高壓水泵在井下排水中的應用

楊長春

摘要：為了提高排水供電可靠性，需要對井下排水系統(tǒng)進行改

造。本文通過對改造的總體方案進行分析，詳細闡述方案的具體設計，進而為節(jié)約成本、減少維修量提供參考依據。

關鍵詞：井下排水 高壓水泵 改造

1 井下排水改造必要性

鉬業(yè)公司現(xiàn)有排水形式為低壓兩段排水，分別在井下六中段和十中段各設一個泵站，各設兩個水倉，一清水倉，一污水倉，十中段泵站設有150D-30×9型水泵（電機功率200KW）4臺，流量150m3/小時，揚程261m，兩用兩備，平均每天排水時間為31小時。六中段設D155-30×9水泵（電機功率275KW）5臺，流量150m3/小時，揚程

402m。兩用三備，平均每天排水時間為32小時。其排水方式是從十中段排至六中段，然后由六中段排至地表水倉。因為是排水系統(tǒng)，要求雙電源供電，并且任何一套供電電源都能獨立滿足排水的要求。因此公司在四中段和六中段分別建有一個變電所。每個變電所由4臺400KVA變壓器并列運行，從而保證排水供電的可靠性。十中段盲豎井下掘后，盲井以下不再設清水倉，巷道涌水全部排到十中段污水倉。根據沈陽有色設計研究院提供的資料，盲井巷道正常涌水量為3000m3/d，最大涌水量為5000m3/d，并隨著掘進的深入，有突發(fā)涌水的可能。突發(fā)涌水可能達到10000m3/d，同時六中段和十中段的涌水將顯著降低。十中段巷道涌水量可能降低，但降低的數(shù)據無法考證?？赡艽蠓冉档?，也有可能小幅度降低。目前按照現(xiàn)有排水量的80%計算。盲井下掘后各中段正常涌水時，六中段和十中段泵房將承擔3000+1600=4600m3/d的排污水任務，

最大涌水時，六中段和十中段泵房將承擔5000+1600=

6600m3/d的排污水任務，同時六中段與十中段各有1600m3/d的排清水任務。按照礦山井下排水要求20小時能排一晝夜涌水的規(guī)定，現(xiàn)有十中段與六中段單泵最大排水能力為150m3×20小時=3000m3<6600m3。因此，為了適應排水需要，泵房改造勢在必行。先前曾經討論過是否在原有基礎上增加排水水泵和供電變壓器，但是因為泵房場地和維修方面因素，公司決定將井下排水改為高壓一段排水，現(xiàn)把此套方案及改造后的投入和節(jié)約費用情況分析如下。

2 改造總體方案

初步設計將十中段現(xiàn)有的低壓泵換成四臺MD280高壓泵，排水管路由現(xiàn)在的六寸管路換成八寸管路，將現(xiàn)有的兩條高壓電纜延伸到十中段泵房，增加兩臺高壓進線柜，四臺高壓啟動柜，取消四中段與六中段變電所，取消六中段水泵房。六中段巷道涌水經水道匯入十中段污水倉，改造后的十中段水泵房將六中段涌水、十中段污水、盲井以下所有涌水，一并由十中段污水泵揚到地表水倉。

排水能力：初選MD280系列水泵，流量280m3/小時，這樣20小時的排水量在5000m3左右，幾乎能達到將來在涌水量增大時，在20小時能排完一晝夜涌水量的要求。此項改造也有它的優(yōu)缺點，現(xiàn)簡單介紹其優(yōu)缺點。

優(yōu)點：①排水量大，能夠保證遠期意外排水需求。②簡化流程，將原有的低壓兩段排水改為高壓一段排水，減少了排水時間和排水電費，減少了維修成本和水泵工的工資支出。③拆下的設備可二次利用，原六中段設備可作為十七中段設備。

缺點：設備一次性投資較大、工期長，施工過程中可能會影響正常生產。

改造后的設備投資：MD280-65×8水泵4臺×7.1萬元=28.4萬元；8寸64公斤閘閥10個×0.55萬元=5.5萬元；8寸64公斤逆止閥5個×0.45萬元=2.25萬元；Y4502-4-710/6電機4臺×16.8萬元=67.2萬元；GGIA-

630/6電源柜2臺×3.7萬元=7.4萬元；GGIA-630/6啟動柜4臺×4.94萬元=19.76萬元；YJV22-3*70電纜700米×260元=18.2萬元；DN200無縫鋼管1810米×280元=50.68萬元；DN200焊管300米×150元=4.5萬元；8寸底閥5個×450元=2250元；水泵基礎3萬元；電纜溝及附件3.5萬元；管路附件4萬元；合計：214.615萬元。

