矿山井下排水系统节能优化设计

第11卷第3期2013年6月矿业工程MiningEngineering49矿山井下排水系统节能优化设计张宁宁(中冶北方工程技术有限公司，辽宁大连116622)摘要：井下排水是矿山设计的重要组成部分，对井下排水进行节能优化设计，既可以保证排水设备的安全稳定运行，又能够降低排水系统电耗，带来较好的经济效益。关键词：井下；排水系统；节能；优化设计中图分类号：TD442文献标识码：A文章编号：1671—8550(2013)03—0049—020引言矿山井下排水电耗占全矿总电耗的17．5％～40．9，有些矿甚至高达6O。排水设备选择不恰当和管道系统设计不合理，都会浪费大量的电能，也不符合国家节能降耗的要求。因此，工程设计如何保证在整个系统合理稳定的前提下，降低排水电耗，已被我国列为矿山节能的重要研究课题。水泵给水系统选择的不合理，会降低系统效率，增加能耗；而给水系统设计的不合理，会使排水阻力增加、电耗增大，也降低了泵的汽蚀余量。为了解决上述问题，需要对矿山井下排水系统进行节能优化设计。1管路系统的优化设计采用无底阀排水。底阀产生的阻力占吸水管中阻力的7O％，而阻力不仅增大了电耗、降低了汽蚀余量，还容易导致水泵汽蚀、故障，增加了检修维护成本。底阀的主要作用是在水泵启动前，使吸水管和水泵叶轮间充满水和过滤水中的杂质，只有采用为水泵灌水启动的排水方式来配置底阀，而采用真空泵吸入水启动的排水方式则不需要配置底阀，因此，设计中完全可以取消水泵人口的底阀，采用无底阀设计。吸水管道的合理设计对减小吸水阻力、降低能耗起到较大的作用。吸水管应尽可能短些，并少用弯头，在吸水管和水泵入口处安装一段长度不小于吸水管直径的3倍直管，或安装长度等于或大于大收稿日期：2013—01—22作者简介：张宁宁(1980一)，女(汉族)，辽宁人，中冶北方工程技术有限公司工程师。小头直径差的7倍且偏心的异径管，使水流以缓慢且均匀的速度进入水泵。管道规格的选择对节能和投资产生双重影响。要根据相关规程规范进行详细的计算，按照不同的进出口流速计算出相应的管径，使系统投资和经济运行达到最佳状态。管道直径根据公式(1)计算选出：，一．／一㈩3p一√600~rv—iiuJ式中Q——额定工况点流量，m。／h；——管内的经济流速，一般情况，泵入口经济流速取0．8～1．5m／s；泵出口经济流速取1．2～2．2m／s(管径大时用较大值，管径小时用较小值)，最大不宜超过3．0m／s；d。——管道的计算内径，m。管道壁厚根据公式(2)计算选出：一。．5d(／aa_~一01．．4Pd：一1)+a，(2)式中d——管道内径，mm；o．a——许用应力，MPa，铸铁管25MPa，焊接钢管80MPa，无缝钢管100MPa；Pd——管道最低点压力，MPa；ar——附加厚度，mm。2排水泵给水系统的优化设计井下排水系统按照水文地质报告情况可分为两大类：1)存在大水或突然涌水危险的井下排水；2)突然涌水可能性不大的井下排水。有突然涌水地质的井下排水一般使用在地表集中控制的潜水泵(即潜入式排水)，虽然潜水泵价格要比一般卧式离心泵的价格高很多，但是当发生突然涌水时这种设计可以保持水泵的设计能力，继续排水；突然涌水可能性不大的井下排水，可采用吸入式或压人式排50矿业工程第11卷第3期水系统，下文主要论述和比较这两种排水系统的最优选择。目前，在国内使用的井下排水系统中，一般都采用把真空泵连接到水泵注水口上的方法，将排水泵叶轮和进水管道内抽成一定的真空，使配水池中的水在真空负压下进入泵内(无底阀排水)，然后启动排水泵，即吸人式排水。压人式排水不受水泵吸程的限制，可以选用低吸程、无吸程或需要一定注水高度的高效率大流量水泵，减少水泵台数，缩短泵房的长度，减少硐室的工程量。压入式排水可避免汽蚀，提高水泵工作的可靠性，延长水泵的使用寿命。以某矿山项目的井下排水为例：该矿山没有大水或突然涌水危险，排水泵房设在1000m水平，排水管敷设在竖井内，坑内水经竖井送至地表的1310ITI高位水池内，坑内总涌水量见表1。表1坑内总涌水量预测结果2．1设备排水能力的确定正常水量：Q一一-825．85m3／h最大水量：Q。一鲁一-2697．7m。／h2．2排水设备扬程的确定H：==K×Hp—l_1×310—341m式中K——扬程损失系数，对于竖井K一1．1；对于斜井K一1．2～1．35；H。——排水高度，m。2．3水泵的确定根据计算，本项目如采用吸入式排水，则选择7台D450—60×6型水泵，Q一450m。／h，H一360m，NPSH一4．9m，-q一0．76，配电动机功率680kW；如采用压入式排水，则选择4台250DK360型水泵，Q一110om。／h，H=360m，Hs-0m，NPSH一14．3m，一0．83，配电动机功率1600kW。2．4