矿山排水设备选型.docx

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矿山排水设备选型

某矿山

排水设备的选型设计

某矿山排水设备的选型设计

（一）矿山排水系统

一.排水系统的确定…………………………………………………..3

二.矿井排水简图……………………………………………………..3

（二）矿山排水设备的选型计算

<一>.第一水平主排水设备和输水管等设计选择计算……………..4

一.资料………………………………………………………………4

二.水泵的选择计算…………………………………………………5

三.管路的选择确定…………………………………………………6

四.管路阻力损失的计算……………………………………………8

五.水泵工作点的确定………………………………………….......10

六.吸水高度的验算……………………………………………......11

七.排水时间及水管中流速的验算………………………………..12

八.电动机容量的计算……………………………………………...12

九.电耗量的计算…………………………………………………...13

十.水泵房的布置…………………………………………………..14

十一.水仓………………………………………………………….....15

<二>第二水平排水设备和输水管等设计选择计算

一.资料……………………………………………………………...15

二.水泵的选择计算………………………………………………...16

三.管路的选择确定………………………………………………...16

四.管路阻力损失的计算…………………………………………….18

五.水泵工作点的确定…………………………………………........20

六.吸水高度的验算……………………………………………........22

七.排水时间及水管中流速的验算…………………………………22

八.电动机容量的计算………………………………………………..23

九.电耗量的计算……………………………………………………..23

某矿山排水设备的选型设计

（一）矿山排水系统

一.排水系统的确定:

该矿是多水平开采,第一水平标高-50M,第二水平标高为-200M,因此确定该矿为分段排水.在-200M水平设置主排水设备,将该水平涌水沿管道上山排至-50M水平,在-50M水平大巷内设有排水沟,-50M水平的涌水和由-200M水平排至-50M水平的水经排水沟流到井底水泵房附近的内水仓和外水仓.然后由主排水设备沿副井将该矿井的全部涌水排至地面+263.

二.矿井排水简图如下:

.

**矿井排水系统简图

（二）矿山排水设备的选型计算

矿山固定排水设备是矿山重要设备,根据该矿具体条件和安全经济可靠的原则,对水泵机组和输水管路选择如下:

因为该矿为分段排水,因此必须对第一水平和第二水平排水设备和排水管路分别进行选择计算,先对第一水平进行计算选择.

<一>:

第一水平主排水设备和输水管等设计选择计算:

根据设计规范规定:

排水设备的选择,应能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常排水量;工作水泵和备用水泵的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量;检修水泵台数按工作水泵或备用水泵二者中的最多台数的25%设置,但不少于一台.所有水泵具有同等能力.当工作水泵一台时,对于正常涌水量为50m3/小时或50m3/小时以下时,而且最大涌水量不超过正常涌水量一倍的矿井可选用二台水泵,其中一台工作,一台备用（包括检修）.对于正常涌水量大于50m3/小时（包括充填水和其他用水）,而且最大涌水量与正常涌水量相差不多时,应选用三台水泵,其中一台工作,一台备用,一台检修.

该矿第一水平正常涌水量为50m3/小时,而且最大涌水量为160m3/小时.每年正常涌水量时间大约7个月（213天）,最大涌水量大约5个月（152天）,根据以上情况,决定在该水平设置主排水水泵6GD67-6型三台,正常涌水时期,一台工作,最大涌水时二台工作,一台备用（包括检修）,一台工作时,一台备用,一台检修.

根据<<规范>>规定:

主排水管至少设两条,其中一条出现故障时,其余管路应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量.正常涌水量为50m3/小时及以下,而且最大涌水量为100m3/小时及以下的斜井,可敷设一条管路,其能力应在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量.根据该矿实际条件和具体情况,结合以上规定,决定设置二趟管路,矿井正常涌水量时一趟管路排水,矿井最大涌水量时二趟管路排水.

一:

资料

1.第一水平标高-50M,管路沿副井井筒敷设.副井井口标高+263M.

2.矿井正常涌水量40m3/小时,涌水时间213天;矿井最大涌水量160m3/小时,涌水天数152天.

3.水泵房水仓及井底车场布置图如下:

4.矿井涌水的重量r=1080Kg/m3.PH=7是中性水.

