大流量潜水泵在煤矿主排水系统中的应用

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[摘 要]新岭煤矿主排水系统水仓底板标高（+74m）与主排水泵吸水口标高（+81.1m）垂高为7.1m，超过了水泵的最大吸水高度（5.066m）2.034m，当水位降至2.034m以下时，主排水泵排水效率低，水泵内形成严重的汽蚀，大大缩短了主排水泵使用寿命。为了解决上述问题，我们设计为主排水泵加设一台补水泵，经过实际使用，排水效率明显提高，排水时间也大大缩短，为矿上节约了大量的电费。

[关键词]汽蚀；吸水高度；潜水泵。

中图分类号：TD988 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0286-02

一、新岭煤矿排水系统简介及存在的问题

1、新岭煤矿排水系统简介

新岭煤矿中央泵房于2008年8月投入使用，使用三台KND450-60×5型多级离心泵，配套电机710kw，排水管路2条，管径273，管路长度650米。水仓高度3.5m，在用水仓容积2700m3，备用水仓容积1650m？。矿井正常涌水量200m3/h，最大涌水量350m3/h。水泵为双电源供电，两电源盘号并列运行。水仓底板标高+74m，水泵房底板底板标高+80.5m，主排水泵吸水口中心线标高+81.1m。

2、排水系统存在的问题及汽蚀的危害

（1）水泵吸水高度计算

根据水泵吸水临界高度计算公式计算：

吸水临界高度=水面大气压强（10.3m）-饱和蒸汽压（0.234m）-最小汽蚀余量（4.5m）-安全余量（0.5m）

得 KND450型水泵的临界吸水高度为5.066m。

（2）排水系统存在的问题

图1是新岭煤矿中央泵房主排水泵吸水高度示意图，排水系统实际吸水高度超过水泵最大吸水高度2.034m。

当水位低于2.034时水泵停止工作，水仓的空仓量不足1/2，仅能容纳矿井6小时左右的涌水量，不满足《煤矿安全规程》要求，给矿井安全生产埋下严重的隐患；

当水位低于2.034m时水泵继续工作，水泵内将会产生越来越严重的汽蚀，水泵寿命会大大降低，水泵更换周期缩短1/2，浪费检修资金，增加了劳动强度。

（3）发生汽蚀的原因及危害

汽蚀又称穴蚀，指流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象。常发生在如离心泵叶片叶端的高速减压区，在此形成空穴，空穴在高压区被压破并产生冲击压力，破坏金属表面上的保护膜，而使腐蚀速度加快。汽蚀的特征是先在金属表面形成许多细小的麻点，然后逐渐扩大成洞穴。严重时，在短时间内即可损毁叶轮。

汽蚀时，一般均伴有高频冲击引起的噪音及振动。在局部汽蚀时，对泵的流量和扬程无显著影响，进一步发展会使流量减少、扬程和效率降低，压力表指数骤然下降，真空表指数增加，直至不上水，水泵不能正常工作。

二、整改方案的确定

为了解决排水系统吸水高度过高的问题，我们设计为主排水泵加设一台大流量潜水泵（流量500m？/h，扬程12m）为补水泵，为主排水泵注水，具体方案如下：

方案一：如图2所示，将潜水泵安装在吸水井内，使潜水泵出水口直接与主排水泵吸水管相连接，启动潜水泵可直接为主排水泵注水。

方案二：如图3所示，将潜水泵安装在配水巷中，关闭配水巷与吸水井间的配水阀门，启动潜水泵为吸水井内注水，当水位达到主排水泵吸水高度时，启动主排水泵进行排水。

综合比较两个方案，方案一的优点是潜水泵安装工程量小，潜水泵可以直接将水注入主排水泵，主排水泵效率比较高，缺点是潜水泵损坏时，主排水泵也不能工作；方案二的优点是潜水泵与主排水泵相对独立工作，潜水泵损坏时不影响主排水泵工作，缺点是安装工程量大。综合考虑选择方案二进行安装。

三、排水系统改造后的优点

（1）主排水泵效率得到提高，如图5所示，KND4580-60×5型水泵额定扬程300m，中央泵房主排水泵实际扬程200m ，系统改造前2m水位时主排水泵的流量为350m？/h，改造后主排水泵吸水高度可保持在1.5m左右，流量为550 m？/h，比原来提高57.1%。

（2）系统改造后每日排水时间平均缩短了5小时，按实际运行电流58A计算，每年至少可以节约电量108万kw・h。

（3）大大缩短了水泵的启动时间。主排水泵的注水方式为泵体内吸真空，利用大气压将吸水井内的水沿着吸水管路压入泵体，由于吸水高度过高，水泵上水慢，主排水泵启动需10分钟左右。系统改造后，吸水高度为1.5m，水泵启动时间缩短到2分钟。

（4）水泵维修量降低。因为主排水泵采用真空泵吸真空原理注水，所以对主排水泵的盘根密封性要求特别高，系统改造前主排水泵盘根每天需要进行更换，改造后盘根更换周期延长至20天。

（5）系统改造后，消除了低水位时的汽蚀现象，水泵的损坏程度大大降低，水泵的更换周期由原来的半年可延长至2年，节约了水泵修理费用，也大大降低了工人的劳动强度。

（6）系统改造前，水仓的最低水位为1.6m，水仓中有超过2/5的水无法排除，水仓的实际使用容积仅为水仓额定容积的60%，给矿井防排水工作带来巨大挑战，也为矿井安全生产埋下隐患。改造后，水仓的水位可以排至0.5m，彻底消除了这一重大隐患。

四、结束语

新岭煤矿通过对矿井主排水系统吸水方式进行改造，小投入获得了巨大收益，消除了多年来的防排水工作隐患，为矿井安全生产奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]白铭声，陈祖苏. 流体机械. 煤炭工业出版社， 2005.

[2]大连理工大学工程画教研室.机械制图.高等教育出版社，2004.

作者简介

李元龙（1985―― ），男，2009年毕业于黑龙江科技学院机械电子工程专业，并于同年获得黑龙江科技学院采矿工程专业二学位，本科学历。毕业后从事机电工作，现工作于黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司新岭煤矿。