寸草塔二矿新边界3―1煤中央排水泵房设计分析

1、寸草塔二矿新边界 3 1煤中央排水泵房设计分析摘 要：根据神东煤炭集团寸草塔二矿新边界 3-1 煤生 产接续的要求以及地测公司对 3-1 煤开采时的涌水量预估， 结合煤矿安全规程第二百七十八条的规定，对寸草塔二 矿新边界 3-1 煤中央排水泵房的设备型号进行计算选型。关键词：离心泵；自动控制；中央排水泵房、八 、-前言 寸草塔二矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗 的东南、东胜煤田寸草塔矿区井田东北部，距伊金霍洛旗约 30km ,隶属于乌兰木伦镇。 地下水以孔隙潜水和裂隙承压水 两种形式赋存，根据煤矿防治水规定 ，该矿水文地质条 件为简单 -中等型。 依照煤矿安全规程 第二百七十八条的 规定

2、，寸草塔二矿新边界 3-1 煤的主要排水设备应符合：必 须有工作、 备用和检修的水泵。 工作水泵的能力， 应能在 20h 内排出矿井 24h 的正常涌水量（包括充填水及其他用水） 。 备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在 20h 内排出矿井 24h 的最大涌水量。 检修水泵的能力应不小于工作水泵的25%。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。1 设计指导思想（1）比较优选设计方案，以本质安全思想为核心，提 高矿井安全生产的可靠性。 （ 2）利用矿井原有排水设施，以 经济效益为中心，秉承“投资少、质量高、效益好、见效快” 的设计原则

3、。（3）在充分利用煤矿已经形成的排水系统基础 上，综合考虑本次设计泵房的排水方案。 （ 4）尽可能简化、 优化布置水仓及泵房硐室，减少矿建工程的施工难度。2 矿井排水现状 现在寸草塔二矿主斜井井底附近设有 2-2 煤中央排水泵 房，主要负责 2-2 煤的总排水任务。泵房内安装三台MD280-43 X 5型矿用耐磨离心泵与两趟 DN250排水管路。 正常涌水时，一台工作，一台备用，一台检修，管路一趟工 作，一趟备用；最大涌水时，两台工作，一台检修/备用，管路两趟同时工作。正常涌水时，一台工作，一台备用，一台 检修，管路一趟工作，一趟备用a；最大涌水时，两台工作，一台检修 /备用，管路两趟工作。管

4、路排水路线为： 2-2 煤中 央水泵房主斜井地面污水处理站。3 排水系统方案设计3.1 排水设备选型 根据矿井布置、地测公司提供的涌水量资料并结合矿井 现有排水系统，提出两种排水系统方案。方案一：采取接力排水方案，在 3-1 煤设二水平中央排水泵房。在利用原 2-2 煤中央水泵房，同时新建 3-1 煤二水平中 央排水泵房，泵房内安装三台MD280-43 X 2型矿用离心泵，配 YB2-4/132KW/10KV 防爆电动机，电机转速 1488r/min 。 设备投资费用约 105 万元。泵房及井筒内敷设两趟 DN250 排水管路。工作制度为：正常涌水量时，水泵一台工作，一 台备用，一台检修，管路

5、一趟工作，一趟备用；最大涌水量 时：水泵两台工作，一台备用 /检修，两趟管路同时工作。排 水路线为：顺槽与巷道临时中转水仓3-1煤中央排水泵房2-2 煤中央水排水泵房地面污水处理厂调节池。方案二：在 3-1 煤暗副斜井井底新建 3-1 煤中央排水泵 房，采用清污分离的排水方式，将 3-1 煤二水平的污水与清 水直接排至地面污水处理厂。新建 3-1 煤中央排水泵房及中央水仓，其中央水仓实现 清污分离， 3-1 煤探放水及污水（工作面涌水及巷道淋水） 自流或利用局部潜水泵排至相应的清水仓或污水仓。泵房内 安装五台 MD280-43 X 5 型矿用离心泵，其中两台负责排清 水，两台负责排污水，一台作

