双泵共管在煤矿主排水系统的应用

摘要：对某新建矿井主排水系统和某生产中煤矿-430m水平扩排系统进行分析，从泵房硐室高度、排水系统复杂程度和排水管路敷设难度上进行对比，得出了大涌水量矿井的排水系统适合采用双泵共管运行方式的结论，同时给出了采用双泵共管运行方式时水泵工况点的计算方法。

关键词：双泵共管；排水系统；煤矿

煤矿主排水系统担负着将矿井涌水排至地面的任务，是关系到矿井安全生产的重要系统之一。目前主排水系统主要是采用单泵单管的运行方式，即1台水泵所排出的水通过1趟管路排至地面。单泵单管的运行方式具有系统简单、控制方便等优点，适合小涌水量的矿井。但是当矿井涌水量较大、正常涌水时需开启3台泵以上时，采用单泵单管的运行方式将导致排水管路多、泵房高度较高、井筒内管路布置困难等问题，因此大涌水量矿井排水系统采用双泵共管运行方式是非常必要的。本文通过对鲁新矿井主排水系统和孟加拉国巴拉普库利亚煤矿（以下简称孟巴煤矿）-430m水平扩排系统的设计进行分析，详细介绍了双泵共管技术在新建矿井和生产矿井主排水系统中的应用。

1双泵共管技术在新建矿井中的应用

鲁新煤矿位于内蒙古锡林郭勒盟乌拉盖管理区境内，设计产量5.0Mt/a，主、副、风井均采用立井单水平开拓。主井井筒净直径准5.0m，副井井筒净直径准7.0m，矿井井口标高+872.5m，井底水平标高+570.0m。矿井在+570.0m水平设主排水泵房，将矿井涌水通过副井井筒直接排至地面，目前矿井正处于建设阶段。（1）主排水系统设计依据矿井正常排水量1840m3/h，最大排水量2760m3/h（排水量均包括矿井地质涌水量、井筒淋水及井下消防洒水、防火灌浆水等）。排水高度308.5m（含地面调节水池高约2m、吸水高度4m），总排水长度约950m。（2）主排水设备选型根据《煤矿安全规程》和GB50215-2015《煤炭工业矿井设计规范》的相关规定：除正在检修的水泵外，应当有工作水泵和备用水泵。工作水泵的能力应在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他涌水），备用水泵的能力应当不小于工作水泵能力的70%。检修水泵的能力应当不小于工作水泵能力的25%。工作和备用水泵的总能力应当能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。根据此矿井涌水量的特点，并结合目前国内矿用水泵的制造及使用情况，设计选用MD720-60×6型矿用多级离心泵8台，正常涌水时4台工作、3台备用、1台检修，最大涌水时6台水泵同时工作，每台水泵配1台1400kW、10kV、1485r/min矿用一般型电机。由于矿井正常涌水量有增大的可能，设计在主排水泵房内预留2台水泵的安装位置。（3）主排水系统运行方式分析鲁新矿井主排水设备选用MD720-60×6型矿用多级离心泵，若采用单泵单管运行方式，则每台水泵需配1趟准377mm×11mm无缝钢管制作的排水管路，矿井最大涌水时需要6台水泵同时工作，因此需要在泵房和井筒内敷设6趟准377mm×11mm无缝钢管管路，每台水泵需配7台DN300的电动闸阀，整个泵房内共56台电动闸阀，且泵房高度将达到8.72m，单泵单管运行方式泵房断面图如图1所示。主排水泵房硐室高度大，施工困难且支护难度大，硐室容易变形，闸阀数量多，控制系统复杂。若采用双泵共管技术，2台MD720-60×6型矿用多级离心泵共用1趟排水管路，则每2台水泵需配1趟准550mm×15mm无缝钢管制作的排水管路，矿井最大涌水时需要6台水泵同时工作，因此需要在泵房和井筒内敷设3趟准550mm×15mm无缝钢管管路，每台水泵仅需配4台DN300的电动闸阀，整个泵房内共32台电动闸阀，泵房高度为7.37m，双泵共管运行方式泵房断面图如图2所示。经过对比可以看出，采用双泵共管技术可将泵房内的管路由6趟减少为3趟，电动闸阀由56台减少为32台，泵房硐室高度可降低1m，大大降低设备和矿建投资，降低支护难度。经技术和经济分析，确定鲁新矿井主排水系统采用双泵共管技术，每2台MD720-60×6型矿用多级离心泵共用1趟准550mm×15mm无缝钢管管路。（4）主排水泵工况点的计算根据所选择的排水管路型号，结合矿井排水系统的特点和排水高度，经计算得到鲁新矿井主排水系统的管网特性曲线方程。管路淤积后管网特性曲线方程厂家提供的MD720-60×6型矿用多级离心泵特性曲线图如图3所示，采用作图法计算水泵的工况点。曲线3和曲线4与曲线1的交点M3和M4即为单台水泵单泵单管运行方式下的工况点。曲线3和曲线4与曲线2的交点M1′和M2′即为2台水泵在双泵共管运行方式下的工况点，以M1′和M2′为端点做平行于横轴的直线，分别交曲线1于点M1和M2，则点M1和M2为并联工作时每台水泵的工况点。由作图法得出水泵的运行工况点如表1所。

