矿井主排水系统毕业设计.docx

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矿井主排水系统毕业设计

矿井主排水系统毕业设计

第一章矿井概况

一、矿井简介

该矿井属于某煤田——河流区域，最高海拔+170米左右，平原最低标高+110左右，井田多为缓岗丘陵，堆积平原和玄武岩地相间，该河蜿蜒蛇曲，横贯井田南部为老年期河流，沿河两侧有大片沼泽湿地，河宽10～15米，坡度2.6%河深1～2米，平均流量0.77米3/秒，最小流量0.23米3/秒，最大流量（暴雨后）0.85米3/秒。

除此主干流外，还有季节冲沟，本区最高洪水位标高为+125米。

矿井东南为背斜构造，地层倾角最大60度左右，中西部有不明显褶皱，倾角一般10～18度，区断层共11层，其中除F11逆断层外，F1～F10均为正断层，断层落差最大120～150米，最小为0～17米。

二、水文地质

1、第四系孔隙含水层

该河在本区段上游以粗砂含水层为主，分选性和渗透性较好，含水丰富，其厚30米以上，最宽分布2100米，分选性和渗透性由上游逐渐减弱，该河下游以灰色砾砂为主，分选性与渗透性均好，含水丰富，含水层厚度平均为15米最厚25米，分布宽1100米，水力性质为潜水，埋在地表0.6米以下，水位1.2米左右，砾砂层含水层与煤系地层直接接触，二者的联系是密切的。

2、侏罗系含水带

从水文地质条件和地貌来看，西部为补给区，东部为排泄区，当地下水流到大中沟时，在低洼处，形成上升泉排泄于地表，东区侏罗系含水带划分为：

1）裂隙含水带，分布在120米以上，主要由中粗沙层组成，强化风隙含水带裂隙发育，含水丰富。

2）孔隙含水带，含水带在120米以下，即位于强风化裂隙含水带以下，但二带无明显界限，孔隙含水带单位涌水量在0.04～0.064升/秒.米，地下水受到到控制，总的规律是由西向东流。

3）自垩系隔水带

岩性为灰绿色岩，全区分布厚度不一，在背斜轴部岩基附近厚305米，两冀其它部分，平均厚160米，最低处为18.6米，单位涌水量为0.0216升/秒.米，所以视为隔水层。

3、矿床充水

1）地表水对矿床充水，该河由西向东横贯全区，它的注入是矿井充水的主要补给合源。

2）地质构造对矿床充水的影响，主干断层F10伴生几条高度正断层，是沟通第四系含水层的煤系地层，含水层的良好通道，容易对矿井造成突然涌水和增大涌水量。

3）大气降水，大气降水是地下水主要来源，砾砂含水层和玄武岩覆盖层裂隙发育是大气降水渗入补给的良好通道。

4）煤系地层顶部80米以上岩石含水性强，区百分之百的涌水部位多数岩性是中性粗砂岩，开采时要防止突然涌水。

第二章矿井主排水设备选择计算

一、设计依据

1）矿井年产量：

120万吨/年

2）矿井正常涌水量：

425m3/h

3）矿井最大涌水量：

825m3/h

4）矿井物理化学性质：

PH=7

5）主井地面标高：

+138M

6）付井地面标高：

+135M

7）付井倾角：

23°

8）付井筒直径：

6M

9）主井筒直径：

5M

10）开采水平：

-150M

11）沼气等级：

低

12）矿井供电电压：

6000V

13）矿井最大涌水量持续时间：

70h

二、排水系统的确定

矿井的排水系统分为：

直接排水和分段排水

1、直接排水系统的特点：

具有泵房少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量小，需要的人员少。

2、分段排水系统的特点：

泵房数量多，排水设备多，技术管理复杂，基建投资和运行费用多，工作人员多。

根据上述排水系统的特点，在采用直接排水时，由于只使用一套排水设备，所需用于排水的基本设备费和生产费较少，管理也比较简单。

同时,依据矿井的开拓方式和涌水的大小等给定的条件，只需在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面，故本设计的排水系统采用直接排水系统。

三、水泵的确定

1、工作水泵的排水能力

水泵必须具备的总排水能力，根据《煤矿安全规程》的要求，在正常涌水期，工作水泵具备的总排水能力为：

在最大涌水期，工作和备用水泵具备的总排水能力为：

式中：

—工作水泵具备的总排水能力，

；

—工作与备用水泵具备的总排水能力，

；

—矿井的正常涌水量，

；

—矿井最大涌水量，

。

2、水泵所需扬程的估算

由于水泵和管路均未确定，因此就无法确切知道所需的扬程，一般可由下面公式来进行估算：

式中：

—水泵扬程，

；

—测地高度，一般取

井底与地面标高差

，

；

—管路效率。

当管路架设在斜井，且倾角

时，

；

3、初选水泵的型号

依据计算的工作水泵排水能力

和估算的所需扬程

及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量，从泵产品样本中选取200MD—43×6型矿用耐磨离心泵，其额定流量

