矿井排水设备选型设计参考资料.docx

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矿井排水设备选型设计参考资料

矿井排水设备选型设计

一、设计任务

选型设计的任务是根据矿山的具体条件，在现有产品中对水泵机组及管路进行合理的选择，以保证安全、经济、可靠地运转。

具体内容包括：

（1）矿井排水系统；

（2）选择排水设备；

（3）提出经济核算结果；

（4）绘制泵房及管路布置图。

二、原始资料

（1）矿井的开拓方式、同时开采的水平数，井口及各水平标高和矿井服务年限；

（2）各开采水平的正常涌水量和最大涌水量，以及每年发生的天数；

（3）矿井水的密度、重度和化学性质；

（4）矿井瓦斯等级及矿井年产量；

（5）准备敷设管路的井筒布置及泵房附近车场的布置图；

（6）矿井供电电压及井下运输轨距。

三、选择水泵的型式和台数

1.确定工作水泵、备用水泵的排水能力——排水量；

2.确定水泵必须的扬程；

3.预选水泵：

最好一台就能达到工作水泵必须的排水能力，水泵级数

；

4.确定水泵台数：

n=n1+n2+n3。

四、计算管径、选择管材

1.排水管径：

经济流速1.5~2.2m/s；

2.吸水管径：

经济流速0.8~1.5m/s；

3.排水管壁厚（查表）。

五、计算管路特性

管路特性方程式：

六、确定工况点

七、验算、吸水高度计算

1.稳定性验算；

2.经济性验算；

3.排水时间验算；

4.吸水高度计算

八、耗电量、排水费用计算

九、选择最佳设计方案

矿井排水设备基础知识

一、水泵的性能与特性曲线

1、水泵型号的含义

D型单吸多级分段式离心泵。

以D500-57×3为例，D型泵标准型号意义如下

2、水泵的一般性能

特性曲线是用来表示水泵工作性能的主要方式。

特性曲线表示水泵在额定转速下流量、总扬程、泵效率和所需功率之间的关系。

D216-25型水泵特性曲线

由特性曲线图可知，如果泵在大流量工况点下运转，泵产生的总扬程会减小；繁殖，在校流量区运转，泵产生的总扬程会增大；流量为0时，虽然扬程达到最大值，但泵的效率却变成了零。

这时所需功率不能作为泵的有效功率来利用，而是以热的形式浪费了，且对水泵有损坏。

只要不产生过载、振动、汽蚀和过热现象，泵就可以在很宽的范围条件下使用。

一般情况下，泵的运转工况点在设计最高效率点附近最合理，若使运转工况点在设计最高效率点的右侧则更佳。

200D1-43型水泵特性曲线

D280-65型水泵特性曲线

二、排水方案确定

1、单水平开采排水方案

（1）直接排水系统

单水平竖井开采单水平斜井开采

直接排水系统简单，开拓量小，咕噜管路敷设较为容易，基建费用低，便于管理，是我国煤矿井下排水常用的系统。

（2）分段排水系统

单水平开采时，若精通较深，排水所需压头超过了水泵困难产生的扬程时，可以采用分段排水系统。

有两种方案：

其一是在井筒中部开拓泵房和水仓；其二是只开中间泵房、不开水仓，上下部排水装置串联工作，接续排水。

分段排水系统

2、多水平开采排水方案

（1）直接排水系统

（2）分段排水系统

无论单水平还是多水平开采，选用哪一种排水系统，都要经过技术和经济的综合比较后才能确定。

三、排水设备选型计算与台数的确定

1、排水设备能力与台数的相关规定

《煤矿安全规程》（2010版）第四节井下排水

第二百七十八条主要排水设备应符合下列要求：

（一）水泵：

必须有工作、备用和检修的水泵。

工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。

备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。

工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。

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，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。

（二）水管：

必须有工作和备用的水管。

工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井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。

（三）配电设备：

应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。

有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。

第二百七十九条主要泵房至少有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，在此出口通路内，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。