改造后的電費節(jié)約：

現(xiàn)有的的低壓泵：基本電費638400元+排水電量5127885度×0.57元=3561294元；

改造后的高壓泵：基本電費323760元+排水電量4198230度×0.57元=2716751元；

節(jié)約電費3561294元-2716751元=844543元；節(jié)約人工費6萬元，維修費5萬元；

合計年可節(jié)約費用954543元。

3 方案具體設計

3.1 泵的選型

3.1.1 設計基礎資料：地表水倉最高水位標高為820.24。井口標高為801.17，十中段泵房地坪標高為383.15，吸水高度兩米，單條揚水管長605米左右，吸水管長5米，每套管路設底閥1個，90°標準彎頭9個，120°焊接彎頭4個，閘板伐1個。

3.1.2 水泵所需靜揚程

HST=820.17-383.15+2=439.09米。

3.1.3 吸水管水頭損失。設計采用DN200×6普通焊管5米。公稱內徑200底閥1個，90°彎頭一個，

吸水管流速V1=■=■=2.34米/秒

Q=流量 A=水流截面積

吸水管水頭損失Hd=H彎+H底+HS

H彎=彎頭局部損失 H底=底閥局部損失 HS=摩阻損失

H彎=ζ■ H底=ζ■ HS=λ■

ζ=局部阻力系數(shù)；V=水流速度；g=重力加速度9.8米/秒；d=管道內徑；L=管道長度

λ=■=0.0339

局部阻力系數(shù)：標準90°彎頭：0.6；120°焊接彎頭：0.55；內徑200底閥：5.2；內徑200閘板伐：0.08；內徑200逆止伐：5.5；180°彎頭：1.2；

H彎=0.6×■×1=0.17米

H底=5.2×■×1=1.45米

HS=0.0339×■=0.14米

吸水管水頭損失Hd=0.17+1.45+0.14=1.72m。

3.1.4 揚水管設計為DN200×8.5無縫鋼管605米，逆止伐一個，90°彎頭8個，閘板伐1個，120°焊接彎頭4個。

3.1.5 揚水管流速V2=■=■=2.43米。

3.1.6 揚水管水頭損失Hd=HS+H彎+H伐

HS=摩阻損失 H彎=彎頭局部損失

H伐=閘閥，逆止伐損失

HS=0.0339×■=30.46米

H伐=（5.5+0.08）×■=1.67米

H彎=0.6×■×6+0.55×■×4+1.2×■×1=2.1米

Hd=2.1+30.46+1.67=34.23 米。

3.1.7 水泵所需揚程H=439.09+1.73+34.23=475.04米。水泵葉輪磨損后，揚程有所降低。故所選水泵揚程應預留5%的富裕揚程，所選水泵揚程應達到475.04÷95%=500米，查水泵電機資料，選MD280-60×8型水泵，流量280m3揚程530米，配套電機為Y4502-4，710KW，

6KV。

3.1.8 泵房內管道的連接。為保證發(fā)生意外正常排水，泵房內揚水管間設聯(lián)絡管，當一條揚水管破裂時，打開聯(lián)絡管閥門，排向另一條管。

3.2 高壓電纜及配電柜的選擇

3.2.1 根據水泵匹配的電機功率計算出電機的電流I0=P0÷U0÷1.732=710÷6÷1.732=68A

P0=電機功率 U0=額定電壓 I0=電機額定電流

得出電機的額定電流為68A，考慮電機啟動過程中有2～3倍的啟動過電流，將此臺啟動柜開關選為250A，電流互感器選為100/5。型號GGIA-250/6，此種柜子4臺。

3.2.2 高壓進線柜的選擇。根據上面得出的電機電流，得出四臺水泵同時運行時電流為68×4=272A，考慮35%余量，應選350A的開關，但是目前國內最小的真空開關為630，次臺進線柜開關選擇為630A開關，電流互感器為300/5，型號為GGIA-630/6。因為是排水系統(tǒng)需要雙電源，并且每一條電源都能滿足最大負荷要求，因此此種柜子需要2臺。

3.2.3 負荷線選擇。根據電機的額定電流68A，從供電手冊中查得YJV22電纜22MM載流量為140A，因此電機負荷線選擇YJV22-3*25電纜。

3.2.4 電源線的選擇。目前公司井下排水電纜有兩條，分別是YJV22*95和YJV22-3*70從手冊中查得其載流量分別是310A和250A，都能滿足兩臺泵同時運行，將此兩條電纜延伸到十中段即可。

鉬業(yè)公司在2009年改造完成，在運行的四年中，不但滿足了排水的要求，保證了礦山排水的安全性，而且節(jié)約的成本早已超出改造成本的投入，減少了維修量。

參考文獻：

[1]劉勇.祁東南部井改絞期間井下排水供電設計方案[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2011（10）.

[2]王振常.價值工程在煤礦井下排水中的應用[J].價值工程，1999（S1）.

[3]雋宏偉，蘇紀明，劉憲國.岱莊煤礦井下排水處理工程設計簡介[J].煤炭工程，2002.09.