，额定扬程

，转数

，电机功率

，效率高达

。

则：

工作泵台数

，取

。

备用泵台数

，取

。

检修泵台数

，取

水泵总台数

台

四、排水管路的确定

1、管路趟数

根据泵的总台数，在满足《煤矿安全规程》的前提下，在井筒布置以不增加井筒直径的原则，选用典型五泵三趟管路的布置方式（如图1所示），其中二条管路工作，一条管路备用。

2、选择排水管

因为管径的大小涉及排水所需的电耗和装备管道的基本投资，若管径偏小，水头损失大，电耗高，但初期投资少；

图1泵房管路布置图

若管径选择偏大，水头损失小，电耗低，所需的初期投资费用高。

综合两方面考虑，可以找到最经济的管径，通常用试取管流速的方法来求得，。

式中：

—排水管径，

；

—通过管子的流量，

；

—排水管的流速，经济流速取

从标准YB231—70钢管规格表中预选

钢管，则排水管径

。

3、验算壁厚

因此所选壁厚合适。

式中：

—标准管径，

；

—许用应力，无缝钢管取

；

—管水压，估算

，

；

—附加厚度，无缝钢管取

4、选择吸水管

由

和

从标准YB231—70钢管规格表中选取

的无缝钢管，径

。

验算流速

5、计算管路特性

①管路布置

采用五泵三趟管路（如图1所示）的布置方式，。

任何一台水泵都可以经过三趟管路中任一趟排水，（如图2所示）。

②估算管路长度

排水管长度可估算为

，取

吸水管长度可估算为

。

③阻力系数

计算

计算沿程阻力系数。

对于吸、排水管分别为：

图2管路布置图

局部阻力系数，对于吸、排水管路附件其阻力系数分别列于表1、表2中。

表1吸水管路附件其阻力系数

吸水管附件名称

数量

系数值

底阀

1

3.7

90°弯头

1

0.294

收缩管

1

0.1

表2排水管路附件其阻力系数

排水管附件名称

数量

系数值

闸阀

2

止回阀

1

四通

1

90°弯头

4

直流三通

4

扩大管

1

30弯头

2

管路阻力损失系数

，其值为：

式中：

、

—吸、排水管的长度，

；

、

—吸、排水管的径，

；

、

—吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速

，其值可按舍维列夫公式计算如下：

、

—吸、排水管附件局部阻力系数之和，可查阻力损失系数表得，

g—重力和速度，

。

④管路特性方程

⑤绘制管路特性曲线，确定工况点，

根据管路特性方程，取六个流量求得相应的损失（表3所示）。

表3

利用表3中各点数据绘出管路特性曲线（如图3所示），

图3管路特性曲线与泵特性曲线

管路特性曲线与扬程特性曲线的交点M，即为工况点，由图中可知，工况点参数为

，

，

，

，

，因

大于0.7，允许吸上真空度

符合《煤矿井下排水设计技术规定》要求。

五、校验计算

1、由工况点验算排水时间

正常涌水期和最大涌水期每天必须的排水时间为

式中：

—工况点流量

—正常涌水量

—最大涌水量

无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜的排水时间均不超过20小时，符合《煤矿井下排水设计技术规定》规定。

2、经济性校核

工况点效率应满足

。

故经济性满足要求。

3、稳定性校核

单级平均额定扬程必须大于管路的测地高度。

4、计算允许吸水高度

取

，

，

，则允许的吸水高度为：

六、电动机功率计算

根据工况参数，可算出电机必须的容量为：

根据产品样本取

。

七、电耗计算

1、全年排水电耗

式中：

、

—年正常和最大涌水期泵工作台数；

、

—正常和最大涌水时期泵工作昼夜数；

、

—正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数；

、

、

—电机效率，电网效率，传动效率。

2、吨水百米电耗校验

第三章水泵房及水仓

一、泵房位置

泵房设在-150井底车场，与井下中央变电所相联，并用防火门隔离。

泵房设有两个出口，一个与井底车场连通的水平通道，这个通道设一个即能防火又能防水的密封门，另一个通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底车场8米，泵房的地面高度应高出井底车场0.5米，并向吸水井侧有1%的下坡。

二、泵房尺寸

根据《煤矿安全规程》规定，水泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。

泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。

泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形、通道宽度和安装检修条件等确定。

1、泵房的长度：

式中：

—水泵的台数；

—水泵机组（泵和电机）总长度；

A—水泵机组的净空距离，一般取1.5～2.0m。

2、泵房的宽度

式中：

—水泵基础宽度；

—水泵基础边到有轨道一侧墙壁的距离，一般取1.5～2.0m；

—水泵基础边到吸水井一侧墙壁距离，一般取0.8～1.0m。

故泵房宽度取4m。

3、泵房的高度

水泵房的高度应满足检修时的起重要求（一般取3.0～4.5m）和水泵工作轮直径的尺寸要求来确定。

当工作轮直径

时，泵房的高度为4.5米，因为200MD—43×6工作轮直径为450mm，故取4.5m。

当工作轮直径

时，取泵房的高度为3米。

三、水仓的确定

根据《煤矿安全规程》规定，在井底车场建二个水仓，即建一个主仓，建一个副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。

水仓的断面采用了拱形断面。

四、水仓容量的确定

按能容8小时正常涌水量的要求设计，为了使矿水中的大部分颗粒沉淀于仓底，水仓中的水位以小于0.005米/秒的速度在仓中流动，而且在水仓中的流动时间应小于6小时。

水仓巷道长不应小于108m，即

，取水仓的长度115m。

水仓容量：

第四章节能方案设计

煤矿主排水设备能耗量在整个矿井生产费用中占有相当的比重，寻求节能途径、提高设备运转的经济性，在矿井生产中有着特殊的意义。

现就某矿主排水设备节能运行方案进行论证。

一、无底阀排水

取消吸水管底阀，改用无底阀排水。

取消底阀后，吸水管阻力减小，使吸水管路阻力系统降低，气蚀工况点向大流量区移动，增大了水泵的安全工作区，有效地防止了气蚀产生，保证了水泵的安全运行；其次可以提高管路效率，降低电耗；再则还可以避免由于该矿水泥沙较大而经常发生的底阀堵塞故障。

由上可知，取消吸水管底阀，改用无底阀排水，在经济上是合理的，在技术可行的。

在采用无底阀排水的基础上，再进行泵、管的合理联合运行，能取得更为明显的经济效益。

二、“绿色”流水通道

每年雨季来临时，工作面先后进入顶板富水区，采面平均涌水量120