北嶺礦強(qiáng)排水供配電及管路系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：隨著煤礦的發(fā)展，國家對安全的要求也越來越高。強(qiáng)排水系統(tǒng)被應(yīng)用在新建和技改礦中。北嶺礦為技改礦井，其設(shè)計委托太原設(shè)計院完成。在審查該項(xiàng)初步設(shè)計的過程中，認(rèn)為太原設(shè)計研究院出具的設(shè)計在供配電及管路的配置上均留有較大裕量，不僅增大了投資，現(xiàn)場也無實(shí)際必要。因此，經(jīng)科學(xué)計算，對其予以優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際需要予以配置，既滿足了實(shí)際需求，也大筆節(jié)省了投資。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)排水；優(yōu)化；設(shè)計；供配電；管路

北嶺礦為技改礦井，技改完成后批復(fù)的生產(chǎn)能力為90萬噸/年，較原生產(chǎn)能力15萬噸/年（原證載能力）增加75萬噸/年。北嶺礦技改的設(shè)計工作由太原設(shè)計研究院依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》及相關(guān)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行。為加強(qiáng)礦井的防治水管理，在井下主排水系統(tǒng)附近設(shè)置強(qiáng)排系統(tǒng)，以滿足礦井突發(fā)水害時強(qiáng)制排水之用。

為充分貫徹、秉承設(shè)計的指導(dǎo)思想，節(jié)省投資，本文對太原計研究院提供的強(qiáng)制排水系統(tǒng)的原始設(shè)計（含供配電系統(tǒng)、管路系統(tǒng)）進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，縮小了供電電纜的截面積，取消了軟啟動裝置，優(yōu)化了強(qiáng)排水系統(tǒng)管路，并得到設(shè)計院認(rèn)可，滿足排水要求，做到了系統(tǒng)簡單、可靠性高，投資大幅減少。

1 太原設(shè)計研究院的原始設(shè)計

1.1 設(shè)計依據(jù)

任何礦井都有突發(fā)水可能。根據(jù)測算，北嶺礦突發(fā)水量按800m3/h考慮。強(qiáng)排水泵房與礦井主排水泵房合建，排水管路布置同主排水管路一致。主斜井井口標(biāo)高+1275.5m，潛水泵安裝位置標(biāo)高+1136m，排水垂高140m，排水管路長度2000m。

1.2 設(shè)備選擇

根據(jù)突發(fā)排水量的要求，設(shè)計選擇BQ550-230/6-560W-S礦用潛水電泵兩臺，配套10kV，560kW電動機(jī)。礦用潛水泵技術(shù)參數(shù)：額定流量Q=550m3/h，揚(yáng)程H=230m，級數(shù)6級，泵額定效率η=80%，配套電機(jī)功率560kW，電壓等級10kV，額定電流：Ie=41.35A。實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)：Q=620m3/h，H=206m，η=78%。兩臺泵全部工作小時排水量：1240m3/h>800m3/h。滿足要求。

供配電系統(tǒng)：潛水泵電源由礦井地面35/10kV變電所提供，采用MYJV22-8.7/10 3*70型電纜，長度：2000m，兩路，符合煤礦井下使用要求。在地面設(shè)置軟啟動裝置，采用10kV開關(guān)柜+軟啟動柜+強(qiáng)排水泵方式，使得強(qiáng)排水泵電機(jī)在軟啟動方式下啟動，以滿足啟動需求。下井電纜沿主斜井井筒敷設(shè)，水泵起停由地面變電所控制。

管路系統(tǒng)：沿4號煤東回風(fēng)大巷、管道斜井井筒敷設(shè)？準(zhǔn)325×8無縫鋼管兩趟，遇有突發(fā)水情況時，兩臺泵兩趟管路全部投入工作。

2 對太原設(shè)計研究院的原始設(shè)計所存在的疑問

（1）設(shè)計院所選擇MYJV22-8.7/10 3*70型電纜，其長期允許載流量為215A，遠(yuǎn)大于強(qiáng)排水泵電機(jī)的額定電流41.35A。雖然線路長度較長，但如選擇截面積較小的電纜MYJV22-8.7/10 3*50型，其長期允許載流量為185A，亦遠(yuǎn)大于強(qiáng)排水泵電機(jī)的額定電流41.35A，經(jīng)計算如果電壓降不超標(biāo)，滿足啟動要求，則可以使用。使用MYJV22-8.7/10 3*50電纜方案即可節(jié)省大筆電纜投資，亦可省去軟啟動柜，經(jīng)濟(jì)效益明顯。綜上所述，有必要在經(jīng)過科學(xué)計算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化。

