張秋霞 趙傳奇

【摘 要】煤礦井下開(kāi)拓掘進(jìn)巷道、采煤工作面回采時(shí)會(huì)出現(xiàn)淋水或涌水，如果不及時(shí)采取合理的排水措施，將對(duì)煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)威脅。由于礦井每個(gè)出水點(diǎn)水量不同，因此所選的排水泵的類(lèi)型也有所不同。通常采用實(shí)驗(yàn)法、計(jì)算法，效率低下、計(jì)算煩瑣。針對(duì)此狀況，根據(jù)文獻(xiàn)法、實(shí)驗(yàn)法、對(duì)比法設(shè)計(jì)出符合煤礦生產(chǎn)實(shí)際所需的排水泵優(yōu)化選型系統(tǒng)。設(shè)計(jì)好程序和軟件后，將煩瑣的計(jì)算轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的參數(shù)輸入，最后進(jìn)行優(yōu)化，操作方便明了，計(jì)算選型快速準(zhǔn)確。使用該系統(tǒng)可完成井下各個(gè)排水點(diǎn)泵體的快速選型，大大提高煤礦設(shè)備使用率和排水效率。

【關(guān)鍵詞】煤礦;排水泵;選型;優(yōu)化設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD744 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）09-0037-02

0 前言

煤礦井下開(kāi)拓掘進(jìn)巷道、采煤工作面回采時(shí)靠近含水層、水?dāng)鄬印⒗峡辗e水區(qū)、陷落柱與敞開(kāi)隔離煤柱時(shí)會(huì)出現(xiàn)大量涌水，不僅影響井下生產(chǎn)和人身安全，而且會(huì)對(duì)井下的機(jī)械設(shè)備、設(shè)施產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕作用，大大縮短設(shè)備的使用壽命。因此，煤礦井下排水設(shè)備在整個(gè)煤礦開(kāi)采系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。由于礦井每個(gè)出水點(diǎn)水量不同，因此所選的排水泵的類(lèi)型也有所不同。通常采取經(jīng)驗(yàn)法選擇，易導(dǎo)致排水泵流量和揚(yáng)長(zhǎng)不符合要求。選型過(guò)小會(huì)導(dǎo)致水泵水壓不足，造成巷道或泵窩內(nèi)水不能及時(shí)排除;過(guò)大會(huì)浪費(fèi)耗電量，導(dǎo)致成本增加。因此，排水泵的選型對(duì)于井下生產(chǎn)非常重要。針對(duì)這一突出狀況，根據(jù)文獻(xiàn)法、實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)并編制出符合煤礦生產(chǎn)實(shí)際的排水泵Excel輔助優(yōu)化選型系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以新莊煤礦26051風(fēng)巷排水地點(diǎn)為例，使用Excel軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)排水泵選型進(jìn)行編程優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)用性很強(qiáng)，可供其他排水點(diǎn)借鑒。

1 26051風(fēng)巷排水點(diǎn)簡(jiǎn)介

神火集團(tuán)新莊煤礦26051風(fēng)巷：正常的涌水量為60 m3/h，最大涌水量為90 m3/h?！睹旱V安全規(guī)程》第82條規(guī)定，如果超過(guò)50 m3/h時(shí)的預(yù)計(jì)涌水量，那么臨時(shí)水倉(cāng)的容積必須超過(guò)8 h的正常涌水量，而且要求水倉(cāng)容積的設(shè)計(jì)能力不能小于480 m3[1]。該水倉(cāng)實(shí)際容積為500 m3，能滿(mǎn)足正常涌水量要求;水倉(cāng)至排水點(diǎn)垂直高度為35 m，目前排水距離為460 m。

2 排水管路選型

26051風(fēng)巷單臺(tái)潛水泵的流量不得小于72 m3/h，管內(nèi)流體流量為72 m3/h，考慮管路損耗結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排水能力，選擇DN150管路最為適宜，該管路最大流速V≈2.45 m/s，最大流量為43 L/s（154.8 m3/h）。

3 排水泵流量計(jì)算

《煤礦安全規(guī)程》第82條規(guī)定，要是在井下排完24 h的正常涌水量，那么投入工作的水泵排水能力需在20 h內(nèi)完成，且備用排水泵的排水能力應(yīng)大于且等于正在工作的排水泵排水能力的70%[1]，即

工作水泵與備用水泵的總能力，能在20 h內(nèi)排完24 h的最大涌水量，即

式中，qz為正常的涌水量，qmax為最大的涌水量，QB為工作水泵需要的排水能力，QBmax為工作泵與備用泵所需要的排水能力總和[2]。26051風(fēng)巷QB=1.2×60 m3/h=72 m3/h。

因此，26051風(fēng)巷設(shè)計(jì)兩臺(tái)同等能力的排水泵（一用一備）。所選單臺(tái)潛水泵的流量不得小于72 m3/h，能滿(mǎn)足《煤礦安全規(guī)程》第82條對(duì)工作泵和備用泵的要求。