第二百八十条主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。

新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。

正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：

Ｖ＝2（Q+3000）

式中：

V--主要水仓的有效容量，m3；Q--矿井每小时正常涌水量，m3。

但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。

采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。

矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。

水仓进口处应设置箅子。

对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。

水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。

第二百八十一条水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。

在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。

水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。

第二百八十二条对基岩段富水性较强的深井，应在井筒中部设置相应排水能力的转水站。

第二百八十三条井筒开凿到底后，井底附近必须设置具有一定能力的临时排水设施，保证临时变电所、临时水仓形成之前的施工安全。

第二百八十四条在建矿井在永久排水系统形成之前，各施工区必须设置临时排水系统，并保证有足够的排水能力。

2、排水设备的选型与计算

（1）按正常涌水量确定排水设备所需排水能力

式中：

——矿井正常涌水量，m3/h；

——扬程损失系数，对于竖井

=1.1，对于斜井

=1.20~1.35，倾角大时取小值；

——精通深度，m。

根据

和

出巡水泵型号，所选水泵的流量和扬程应尽量接近并高于

和

。

讯顶水泵，即确定了流量Q（m3/h）和扬程H（m）。

（2）正常涌水期所需水泵的工作台数

式中：

——单台水泵的流量，m3/h。

（3）正常涌水期一昼夜内水泵工作时间

（4）排水管直径

根据以下公式计算所需的排水管直径：

式中：

——排水管中水流速度，m/s；通常取最有利的排水管流速

=1.5~2.2m/s。

根据

选与

接近的标准管径

。

（5）排水管中实际水流速度

常用管径、流速和流量关系见表2-1。

凡是超过表2-1中的最大值，都将使管路扬程损失显著增加。

表2-1常用管径

、流速

与流量

的关系

表2-2管路直径、最大流量及流速限制

（6）吸水管直径

吸水管直径一般比排水管直径大一级，可用下式选取标准管径

：

（7）吸水管内实际流速

吸水管中的实际流速一般取0.8~1.5m/s。

（8）管路扬程损失

管路扬程损失包括排水管路扬程损失和吸水管路扬程损失两大部分，即

式中：

——排水管路扬程损失，Pa；

——吸水管路扬程损失，Pa；

——管路阻力损失系数，s2/m5；

——管路计算长度，等于实际长度加上底阀、异型管、逆止阀、闸阀及其他部分补充损失的等值长度（及把管路的局部损失等效成一定长度直管上的沿程损失），m（不同管件折合成直管的等值长度

见表2-3）；

——水与关闭的摩擦阻力系数，可查表2-4或按下式计算：

对于焊接管（

大）取

=1.1~1.3mm，对于无缝钢管取

=1.01~1.07mm。

表2-3管件等值长度

表2-4水和管壁的摩擦阻力系数

管路扬程总损失如下：

①排水管中扬程损失（包括沿程损失和局部损失）：

式中：

——速度压力系数，取

；

——直管阻力系数，

；

——弯管阻力系数，见表2-5；

——弯管数量，个；

——闸阀阻力系数，见表2-5；

——闸阀数量，个；

——逆止阀阻力系数，见表2-5；

排水直管总长

：

式中：

——井筒深度或斜井长度，m；

——水泵房长度，m；

——地面上的排水管长，m；

——巷道长度，m；

——从井底车场至支撑弯管间的高度，m；

——管子超出井口水平高度，m。

②吸水管中的吸程损失（包括沿程损失和局部损失）：

式中：

——吸水管直管阻力系数，

；

——吸水管直管长度，m；

——吸水管弯管阻力系数，见表2-5；

——吸水管弯管数量，个；

——逆止阀和滤网阻力系数，见表2-5。

表2-5局部阻力系数表

为了计算方便，也可按表2-3和表2-6估算每100m直管的扬程损失值。

表2-6100m长度的直管摩擦损失估算表

表2-7按海拔而定的大气压力

表2-8按水温而定的饱和水蒸气压力