孔庄煤矿深井排水系统研究及应用
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摘 要：通过对排水设备的选型，水锤冲击力的研究，采取了综合防护措施，解决了千米立井排水的关键技术难题，合理确定孔庄煤矿千米深井排水系统。
关键词：深井排水系统;设备选型;水锤冲击;防范措施
孔庄煤矿新建矿井为混合立井，井底水平标高-1015米，井下主排水泵房布置在井底车场，两趟排水管路沿混合井井筒敷设至地面，排水高度1050米。由于是千米以上深井开采，为保证井下安全生产，对排水系统可靠性、安全性提出更高要求。因此本文对深井排水系统设备选型、排水方式选择、启动方式、水锤解决方法进行研究。
1 排水设备选型
1.1 水泵和电动机的选型
孔庄煤矿正常涌水量超过300m3/h，并且排水高度超过1050米，排水泵的选型是关键。
方案一选用PJ200×12型矿用耐磨泵。首级叶轮采用双吸结构，有利于提升水泵吸水高度，同时水泵扬程高，流量大，适应性强。系列中12级泵，即：MD420-96*12泵，额定流量420m3/H，扬程1100m满足孔庄煤矿的排水垂高要求。
方案二是在原D型泵基础上改进而成。特点水泵设计精度高，扬程高，各部件配合间隙小，水力损失小。但该型泵要求电动机高转速，达到3000r/min，且要配备润滑系统，管理难度大。该方案优点是设备初期投资稍低，缺点是水泵运行效率较低;年运行电费及吨水电耗较高。
经综合比较后，决定采用方案一。即选用PJ200×12（即MD420-96*12）型耐磨多级离心泵，配型南阳防爆电机厂生产的矿用隔爆异步电动机，型号YBXn560-4，功率2240kW。
1.2 排水方式的选择
煤矿井下排水有接力排水和直接排水两种方式：
接力排水——该种方式对设备性能要求小，设备选择多。但需要布置两个排水泵房，不仅系统复杂，而且排水效率低，吨水成本高，初期投入高。
直接排水——该种方式系统简单，管理难度小，排水效率高，吨水成本低。但对排水设备性能要求高，设备选型余地小，同时要有防水力冲击措施，保证设备运行安全。
由于混合井井筒较深，若采用分段排水，需要解决供电，硐室布置，增加水平和水仓，人员上下、井筒电缆的敷设等问题，分段排水矿建工程投资增加500万元。从技术经济角度考虑，孔庄煤矿新建混合立井采用直接排水方式比较合适。
1.3 排水泵的工况点计算
管路特性曲线方程：
新管 H=Ht+R1Q2=1066.5+0.000259Q2
旧管 H=Ht+R2Q2=1066.5+0.000441Q2
式中：R1、R2—管路阻力，经结合排水系统的管路附件数量、直管段长度等因素计算后：
新管时R1=0.000259，旧管时R2=0.000441。
水泵工况点参数：
新管：流量435.1m3/h、扬程1115.6m、效率76.5%、轴功率1779.8kW、最大吸水高度5.58m。
旧管：流量404m3/h、扬程1138.5m、效率74.9%、轴功率1722.2kW、最大吸水高度5.1m。
正常涌水时1台水泵工作，1台备用，1台检修;最大涌水时二台水泵同时工作，1台备用。
新管，正常涌水时排水时间18h，符合要求，最大涌水时排水时间10h，符合要求。
旧管，正常涌水时排水时间19h，符合要求，最大涌水时排水时间为11h，符合要求。
1.4 排水管路趟数、规格及其它
泵房及井筒内排水管路选用无缝钢管二趟，型号为Ф325×22。正常工作时管路为一趟工作，一趟备用，最大涌水时二趟管路同时工作。在水泵出口安装电控闸阀及逆止阀，远程操控。
1.5 水泵启动及启动设备选型
采用水泵直接启动方式时，启动电流一般为5～7倍额定电流，起动转矩小。过大的启动电流会造成变电所母线压降过大，影响变电所其他设备的正常运行。选用了套1拖2的软启动设备，该设备保护功能齐全，可有效降低启动电流。软启动设备投入运行以后，水泵启动时，可有效降低启动电流，提高启动转矩，从而保证了其他设备的正常运行。
2 水锤冲击的解决办法
产生水锤冲击的原因有：①阀门开启或者关闭时水力冲击;②水泵启动或者停止时水力冲击;③发生事故，水泵突然停止运行水力冲击。前两种情况是在操作过程中，管路内水流发生急剧变化产生的水力冲击，有效的解决方法是在控制程序内设置好阀门开启关闭时间，避免水流急剧变化。通过降低管路中的水流速度可以减少水力冲击压力，孔庄煤矿排水管内正常流速为2.2～2.3m/s。为减少水锤冲击，可采取以下防护措施：①水管管壁适当加厚，逆止阀选用16MPa等级;②井筒排水管托管梁考虑水锤冲击压力。
3 防护措施
1）延长水泵阀门开启和关闭时间;
2）停泵時，待出水阀门完全关闭后，再停泵;
3）水泵启动时应在水泵出口压力达到10MPa以后，再慢慢开启水泵出水口阀门。
4 结语
经过半年的运行状况分析和水泵、电机的日常维护分析，排水系统运行情况良好，未出现排水管漏水，水泵噪音大，震动大的情况，系统各参数均在正常范围内，并且排水系统一次试水成功，确保新建矿井的正常生产，也对全国千米深井排水系统具有可靠的借鉴意义。
参考文献：
[1]《泵类设计手册》编写组.泵类设计手册[K].北京：机械工业出版社，1975.
[2]徐泽植.常用供配电设备选型手册[K].北京：煤炭工业出版社，2005.
[3]顾永辉.煤矿电工手册（第二分册）矿井供电（上）[M].北京：煤炭工业出版社，1997.
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