4 排水泵揚(yáng)程計(jì)算

4.1 彎管、閘閥、逆止閥、底閥損耗計(jì)算

巷道共設(shè)計(jì)n1個(gè)彎管，n2個(gè)全開(kāi)閘閥，n3個(gè)逆止閥，n4個(gè)底閥。彎管、全開(kāi)閘閥、逆止閥折、底閥按照合成直管后計(jì)算[2]。管路的內(nèi)徑為D，根據(jù)表1得，每個(gè)閥及彎管折合長(zhǎng)度如下。？譹？訛n1個(gè)彎管折合成25倍直徑：L1=25×D×n1。？譺？訛n2個(gè)全開(kāi)閘閥折合15倍直徑：L2=15×D×n2。？譻？訛n3個(gè)逆止閥折合成100倍直徑：L3=100×D×n3。？譼？訛n4個(gè)底閥折合成100倍直徑：L4=100×D×1。L總1=L1+L2+L3+L4。

在新莊煤礦26051風(fēng)巷中共設(shè)計(jì)2個(gè)彎管、1個(gè)全開(kāi)閘閥、1個(gè)逆止閥和1個(gè)底閥。查表1得出需采用的管路內(nèi)徑為DN150，彎管、全開(kāi)閘閥、逆止閥折合成直管計(jì)算。? L1=25×150×2=7.5 m，L2=15×150×1=2.3 m，L3=100×150×1=15m，L4=100×150×1=15 m;L總1=7.5+2.3+15+15=39.8 m≈40 m。

4.2 管路揚(yáng)程損耗確定

管路內(nèi)徑為DN150，管內(nèi)流體流量為72 m3/h，轉(zhuǎn)換為20 L/s，查表?yè)P(yáng)程損失為HV=1.1 m/100 m（每100 m管長(zhǎng)損失1.1 m），見(jiàn)表2。

26051風(fēng)巷敷設(shè)管路長(zhǎng)度為460 m，各類(lèi)彎管、閘閥、逆止閥、底閥損耗總損耗計(jì)算結(jié)果為40 m，管路總長(zhǎng)度折合為460+40=500 m，DN150排水管路100 m損耗為1.1 m，折合成垂直高度（損失揚(yáng)程）≈5.5 m。

4.3 排水泵總揚(yáng)程計(jì)算

總揚(yáng)程計(jì)算公式如下：

上式中，Ha為實(shí)際吸水揚(yáng)程，HL為損失揚(yáng)程。Hc為垂直標(biāo)高。

故H=3（吸水揚(yáng)程）+5.5（損失揚(yáng)程）+35（排水揚(yáng)程）=43.5 m。選型揚(yáng)程=1.1H=1.1×43.5 m=47.85 m。

5 排水泵選型優(yōu)化設(shè)計(jì)

把上面的計(jì)算公式在Excel軟件中進(jìn)行編程定義，然后在Excel設(shè)計(jì)軟件中輸入管徑、閘閥、逆止閥、彎管、管路長(zhǎng)度、百米損耗數(shù)值、巷道排水垂直高度、流量等參數(shù)。將所有的數(shù)據(jù)和參數(shù)利用一系列函數(shù)關(guān)系，最終快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出排水泵的實(shí)際揚(yáng)程（2 min可計(jì)算出結(jié)果）。同時(shí)，可根據(jù)流量校驗(yàn)并選定管路。新莊礦井排水泵的選型優(yōu)化設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，26051風(fēng)巷排水管路根據(jù)排水泵流量和揚(yáng)程參數(shù)，選用2臺(tái)（1備1用）BQS120-50-30型排水泵（流量為120 m3/h，揚(yáng)程為50 h，功率為30 kW）即能滿(mǎn)足該排水點(diǎn)的需要。

6 結(jié)語(yǔ)

排水泵選型時(shí)，不能盲目選擇，只有經(jīng)過(guò)計(jì)算、繪制特性曲線(xiàn)、選取最佳工況點(diǎn)并進(jìn)行合理分析各要素后，才能達(dá)到節(jié)能效果，計(jì)算較多[3]。本項(xiàng)目研究設(shè)計(jì)的礦用排水泵Excel輔助優(yōu)化選型系統(tǒng)，根據(jù)煤礦實(shí)際情況，將煩瑣的計(jì)算公式轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的參數(shù)輸入形式。解決礦井排水泵及管路選型計(jì)算繁、慢、存在誤差等問(wèn)題，杜絕選型過(guò)程出現(xiàn)流量、揚(yáng)程、管路等不符合現(xiàn)場(chǎng)使用要求。在煤礦企業(yè)，它是一種優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，適用于礦井所有排水點(diǎn)，具有可推廣性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2016：19.

[2]張榮立，何國(guó)緯，李鋒.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005：2305-2307.

[3]孔繁德.礦井排水泵特性分析及選型計(jì)算[J].煤炭技術(shù)，2010，29（2）：10-11.