（2）強(qiáng)排水管路原設(shè)計為“沿4號煤東膠帶大巷、主斜井井筒敷設(shè)？準(zhǔn)325×8無縫鋼管兩趟”。因國家對礦井強(qiáng)排水管路系統(tǒng)并無“一臺水泵必須配置一趟管路”的強(qiáng)制性要求，同時考慮到水文地質(zhì)情況，并結(jié)合實(shí)際涌水量，同時加大礦井防治水管理力度，是否可以采用一趟？準(zhǔn)325×8強(qiáng)排水管路，以節(jié)省材料及安裝費(fèi)用，減少投資。

3 對強(qiáng)排水系統(tǒng)供配電及管路的優(yōu)化過程

3.1 強(qiáng)排水潛水電泵正常運(yùn)行電壓損失及直接啟動壓降計算

（1）電機(jī)參數(shù)：泵型號：BQ550-230/6-560W-S

額定功率：P=560kW，額定電壓：Ue=10kV

額定電流：Ie=41.35A，功率因數(shù)：cosΦ=0.85

啟動電流：6.0Ie，μqm=0.6（μqm為電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩相對值，即啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值）

（2）原設(shè)計線路參數(shù)：設(shè)計研究院選擇的電纜型號為MYJV22-8.7/10 3*70，長度：2000M，兩路。參數(shù)如下：

電阻：R'=0.306Ω/km，電抗：X'=0.08Ω/km

（3）擬選用MYJV22-8.7/10 3*50型電纜，長度：2000M，兩路。參數(shù)如下：

電阻：R=0.387Ω/km，電抗：X=0.107Ω/km

電網(wǎng)參數(shù)選擇：35/10變電站10kV母線段短路容量：64.27MVA。

（4）計算過程

選擇MYJV22-8.7/10 3*50型電纜，長度以2000m計，則：

啟動壓降（直接啟動時）：35/10變電站10kV母線段電壓相對值Uqm1=93.5%

啟動時電動機(jī)端電壓相對值：Uqm2=93.1%

因此，可以得出結(jié)論，在使用MYJV22-8.7/10 3*50型號電纜，在長度為2000m的情況下，可以直接啟動額定功率560kW、額定電壓10kV的BQ550-230/6-560W-S強(qiáng)排潛水電泵電機(jī)。無需配置軟啟動柜。

3.2 強(qiáng)排水管路計算

按？準(zhǔn)325×8管路內(nèi)徑？準(zhǔn)317，敷設(shè)一趟水管，并根據(jù)排水量公式Q=d2×3600πVc/4（其中Q：排水量m3/h；d：排水管內(nèi)徑m；Vc：經(jīng)濟(jì)流速，取3.0m/s）計算：

Q=d2×3600πVc/4=0.3172×3600×3.1415926×3.0/4=852.4（m3/h）

所以，敷設(shè)一路？準(zhǔn)325×8強(qiáng)排水管路即可滿足礦井突發(fā)水量800m3/h的強(qiáng)排水要求。

4 結(jié)束語

（1）太原設(shè)計院給出的某礦強(qiáng)排水供配電系統(tǒng)原設(shè)計中所選供電電纜為MYJV22-8.7/10 3*70型，且又配置了軟啟動裝置。經(jīng)計算，MYJV22-8.7/10 3*70型電纜裕量過大，選用MYJV22-8.7/10 3*50型即可，且無需配置軟啟動裝置。最后選型：某礦強(qiáng)排水供配電系統(tǒng)選用MYJV22-8.7/10 3*50型供電電纜，采用地面35/10kV變電站10kV系統(tǒng)中高壓柜直接控制，不用軟啟動裝置，直接啟動，滿足要求。

（2）設(shè)計院給出的北嶺礦強(qiáng)排水供配電系統(tǒng)，原設(shè)計中強(qiáng)排水管路采用兩趟？準(zhǔn)325×8管路。經(jīng)計算，在礦井突發(fā)水量為800m3/h的情況下，用一趟？準(zhǔn)325×8管路，在兩臺強(qiáng)排水泵出口處安裝單向閥門，然后予以連接、合并，防止水彼此倒流，可滿足突發(fā)異常情況下的排水要求，可節(jié)省大筆材料及安裝費(fèi)用。

（3）在尊重有資質(zhì)設(shè)計單位設(shè)計的同時，作為業(yè)主方，我們一定要根據(jù)實(shí)際情況，不盲從設(shè)計，獨(dú)立思考，提出自己的見解，做到系統(tǒng)優(yōu)化、維護(hù)方便簡單、節(jié)省投資。

參考文獻(xiàn)

[1]太原設(shè)計研究院.北嶺礦礦井兼并重組整合項(xiàng)目初步設(shè)計說明書[Z].

[2]煤礦電工手冊[M].煤炭工業(yè)出版社.

[3]劉正峰.水文地質(zhì)手冊[M].煤炭工業(yè)出版社.

作者簡介：王賡（1988-），山西省陽高縣人，2011年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)為北嶺煤業(yè)職工。