2双泵共管技术在生产矿井中的应用

孟巴煤矿产量约1.0Mt/a，主、副、风井均采用立井开拓。矿井三期开采时，由于受上部含水层影响，矿井的正常涌水量和最大涌水量有较大的增加，需要在-430m水平新建扩排泵房。矿井主、副井筒内目前已安装7趟排水管路，没有安装新增排水管路的空间，新建的扩排泵房排水管路只能通过钻孔敷设至地面。（1）扩排泵房排水设备选型依据矿井井口标高+33.6m，泵房底板标高-430.0m。新建扩排泵房承担的矿井正常排水量为2488m3/h，最大排水量为3732m3/h（矿井排水量均包括涌水量和井筒淋水及井下消防洒水、防火灌浆水等）。排水测地高度472m（包括吸水高度及地面水处理附加水头）。（2）主排水设备选型根据此矿井涌水量的特点，并结合该矿井现有排水设备型号和使用情况，在新建扩排泵房内选用MD720-60×9型矿用多级离心泵11台，正常涌水时5台工作、4台备用、2台检修，最大涌水时8台水泵同时工作。每台水泵配1台2000kW、6kV、1485r/min的矿用防爆电机。（3）排水系统运行方式分析孟巴煤矿-430m水平扩排泵房主排水设备选用MD720-60×9型矿用多级离心泵，若采用单泵单管运行方式，则每台水泵需配1趟准377mm×16mm无缝钢管制作的排水管路，矿井最大涌水时，需要8台水泵同时工作，因此需要在地面施工8趟准377mm的钻孔作为排水管通道，每台水泵需配9台DN300的电动闸阀，整个泵房内共99台电动闸阀，且泵房高度将达到10m左右。从地面向井下施工钻孔难度大、成本高，钻孔到底后还需要专门的巷道与钻孔底部连接，矿建工程大，且泵房高度达10m，施工难度大，泵房内电动闸阀数量大，控制系统复杂，故障率高，因此单泵单管的运行方式不可行，需按照双泵共管的运行方式进行设计，同时考虑钻孔施工难度和巷道内安装空间的影响，选用4趟准480mm×18mm无缝钢管制作的排水管路。采用双泵共管技术后，将8个钻孔减少为4个钻孔，泵房高度降低为6.74m，大大减少了矿建工程量，降低了排水管路安装的难度，电动闸阀数量降低为55个，简化了控制系统，减少了排水系统的故障点。

3结语

在大涌水量矿井中，主排水系统采用双泵共管运行方式可有效降低排水泵房硐室高度，简化排水系统，节约管路投资，降低排水管路的安装难度。采用双泵共管运行方式时，水泵的工况点仍可采用作图法得出。应注意的是，双泵共管运行方式下的排水系统有可能出现单泵单管的运行工况，因此在选择电机功率时，应按单泵单管运行方式下的工况点进行电机功率校核。

参考文献：

［1］于励民，仵自连.矿山固定设备选型使用手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2007.

［2］张书征.矿井主排泵工况设计与排水系统效率研究［J］.煤矿机械，2010，31(5):36-38.

［3］赵萍.多台泵多趟排水管路系统在矿井生产中的应用［J］.山西建筑，2013，39(26):105-107.

［4］于功江.大涌水量千米深井主排水系统设计问题探讨［J］.煤炭工程，2019，51(6):43-46．

作者：徐军 谭龙海 葛号 韩秀林 单位：通用技术集团工程设计有限公司