矿井排水设计.doc

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第一部分

矿井排水设备选型设计

述1概

2设计的原始资料

开拓方式为斜井片盘，其井口标高为+212.7m，开采水平标高为+48m，正常涌水量为9.5m3/h；最大涌水量为19.0m3/h；持续时间60d。

矿水PH值为中性，水温为15℃。

该矿井属于低瓦斯矿井，年产量为6万吨。

3排水方案的确定

在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。

集中排水开拓量小，管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。

当矿井较深时可采用分段排水。

涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。

因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。

在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同时开采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。

确定最合理的排水系统。

从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统，只需要在+19m标高水泵房设立中央泵房，就可将井底所有矿水集中排至地面。

4水泵的选型与计算

根据《煤矿安全规程》的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。

工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。

备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大泳水量。

检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。

水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。

排水管路必须有工作和备用水管。

工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排完24h的正常涌水量。

工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

4.1水泵必须排水能力计算

正常涌水期

最大涌水期

式中——工作水泵具备的总排水能力，；

——工作和备用水泵具备的总排水能力，；

——矿井正常涌水量，；

————矿井最大涌水量，。

4.2水泵所需扬程估算

由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即

HB=Hsy/ηg=198+4/0.9=224

式中HB——估算水泵所需扬程，；

Hsy——侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取Hsy=井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），；

ηg——管路效率。

当管路在立井中铺设时，ηg=0.9～0.89；当管路在斜井中铺设，且倾角>时,=0.83～0.8；＝～时，＝0.8～0.77；＜时，＝0.77～0.74。

4.3水泵的型号及台数选择

4.3.1水泵型号的选择

根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。

从水泵产品目录中选取D46-50×7型号泵，流量46m3/h额定扬程350m。

则：

4.3.2水泵级数的确定

I=HB/Hi=

取=5级

式中——水泵的级数；

——单级水泵的额定扬程，。

4.3.3水泵台数确定

工作泵台数取n1=1

备用水泵台数

n2≥0.7n1=0.7×1=0.7和n2≥Qmax/Qe-n1=780/450-1=0.73

取n2=1

检修泵数

n3≥0.25n1=0.25×1=0.25，取n3=1

因此，共选3台泵。

5管路的选择

5.1管路趟数及泵房内管路布置形式

根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。

正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时，两台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Qe等于泵的流量。

5.2管材的选择

由于井深远大于200m，确定采用无缝钢管。

5.3排水内径

式中　　——排水管内径，；

　　　　——排水管中的流量，；

　　　——排水管内的流速，通常取经济流速＝１.５～２.２

（ｍ／s）来计算。

从表1－１预选Φ325×８无缝钢管，则排水内径=（325-2×8）mm=

309mm

表1-1热轧无缝钢管

（YB231-70）

外径/mm

壁厚/mm

外径/mm

壁厚/mm

外径/mm

壁厚/mm

89

3.5～24.0

146

4.5～36.0

273

7.0～50.0

95

3.5～24.0

152

4.5～36.0

299

8.0～75.0

102

3.5～28.0

159

4.5～36.0

325

8.0～75.0

108

3.5～28.0

168

5.0～45.0

351

8.0～75.0

114

4.0～28.0

180

5.0～45.0

377

9.0～75.0

121

4.0～32.0

194

5.0～45.0

402

9.0～75.0

127

4.0～32.0

203

6.0～50.0

426

9.0～75.0

133

4.0～32.0

219

6.0～50.0

459

9.0～75.0

140

4.5～36.0

245

7.0～50.0

480

9.0～75.0

常用壁厚尺寸系列

2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5101112131415161718192022252830323640505660637075