6、为共用水泵。水泵额定流量为 280m3/h，扬程 215m，配 YB2-4/315KW/10KV 防爆电动机， 电机转速1488r/min。设备投资费用约100万元。泵房及井筒 内敷设两趟 DN250 排水管路及一趟 DN300 排水管路。泵房 水泵及配套管路工作制度为： 3-1 煤开采前期主要以探放水 为主。因此正常涌水量时，水泵两台工作（一台排清水、一台排污水），两台备用，一台检修，两趟 DN250 管路工作（其 中 3-1 煤和 2-2 煤共用一趟污水管） ，一趟 DN300 管路备用； 最大涌水量时，水泵三台工作（其中两台排清水、一台排污 水），两台备用 /检修，一趟 DN300 管路

7、排清水，另外两趟 DN250 管路分别作为 3-1 煤和 2-2 煤的污水排放管路。排水 路线为：巷道内临时排水管路3-1煤中央排水泵房主斜井地面污水处理厂调节池。3-1 煤回采期间矿井主要以污水为主，矿方可根据清污 水量变化合理分配水泵及管路工作制度。综上所述，两排水方案均可满足 3-1 煤开采时的排水需 要，但两厢对比，方案一需要对现有的 2-2 煤中央泵房进行 改造，施工难度较大，且无法实现清污分离排水； 3-1 煤二 水平中央泵房的扩建量虽然较小，但设备所需的投资、年耗 电量都相对方案二较大而且管理环节较多，两泵房如有一处 泵房出现故障均会影响矿井安全生产。相比之下方案二在 3-1 煤

8、开采时现有 2-2 煤中央排水泵房后期可停止使用或拆 除，产生的费用较小， 3-1 煤排水时只需要投入 3-1 煤中央水 泵房即可，后期维护成本也相对较低。同时方案二可实行清 污分离排放， 降低了地面污水处理厂负荷， 有利于节能环保。 因此经比较后，设计推荐采用方案二。3.2 推荐方案设备选型计算设计依据a. 遵循煤炭工业矿井设计规范、煤矿井下排水泵站 及排水管路设计规范 (GB 50451-2008 )及煤矿安全规程 的相关要求。b. 根据地测公司提供的涌水资料显示，3-1煤开采时，矿井正常涌水量 201m3/h ，最大涌水量 320m3/h 。因此设备需 要按照矿井正常涌水时排水量241.

9、2m3/h，最大涌水时排水量 384m3/h 计算。c. 新建3-1煤中央排水泵房底板标高：+1030m，地面水处理调节池标高：+1188m，垂高158m。单趟排水管路长度 约 3400m。排水设备选择根据矿井现有的矿井规划与排水系统，初步设计了三种 设备选型方案。方案一：选用MD280-43 X 5型矿用离心泵五台，水泵额 定流量为 280m3/h ,扬程 215m,配 YB2-4/315kW/10kV 防爆 电动机，电机转速 1488r/min ；同时配两真空泵，一用一备。 泵房及井筒内敷设两趟 DN250 及一趟 DN300 无缝钢管。工 作制度为：正常涌水量时：水泵两台工作，两台备用，

10、一台 检修，管路两趟 DN250 工作，一趟 DN300 备用；最大涌水 量时：水泵三台工作，两台备用/检修，管路三趟工作。方案二：选用 BQ275-230/6-280/W-S 型矿用潜水电泵五 台，水泵额定流量为 275 m3/h，扬程230m,配280kW/10kV 防爆电动机，电机转速1488r/min ,配电室可设在地面。 泵房 及井筒内敷设两趟 DN250 及一趟 DN300 无缝钢管。工作制 度为： 正常涌水量时： 水泵两台工作， 两台备用， 一台检修， 管路两趟 DN250 工作，一趟 DN300 备用；最大涌水量时： 水泵三台工作，两台备用 /检修、管路三趟工作。方案三：选用M

11、D280-65 X 4型矿用离心泵五台，水泵额 定流量为 280m3/h ,扬程 260m,配 YB2-4/400kW/10kV 防爆 电动机，电机转速 1488r/min ；同时配两真空泵，一用一备。 泵房及井筒内敷设两趟 DN250 及一趟 DN300 无缝钢管。工 作制度为：正常涌水量时：水泵两台工作，两台备用，一台 检修，管路两趟 DN250 工作，一趟 DN300 备用；最大涌水 量时：水泵三台工作，两台备用/检修、管路三趟工作。综合表 1 ，三种选型方案中，方案一和方案三使用的离 心泵汽蚀性能好，运行平稳可靠。方案二所选潜水电泵，配 电室设在地面，提高了矿井排水可靠性，但设备投资费

