摘要：矿井水灾害是当今煤矿事故的主要灾害之一，时刻威胁着井下矿工的生命安全，一旦发生，给企业、国家带来巨大损失。因此，针对矿井实际水文地质情况，建立合适的煤矿排水系统，选择与排水系统相适应的排水设备，对井下安全生产至关重要。以山西柳林王家沟煤业排水设备选型为研究背景，通过探讨，为该矿排水设备选型提供了科学合理的建议。
关键词：煤矿排水；设备选型；设计
1矿井状况
山西柳林王家沟煤矿在上组煤副立井井底附近已建有一座主排水泵房。矿井下组煤延深后，设计在下组煤大巷西端新建下组煤主排水泵房及下组煤井底水仓。由于本井田各批采煤层均分布奥灰带压区，当有隐伏构造沟通时，存在奥灰突水可能性，而且井田４、５号煤层存在大面积采空区，已探明５号煤有８处积水区，下组煤开采存在采空区突水的隐患，为保证矿井安全生产，笔者以王家沟煤矿的地质条件及开采条件为工程背景，对下组煤排水设备进行选型设计，设置应急抗灾排水系统。
2排水设备选型方案
2.1上组煤主排水设备
本矿井正常涌水量为４０ｍ３/ｈ，最大涌水量５０ｍ３/ｈ。矿井副立井井底已建有一座主排水泵房，站内安装３台ＭＤ８５－４５×４型矿用耐磨多级离心泵，配套隔爆电动机７５ｋＷ、６６０Ｖ。正常涌水时，一台工作，一台备用，一台检修ꎻ最大涌水时，两台工作，一台检修。主排水管路为Ｄ１５９×４.５无缝钢管，两趟，排水管路沿副立井井筒敷设。正常涌水时，一趟管路工作，一趟管路备用ꎻ最大涌水时两趟管路工作。矿井下组煤延深后，矿井涌水量未发生变化，现有上组煤主排水系统满足使用要求。
2.2下组煤主排水设备
（１）设计依据
矿井正常涌水量：４０ｍ３/ｈꎻ矿井最大涌水量为：５０ｍ３/ｈꎻ下组煤泵站底板标高：＋４９２ｍꎻ上组煤泵站底板标高：＋７３０ｍꎻ副斜井井口标高：＋８８８ｍ。
（２）方案比选
水泵必需的排水能力：
Ｑ正常≥１.２×４０＝４８ｍ３/ｈ
Ｑ最大≥１.２×５０＝６０ｍ３/ｈ
根据涌水量及排水高度，设计对下组煤排水设备的选型设计考虑了以下三个方案：方案一：下组煤涌水经８煤辅运大巷排至上组煤主排水泵房，再由上组煤主排水泵房现有排水设备将涌水排至地面。下组煤主排水设备选用ＭＤ８５－４５×７型矿用耐磨多级离心泵３台，配ＹＢ３－３１５Ｍ－２型隔爆电动机，１３２ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。排水管路选用Ｄ１５９×５无缝钢管，２趟。正常涌水时，１台水泵、１趟管路工作ꎻ最大涌水时，２台水泵、２趟管路同时工作。方案二：下组煤涌水经８煤辅运大巷排至上组煤主排水泵房，再由上组煤主排水泵房现有排水设备将涌水排至地面。下组煤主排水设备选用ＭＤ８５－６７×５型矿用耐磨多级离心泵３台，配ＹＢ３－３１５Ｌ１－２型隔爆电动机，１６０ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。排水管路选用Ｄ１５９×５无缝钢管，２趟。正常涌水时，１台水泵、１趟管路工作ꎻ最大涌水时，２台水泵、２趟管路同时工作。方案三：下组煤涌水经８煤辅运大巷、副斜井直接排至地面。下组煤主排水设备选用ＭＤ８５－６７×７型矿用耐磨多级离心泵３台，配ＹＢ３－３１５Ｌ２－２型隔爆电动机，１８５ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。排水管路选用Ｄ１５９×６无缝钢管，２趟。正常涌水时，１台水泵、１趟管路工作ꎻ最大涌水时，２台水泵、２趟管路同时工作。对下组煤主排水设备各方案进行技术经济比较，结果发现，方案一与方案二、方案三相比，不仅初期投资最少、而且年运营费用也最低。另外，对于三方案而言，由于新开凿的副斜井井口距离矿井地面井下水处理站较远，下组煤涌水经８煤辅运大巷、副斜井排至地面后，需要在矿井工业场地敷设排水管路，对现有工业场地影响较大。考虑到副立井已有主排水系统且刚投用不久等原因，经综合比较，设计推荐采用方案一。