5.4壁厚验算

式中——所选标准内径，cm；

——管材许用应力。

焊接钢管=60MPa，无缝钢管=80MPa；

——管内水压，考虑流动损失，作为估算；

C——附加厚度。

焊接钢管，无缝钢管。

所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。

吸水管壁厚不需要验算。

因此所选壁厚合适。

5.5吸水管径

据根选择的排水管径，吸水管选用Φ351×８无缝钢管。

6工况点的确定及校验

6.1管路系统

管路布置参照图1-2所示的方案。

这种管路布置方式任何一

台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如图1-2所示。

图1-2泵房管路布置图

6.2估算管路长度

排水管长度可估算为：

Lp=Hsy+（40～50）m=266+（40～50）m=（306～316）ｍ

取Lp=３１５m，吸水管长度可估算为Lx=7m。

6.3管路阻力系数R的计算

沿程阻力系数

吸水管λx===

排水管λp===

局部阻力系数吸、排水管及其阻力系数分别列于表1-3、表1-4中

表1-3吸水管附件及局部阻力系数

附件名称

数量

局部阻力系数

底阀

1

3.7

90。

弯头

1

0.294

异径管

1

0.1

表1-4排水管附件及局部阻力系数

附件名称

数量

局部阻力系数

闸阀

2

逆止阀

1

3.2

转弯三通

1

1.5

90。

弯头

4

异径管

1

0.5

直流三通

4

30。

弯头

2

　式中　R——管路阻力系数，；

、——吸、排水管的长度，m；

、——吸、排水管的内径，m；

、——吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v≥1.2m/s，其值

可按舍维列夫公式计算，即

、——吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表1-3、1-4。

6.4管路特性方程

新管

旧管

式中K——考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1，对挂污管径缩小10%，取K=1.7，一般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。

6.5绘制管路特性曲线并确定工况点

根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表1-5中。

表1-5管路特性参数表

Q/（m3·h-1）

200

250

300

350

400

450

500

550

H1/m

267.5

268.4

269.5

270.7

272.2

273.8

275.7

277.7

H2/m

268.6

270.1

271.9

274.1

276.5

279.3

282.5

285.9

利用表1-5中各点数据绘制出管路特性曲线如图1-7所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M1和M2，即为新、旧管路水泵的工况点。

由图中可知：

新管的工况点参数为QM1=532m3/h,HM1=277m,ηM1=0.8,HsM1=5.1m,NM1=498KW；旧管的工况点参数为QM2=516m3/h，HM2=283m,ηM2=0.81,HsM2=5.3m,NM2=492KW，因ηM1、ηM2均大于0.7，允许吸上真空度HsM1=5.1m，符合《规范》要求。

6.6校验计算

6.6.1排水时间的验算

管路挂污后，水泵的流量减小，因此应按管路挂污后工况点流量校核。

正常涌水时，工作水泵台同时工作时每天的排水小时数

最大涌水期，工作水泵、台同时工作时每天的排水小时数

即实际工作时，只需2台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大涌水量。

6.6.2经济性校核

工况点效率应满足η=0.8≥0.85η≥0.85×0.81=0.69，

η=0.81≥0.69。

6.6.3稳定性校核

H=266≤0.9iH0=0.9×5×72=324m

式中——单级零流量扬程，。

由-型水泵特性曲线图可知=

6.6.4经济流速校核

吸水管中流速

排水管中流速

吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求。

注：

吸、排水管的经济流速通常取1.5～2.2m/s

6.6.5吸水管高度校核

式中[HSM1]=HSM1-（10-ha）-（hn-0.24）

=5.1-（10-10.3）-（0.17-0.24）

=5.47m

注:

　——不同海拔高度ｚ时大气压值见表［］ｍ；

　　——不同水温ｔ时的饱和蒸汽压力值［］ｍ；

实际吸水高度H=4m＜[H]，吸水高度满足要求。

6.6.6电机功率计算

=

式中　——电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于

100KW时，取=1.1；当水泵轴功率为

10～100KW时，取=1.1～1.2。

水泵配套电机功率为，大于计算值，满足要求。

6.6.7电耗计算

1）年排水电耗

式中——年排水电耗，；

——水的重度，；由给定条件可知=10003

、——年正常和最大涌水期泵工作台数；

、——正常和最大涌水期泵工作昼夜数；

、——正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数；

——传动效率，对直联接取1，联轴器联接取0.95～0.98；

——电动机效率，对于大电动机取0.9～0.94，小电动

机取0.82～0.9；

——电网效率，取0.95；

2）吨水百米电耗校验

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