12、用较 高，检修不方便。同时潜水电泵的扬程富余较大，需选择较 小的排水管径来满足水泵的稳定运行。而且从水泵的轴功 率、扬程、年电耗量及设备总投资方面综合考虑，方案二及 方案三所选水泵电机功率大于方案一所选水泵的电机功率， 能耗较大、排水效率较低。故设计推荐采用方案一。推荐设备的选型计算（ 1 ）排水设备能力。矿井正常涌水时排水量为 241.2m3/h 。根据计算所得，当流量为 240m3/h ，管路公称管径为 250mm (壁厚7mm )时，流速为1.34 m/s，水力坡度为 i=0.0116。则水泵必须的杨程为：HB=L X i+HC=3400 X 0.0116X 1.1+158+5=206.

13、38m式中： HB- 水泵的必须扬程 m；L- 单趟管路的长度 m；i-水力坡度i=0.0116 ;HC-测地高度m。( 2)管路阻力系数(考虑新管和结垢后的管路)。从图 1 水泵特性及管路特性曲线中，知： 新管时，扬程， H=213.4； 旧管时，扬程， H=224.9。( 3)水泵运行工况点。 水泵运行工况点参数表，见表 2。 表 2 水泵运行工况点参数表( 4)电动机容量的计算：新管 N=X 1.1=250KW旧管 N=X 1.1=227.8KW选择用防爆电动机 YB2-4/315kW/10kV ，电机转速 1488r/min 。( 5)校验水泵的稳定性。满足 0.9H0HC 条件：式中

14、： H0-DIU 零流量时的扬程；代入得：0.9 X 215=193.5HC=158m可见满足要求。(6)排水管路壁厚的计算。管子壁厚 8 = ( PX D) / (2X a /S)其中： S 为安全系数；a为材料的抗拉强度；P 为管路承受的压力；D 为管路外径。计算得出DN250管路壁厚为5.9mm，选择壁厚7mm。DN300管路壁厚为6.7mm，选择壁厚9mm。( 7)排水能力的核校验。旧管： 正常涌水时： 启动 2 台水泵 T=24 X 400/240/2=20 ( h )最大涌水时：启动 3 台水泵 T=24X 480/240/3=16( h)( 8)电耗的计算(含吨水百米电耗)。年电

15、耗 E= X 2=321.7KW4 系统功能4.1 实现了独立的排水系统及配套的供电系统本次设计的离心泵排水系统可作为矿井正常排水系统， 对矿井的生产及排水能力提供了可靠保障。当矿井发生水灾事故时，此离心泵排水系统可有效运转并保障井下安全。4.2 实现了自动化控制 通过数据传输功能实现远程控制监测。根据水位自动 启、停水泵，自动实现水泵的轮换工作，便于在各种情况下 做出合理调度。4.3 设备自我保护诊断功能当水位降低到停泵水位线时，可通过吸水口处的水位控 制系统自动断电，实现水泵自我保护。主要设备还提供自检 及诊断功能，设备故障时可以自动报警。主要故障类型还可 以自我诊断，帮助工作人员进行设备维护和修理。5 使用注意事项5.1 配水巷定期清理矿方应该根据配水巷、吸水井的淤积情况定期清理配水 巷与吸水井，防止水泵吸水口堵塞而无法正常工作。5.2 定期试水试验离心泵做每两做月做半小时的试水实验（其试水实验的 水源通过配水闸阀来自中央水仓） ，以保证水泵随时可以正 常运作。长期停机不用时，应清洗泵内流道并切断电源。5.3 水泵和真空泵的定期维护随着设备的长时间运转，水泵和真空泵运转情况会日益 恶劣，需要定期对设备进行维护。检查设备内部的泵油、滤 网、垫片等易损元件，并按照厂家说明的要求对其进行更换或维护。5.4 维护排水泵管路