某礦用主排水泵排水方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

鶴崗斯達(dá)機(jī)電設(shè)備制造有限責(zé)任公司 馬洪舉

一、我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)存在的安全隱患

隨著我國(guó)煤礦事業(yè)的發(fā)展，煤礦安全事故時(shí)有發(fā)生，煤礦工作人員的人身安全受到很大威脅。我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.我國(guó)大多數(shù)的煤礦地質(zhì)條件都比較復(fù)雜，開采難度大，很容易帶來安全隱患.

2.煤礦安全管理手段落后，對(duì)于沖擊地壓、瓦斯等危險(xiǎn)事故缺乏有效的防范措施，

3.煤礦現(xiàn)有的安全生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備落后，安全管理科技停滯不前，無法提供有效的安全保障。

4.礦井安全生產(chǎn)專業(yè)人才稀缺，從業(yè)人員技能水平不足。隨著信息化的到來，煤礦開采對(duì)工作人員的技術(shù)要求也越來越高，然而大多數(shù)企業(yè)都缺少采礦方面的專業(yè)人才。

5.煤礦企業(yè)內(nèi)部管理水平落后。在安全、技術(shù)、資源等管理上存在不足，給礦井的安全管理帶來了很大隱患。

本文，筆者以某礦用主排水泵為例，對(duì)礦用主排水泵存在的問題進(jìn)行了探討，并其設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了說明，以期對(duì)同行有所參考。

二、礦用主排水泵存在的問題

以某礦用主排水泵為例，該泵為MD155-30×8 型水泵，額定流量為155 m3/h，額定揚(yáng)程為240 m，電機(jī)功率為160 kW。煤礦礦井水質(zhì)一般為酸性，對(duì)井下的設(shè)備具有一定的腐蝕性，因此，要使用具有抗腐蝕性的材質(zhì)作為泵的主材料。而實(shí)際上礦用主排水泵與水接觸的表面通常采用不銹鋼材質(zhì)，在進(jìn)、出水段則采用鑄鐵件，這會(huì)使得井下水直接腐蝕該部件，所以這種設(shè)計(jì)是不合理的。在進(jìn)水段由于屬于過流部分，水的腐蝕加上汽腐蝕，會(huì)加快進(jìn)水段的腐蝕速度；在中間段由于在酸性水質(zhì)的復(fù)制作用下，擴(kuò)大了與口環(huán)之間的縫隙，從而降低了主排水泵的排水效率，同時(shí)也增加了維修難度和成本。

在礦用主排水泵系統(tǒng)中抽真空系統(tǒng)具有重要作用。但是在主排水泵設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省設(shè)備成本，大多數(shù)企業(yè)會(huì)減少高壓水流射泵的使用。在實(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中，每臺(tái)泵都要有配套的高壓水射流泵，這樣才能夠保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在系統(tǒng)中忽略對(duì)電動(dòng)抽真空泵的設(shè)計(jì)，會(huì)導(dǎo)致在每次的排水和管路檢修的過程中都不能將排水系統(tǒng)抽成真空，影響系統(tǒng)的可靠性。

三、礦用主排水泵設(shè)計(jì)方案探討

若礦用主排水泵存在問題，就要立即停止使用，重新對(duì)水泵的排水揚(yáng)程進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。該礦用主排水泵管路敷設(shè)比較復(fù)雜，而且彎頭比較多，存在很大的排水管路的阻力。雖然該礦用主排水泵的額定揚(yáng)程可以滿足系統(tǒng)排水的要求，但考慮到其他因素的影響，將額定揚(yáng)程有150 m擴(kuò)增到180 m，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用的MD155-30×8 ，由8級(jí)降為6 級(jí)，水泵電機(jī)的功率也從160 kW降為132 kW。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)的驗(yàn)證

1.新排水管道中揚(yáng)程損失的計(jì)算。計(jì)算公式如下：

式（1）中，a1代表速度壓頭系數(shù)，取值為1；a2代表直管阻力系數(shù)，取值為135；a3代表彎管阻力系數(shù)，取值為0.76～1.0；a4代表閘閥阻力系數(shù)，取值為0.25～0.5；a5代表逆止閥阻力系數(shù)，取值為5～14；a6代表管子焊縫阻力系數(shù)，取值為0.03；n3代表彎管數(shù)量，實(shí)際數(shù)量為10；n4代表閘閥數(shù)量，實(shí)際數(shù)量為3；n5代表逆止閥數(shù)量，實(shí)際數(shù)量為1；n6代表管子焊縫數(shù)量，實(shí)際數(shù)量為400；g代表重力系數(shù)，取10；λ代表水與管壁的阻力系數(shù)，取值為0.027；Ld代表排水管路總長(zhǎng)度，實(shí)際長(zhǎng)度為1 000 m；Dg代表管路公稱直徑，取0.2 m；Vd代表排水管流速。所有參數(shù)都取最大數(shù)值，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）中，有

Haf＝ 16.62 m。

2.排水系統(tǒng)阻力系數(shù)R。計(jì)算公式如下：

式（2）中，Q為水泵額定排水量，將上述數(shù)據(jù)代入式（2），有R＝0.001 2，所以在該主排水泵中的排水揚(yáng)程H為

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的情況，將主排水泵的進(jìn)出水段和中間段用不銹鋼材質(zhì)替換，以確保主排水泵的排水性能。按照正常的排水量計(jì)算，每臺(tái)水泵的每天運(yùn)行時(shí)間為

式（4）中，n為注排水泵的排水效率，取74%：QZ為礦井的正常涌水量，取值為67 m3/h；Qe代表水泵額定排水量，取值為155 m3/h。將上述數(shù)據(jù)代入式（4），有h＝14.02 h。所以每年可節(jié)約電能1.43×105kW·h，按照每度電0.6元計(jì)算，每年可節(jié)約9萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

因此，通過對(duì)管道揚(yáng)程損失和排水系統(tǒng)阻力系數(shù)的重新計(jì)算，就可以根據(jù)礦井生產(chǎn)的實(shí)際情況，選擇性的使用相應(yīng)的主排水系統(tǒng)，在很大程度上節(jié)省了電能的消耗。

五、結(jié)論

礦用主排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠降低大功率電機(jī)的電能消耗，還可以在很大程度上提高排水系統(tǒng)的性能。采用不銹鋼材質(zhì)的豬排水泵，增強(qiáng)了設(shè)備的耐腐蝕性，提高了煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。