矿用潜水电泵在煤矿主排水系统中的应用研究

摘 要：本文主要针对现有排水系统所存在的弊端，提出对于水文地质条件较为复杂或存在突水淹井危险可能的矿井，要采用潜水式排水系统与传统卧式排水系统相结合的方式来全面提高矿井的抗水灾害能力。

关键词：大型矿用潜水电泵 新型排水系统 布置

中图分类号：TD744 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（c）-0126-01

矿井透水灾难具有危害面较大、影响时间较长的特点，其已成为影响矿山安全生产的重大关键问题。一般在对矿井水灾害的防治和救治时，传统的卧泵排水模式抗灾能力较差，并且当水文地质条件较为复杂或存在突水淹井危险的矿井时，就必须引入大型矿用潜水电泵作为潜水式主排水系统，从而全面提高矿井的抗水灾害能力。

1 煤矿现有主排水系统弊端

我国矿山目前使用最普遍的排水系统，其基本方式就是设置卧泵、防爆电机、电液控闸阀、开关柜、PLC电控柜、敷设电缆和管路等排水设备在井底泵房内。现有的基于该方式的排水系统存在一系列的弊病。

（1）系统效能因为卧泵气浊现象的限制而不能被全部利用。离心泵安装的实际高度会因为受泵汽浊现象的限制，其安装高度要比允许吸水的高度高，因此矿井井下水仓的开拓工程量和布置井下巷道的难度增加。（2）降低抗水灾能力。具有防爆性的电机、开关柜和电控柜并不具有防水性，如果谁侵入，会因为电气系统损坏而引起断电。如果矿井发生突水事故，瞬间的涌水量会远远大于矿井排水系统的最大排水能力，井底泵房会因此被淹没，排水系统瘫痪，淹井事故发生。（3）复矿困难。只有利用外部设备才能在水灾过后将矿井水位恢复到安全水位下，然后恢复排水系统的工作。

2 潜水电泵的结构特点

潜水泵和潜水电机组成了潜水电泵的主体。其中潜水电动机装在泵的下面，泵与电动机用刚性联轴器连接。

潜水泵的泵体结构分为单吸、双吸两种形式，单吸泵吸入口在泵体下方，双吸泵吸入口分别在泵体上方和下方。单、双吸两种结构形式的泵，叶轮均为上、下两组对称分布，即两组叶轮背靠背布置，并且上下各有一个吸水口。水泵工作时，上泵对轴的作用力与下泵对轴的作用力大小相等方向相反，理论上泵的轴向推力趋于平衡，使推力轴承负荷减轻，延长轴承使用寿命，提高泵的运行可靠性。

潜水式电动机采用的是充水式三相异步，泵机联结套将电机的主轴和潜水泵的主轴相连。电动机的功率不同，内部设置的散热系统也不同，冷却水的循环流动不间断，可以冷却电动机内部。安装使用电泵时，会装一个筒罩（吸罩）在电动机外壳的外边，电泵运行时，泵的吸水从电动机外壳和统之间流过，将电动机外壳的热量吸走，达到冷却电动机外部的目的。

上下泵体的对旋特性在大功率潜水泵运行的时候结合电机内外水流的对冲散热特性，对整套系统安全可靠的优良性能起决定作用，该设备可以作为煤矿生产排水的主设备。

3 新型主排水系统的设计和布置

潜水式排水系统与传统卧式排水系统相结合的新型排水系统的设计的关键是潜水电泵及卧泵的选型、管路计算及系统布置。现以内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿井为例，介绍新型排水系统的设计和布置。

3.1 水泵的选型

1）水泵选型计算。

根据所需的水泵排水能力的要求，潜水式排水系统设计选用BQ550—688/18—1600/W—S型矿用隔爆型潜水电泵（550 m3/h，688 m），配1600/4—S型（1600 kW、1470 r/min、10 kV）矿用隔爆型潜水电动机。卧式排水系统设计选用PJ150×10型矿用多级离心泵（300 m3/h，648 m），配YB630 M1—4型（1000 kW、1480 r/min、10 kV）矿用隔爆电动机。

3.2 管路计算

新型主排水系统排水管路主要综合考虑潜水电泵和卧泵的工况点、经济流速等因素来合理选择管径、壁厚。主排水管路也必须有工作和备用管路，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量，工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20 h内排出矿井24 h的最大涌水量。但在水文地质条件复杂的矿井，建议一泵一管以便应对突发情况。辅助排水离心泵的排水管路可以与主排水管路共用，以达到减少管材并能应对复杂水况的目的。

吸水管直径：d=D+0.25（m）。

排水管选择Φ325×14型热轧无缝钢管，吸水管选择Φ351×8型热轧无缝钢管。

经过以上计算，选用BQ550—688/18—1600/W—S型矿用隔爆型潜水电泵3台作为主排水设备，全部在地面集中控制，主排水管路选用三趟DN300的管路。正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水时2台水泵工作，当矿井发生突水危险时，3台水泵同时工作。并选用PJ150×10型矿用多级离心泵2台作为辅助排水设备，在枯水期或矿井涌水量较小时使用，辅助排水管路共用三趟主排水管路，正常及最大涌水时均为2台工作同时。

3.3 潜水泵的布置方式

根据矿井现场的不同条件，大型潜水泵在安装方式上可有立式、卧式和倾斜式三种形式。

（1）潜水泵的立式安装。其设计特点具有运转可靠、使用寿命长等优势，但其井巷工程量大。排高超过600 m，流量超过300 m3/h的潜水泵长度约在8 m左右，再加上潜水电机的长度，总体长度会超过10 m以上，从而给安装施工带来了很多不便。

（2）潜水泵的卧式安装。这种方式的优点是可以减少大量的井巷工程，但由于由于泵的上下级流体压力不同、磨损、泄露等问题，其两端的轴向力肯定存在差异，这就使其长轴长时间受力挠度变形，导致潜水电泵寿命大大降低。故当选用潜水电泵的功率较大时，建议采用立式安装方式，若采用卧式安装方式，应采取一定安装措施如在泵底座增加支撑梁，减少其挠度变形。

（3）潜水泵的倾斜安装。倾斜安装方式和水平安装方式的工程量基本相当。把泵座倾斜的固定在吸水斜井内，倾斜角度可视现场具体情况而定，倾斜角度越大，越有利于泵细长轴的受力，减小对其变形的影响，从而延长泵的寿命。

总之，应根据矿井现场具体情况来选择潜水泵的安装方式，并且潜水泵的上吸水口高度不应高于卧泵泵房的地板标高，以防止卧泵排水系统进水失效，而达不到预定目的；若在一个吸水井内安放多台潜水电泵，为防止各个潜水泵吸水口互相干扰，应使各台泵的吸水口在空间上保持一定的距离。

4 结论

如果矿井所处位置水文地质条件复杂或者有突水淹井的危险，将井下主排水系统和潜水式排水系统或者传统卧式排水系统两者的优势相结合，利用合理选择水泵和管路，减少矿井枯水期的不必要消耗，同时国家财产也能有效地避免较大损失。

参考文献

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