.5 a。井田采用主、副斜井+回風(fēng)立井開(kāi)拓方式，井下布置1個(gè)綜采工作面、2個(gè)綜掘工作面和1個(gè)普掘工作面。

2 總體方案

碾子溝煤礦井下采用一級(jí)排水系統(tǒng)，在副斜井井底車場(chǎng)附近設(shè)有主水倉(cāng)及主排水泵房，工作面涌水自流或經(jīng)小水泵排至中央輔助運(yùn)輸大巷水溝后，自流至主水倉(cāng)。主排水管路沿副斜井井筒敷設(shè)，將井下涌水排至地面井下水處理站，處理后進(jìn)行綜合利用。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)

碾子溝煤礦屬瓦斯礦井。正常涌水量100 m?/h，持續(xù)天數(shù)305 d，最大涌水量130 m?/h，持續(xù)天數(shù)60 d。副斜井井口標(biāo)高+1100.2 m，井下水處理站標(biāo)高+1108.5 m，主排水泵房標(biāo)高+805.5 m，最大排水垂高308 m（含吸水高度，按5 m計(jì)入）。主排水管路沿副斜井井筒敷設(shè)，安裝傾角16.5 °，排水距離約1200 m。礦井水pH值7.2，密度約1020 kg/m?。

4 排水設(shè)備方案

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井井下排水設(shè)備應(yīng)當(dāng)滿足礦井排水的要求。除正在檢修的水泵外，應(yīng)當(dāng)有工作水泵和備用水泵。工作水泵的能力，應(yīng)當(dāng)能在20 h內(nèi)排出礦井24 h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)當(dāng)不小于工作水泵能力的70%。檢修水泵的能力，應(yīng)當(dāng)不小于工作水泵能力的25%。工作和備用水泵的總能力，應(yīng)當(dāng)能在20 h內(nèi)排出礦井24 h的最大涌水量。

式中：H——水泵揚(yáng)程，單位：m；HC——最大排水垂高，308 m；α——排水干管敷設(shè)傾角，16.5 °。

根據(jù)計(jì)算所需的水泵排水能力及排水垂高（詳細(xì)設(shè)備選型計(jì)算從略），設(shè)計(jì)考慮了兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案一選用3臺(tái)MD155-67×5型耐磨多級(jí)離心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6無(wú)縫鋼管）。MD型耐磨多級(jí)離心泵是在原D型泵基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，泵的首級(jí)葉輪、進(jìn)水段及主要過(guò)流部件均采用耐磨材料，抗氣蝕性能和耐磨性能得到了較大的提高，可保證泵在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)高效運(yùn)行，有效地延長(zhǎng)了泵的使用壽命，可輸送固體顆粒含量≤1.5%，粒度≤0.5 mm，溫度80 ℃以下的礦井水及類似的其他污水。缺點(diǎn)是MD型耐磨多級(jí)離心泵采用傳統(tǒng)的平衡孔、平衡盤、平衡鼓等軸向力平衡裝置，依靠泄漏產(chǎn)生的壓降平衡軸向力，泄漏一般為泵額定流量的3%～15%；平衡裝置磨損后會(huì)導(dǎo)致泵轉(zhuǎn)子部件前移，出現(xiàn)效率明顯下降；平衡裝置故障情況下，可能導(dǎo)致水泵轉(zhuǎn)子發(fā)生嚴(yán)重?fù)p害。

方案二選用3臺(tái)MD200-50×7（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵，2趟DN200排水管路（φ219×6無(wú)縫鋼管）。MD（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵是結(jié)合MD型耐磨多級(jí)離心泵成熟設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，研究開(kāi)發(fā)的新型高效、節(jié)能產(chǎn)品，具有高效區(qū)寬、性能范圍廣、汽蝕性能好、運(yùn)轉(zhuǎn)安全平穩(wěn)、噪音低、易損件少、使用壽命長(zhǎng)、檢修維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。MD（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵取消軸向力平衡裝置，通過(guò)葉輪對(duì)稱布置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡軸向力，使軸向力載荷對(duì)泵的磨損和對(duì)系統(tǒng)干擾的不利影響降到最??；殘余軸向力由推力軸承承受，使泵軸始終處于受拉狀態(tài)，軸的受力狀態(tài)均勻，應(yīng)力峰值較原型結(jié)構(gòu)大大降低，從而提高了泵轉(zhuǎn)子的剛性和臨界轉(zhuǎn)速，使泵轉(zhuǎn)子運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性顯著提高，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)普通泵的3倍以上；泵體主要過(guò)流部件采用耐磨材料，抗氣蝕性能和耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，價(jià)格較高，設(shè)備初期投資較大。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一、方案二排水能力均可滿足本礦井排水要求，在技術(shù)性能、檢修維護(hù)、設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面各具優(yōu)缺點(diǎn)，表1為主排水設(shè)備選型方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表。通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，方案二采用MD（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵雖然設(shè)備投資高，但具有效率高，年運(yùn)行費(fèi)用少；無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，檢修工作量?。晃叨雀?，水倉(cāng)有效利用率高，礦建工程量??；排水能力大，安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，綜合性價(jià)比優(yōu)于方案一，因此設(shè)計(jì)采用方案二。

6 結(jié)語(yǔ)

MD（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵葉輪對(duì)稱布置，取消了平衡盤機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)平衡功能，徹底解決因平衡裝置失效而導(dǎo)致平衡盤（座）的磨損或轉(zhuǎn)子咬死等故障，大大延長(zhǎng)泵的使用壽命，可靠性高，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，效率高，節(jié)能效果好。本項(xiàng)目而言，MD（P）型自平衡耐磨多級(jí)離心泵降低礦建投資，減少設(shè)備維護(hù)工作量，對(duì)礦井主排水系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、管理、維護(hù)具有一定參考價(jià)值。

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