3设备选型确定
根据上文三组方案的对比分析结果，本次设计最终选用ＭＤ８５－４５×７型矿用耐磨多级离心泵３台，配ＹＢ３－３１５Ｍ－２型隔爆电动机，１３２ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。正常涌水时，１台工作，１台备用，１台检修ꎻ最大涌水时，２台工作。下组煤主排水设备主要技术参数如下：型号：ＭＤ８５－４５×７ꎻ额定流量：８５ｍ３/ｈꎻ额定扬程：３１５ｍꎻ额定效率：７５％ꎻ额定转速：２９５０ｒ/ｍｉｎꎻ配套隔爆电动机：ＹＢ３－３１５Ｍ－２型、１３２ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。泵站内排水支管选用Ｄ１０８×４无缝钢管，干管选用Ｄ１５９×５无缝钢管。主排水管路沿８煤辅运大巷敷设。正常涌水时，１趟工作，１趟备用ꎻ最大涌水时，２趟管路同时工作。排水系统按水泵自动化设计，可实现泵站无人值守。排水管路特性曲线方程：新管：Ｈ＝２４３＋５.６２３５６４×１０－３Ｑ２淤积：Ｈ１＝２４３＋９.５６００５９×１０－３Ｑ２水泵运行工况及特性曲线见表１、图１。由图可知，单泵单管水泵运行工况点新管参数为：流量９４.１２ｍ３/ｈ，扬程２９２.８２ｍ，效率７４.５％，轴功率１０４.８６ｋＷ，吸水高度４.３３ｍ，正常排水时间为１０.２ｈ，最大排水时间６.４ｈꎻ淤积参数为：流量８５.７２ｍ３/ｈ，扬程３１３.２５ｍ，效率７５％，轴功率１０１.４８ｋＷ，吸水高度４.８７ｍ，正常排水时间为１１.２ｈ，最大排水时间７.０ｈ。
表１ 水泵运行工况表
图１ 水泵运行特性曲线
水泵采用无底阀引水，引水设备采用ＳＢＳ型射流泵总成，以排水管路中的压力水为能源，以压缩空气为备用能源。为有效地防止水锤冲击对水泵及管道的损害，在水泵出口装设微阻缓闭止回阀。为便于设备安装和检修，在泵站内每台设备上方设有固定起重梁。
4结语
根据涌水量及排水高度，对下组煤排水设备的选型设计了三个方案，采用经济技术比较，并运用理论分析计算及校验，对王家沟煤矿排水设备进行选型设计，得到以下结论：（１）通过对各方案进行技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。确定下组煤主排水设备选用：ＭＤ８５－４５×７型矿用耐磨多级离心泵３台，配ＹＢ３－３１５Ｍ－２型隔爆电动机，１３２ｋＷ、６６０Ｖ、２９５０ｒ/ｍｉｎ。排水管路选用Ｄ１５９×５无缝钢管，２趟。正常涌水时，１台水泵、１趟管路工作ꎻ最大涌水时，２台水泵、２趟管路同时工作。泵站内排水支管选用Ｄ１０８×４无缝钢管，干管选用Ｄ１５９×５无缝钢管。主排水管路沿８煤辅运大巷敷设。正常涌水时，１趟工作，１趟备用ꎻ最大涌水时，２趟管路同时工作。（２）根据设防水量及排水高度，设计选用ＢＱ５５０－４６０/１２－１１２０/Ｗ－Ｓ型矿用斜卧式潜水电泵两台，一台工作，一台备用。
参考文献：
[１] 姚贵英，马海君，景娟红，等.矿井排水设备选型与安装的计算机辅助设计[Ｊ].煤矿机械，２０１４，３５（１１）：２３７－２３９.
[２] 魏 洋，黄文金，张 静.井下排水设备选型相关问题探讨[Ｊ].矿山机械，２０１３，４１（１１）：７８－８０.
[３] 李晨娟.矿井排水设备选型系统的研究与实现[Ｄ].天津：河北工程大学，２０１３.
论文作者:马亚杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/9
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