5.矿井年产量35万吨/年

二:

水泵的选择计算

1.正常涌水量时水泵必须的排水能力:

QB＝24QH/20＝1.2QH

QH------矿井正常涌水量40m3/小时

QB＝1.2×50＝60m3/小时

2.最大涌水量时水泵必须的排水能力:

QB′＝24Qmax÷20＝1.2Qmax＝192m3/小时

Qmax------矿井最大涌水量160m3/小时

3.水泵扬程的估算:

Hg=K（Hp+Hx）

K------管路损失系数.斜井倾角α>30°K=1.2—1.25这里K取1.2

Hp------排水高度为263+50等于313米

Hx------吸水高度约为4—5米这里取5米

代入计算:

Hg=1.2（313+5）=381.6米

4.水泵的选取及总系数的确定:

据QB＝60m3/小时

QB′＝192m3/小时

Hg=381.6米和PH=7

从水泵设备手册中选取6GD67-6型水泵,其技术特性如下:

Qn=100m3/hH=450mn=2980r/m

Hs=6.3mη=0.64N轴=192KW

N=290KWD（叶轮直径）=235mm重744Kg

如前所定:

正常涌水时,一台工作,一台备用,一台检修;最大涌水时,二台工作,一台备用（包括检修）.

三:

管路的选择确定

1.排水管趟数的确定:

如前所定,矿井正常涌水量时一趟管路排水,矿井最大涌水量时二趟管路排水.

排水系统管路布置图如下:

2.管材的选择:

该矿井为超级瓦斯矿井,不许在井下电焊,因此选择热轧无缝钢管.

3.管径计算:

按经济流速计算:

dp′=（Qn/900πUp′）开平方根

Qn------所选水泵的额定流量.为100m3/h

Up′------排水管的经济流速.一般Up′为1.5—2.2m/s.这里取1.8m/s

代入:

dp′=140mm

dx′=dp′+0.025m=0.165m=165mm

4.管壁厚度的计算:

δg′＝0.5dp′（）+δf

τn-------管材许用应力

热轧无缝钢管为800㎏/C㎡

P------管内水流压力P=0.11Hsy

Hsy------测地高度Hsy=Hp+Hx=318m

P=0.11×318=34.98㎏/C㎡

δf------附加厚度取0.15

代入:

δg′=0.447cm=4.47mm

据以上计算值dp′=140mmdx′=165mmδg′=4.47mm

选取标准管子:

排水管:

dp=158mmDp=168mmδg=5mm42.59㎏/m

吸水管:

dx=165mmDx=203mmδg=6mm52.08㎏/m

5.排水管流速的计算:

Up=Qn/（900π×dp×dp）=100/（900×3.14×0.158×0.158）≈1.5m/s

6.吸水管流速的计算:

Ux=Qx/（900π×dx×dx）=100/（900×3.14×0.191×0.191）≈1m/s

四.管路阻力损失的计算:

1.排水管的计算:

Hp=λp×（Lp/dp）×Up×Up/2g+∑ξp（Up×Up/2g）

λp------沿程阻力损失系数.据书表4-1取0.0327

dp为0.158m

Up为1.5m/s

Lp------排水管总长度

Lp=l1+l2+l3+l4

l1------水流经泵房排水管的长度取30米

l2------管子道中的管子长度,根据该矿管子道较长实际情况取40米

l3------副井井筒斜长

l3=H/Sin35°=313/Sin35°=546m

l4=井口出水管长度.一般为15—20米.这里取20米

故

Lp=l1+l2+l3+l4

=30+40+546+20

=636米

∑ξp------排水管路附件局部阻力损失系数之和

管路附件见<<排水系统管路布置简图>>选取:

排水管路设有闸板阀二个ξ1=2×17

逆止阀一个ξ2=30

三通阀三个ξ3=2×0.1+1×0.13

弯头五个（直角二个）ξ4=2×0.294+3×0.74

异径管一个ξ5=0.286

∑ξp=ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5

=2×17+30+2×0.1+1×0.13+2×0.294+3×0.74+0.286

=67.63

代入

Hp=λp×（Lp/dp）×Up×Up/2g+∑ξp（Up×Up/2g）

=0.0327×（636/0.158）×1.5×1.5/2×9.8+67.63（1.5×1.5/2×9.8）

23.73

2.吸水管流动阻力损失系数计算:

Hx=λx×（Lx/dx）×Ux×Ux/2g+∑ξx（Ux×Ux/2g）

Lp------吸水管总长度取8米

λx------吸水管沿程阻力损失系数.

据书表4-1取0.03083

dx-------吸水管内径为0.158m

Ux-----吸水管流速为1m/s

∑ξp------吸水管路附件局部阻力损失系数之和

吸水管路中设置过滤器一个ξ1=6.6

弯头一个ξ2=0.294

异径管一个ξ3=0.09

∑ξp=ξ1+ξ2+ξ3

=6.6+0.294+0.09

=0.53

代入

Hx=λx×（Lx/dx）×Ux×Ux/2g+∑ξx（Ux×Ux/2g）

=0.031×（8/0.191）×1×1/2×9.8+7.8（1×1/2×9.8）

=0.53

3.输水管路总损失的计算:

Hw=（Hp+Hx+Up×Up/2g）×1.7

Hw-----输水管路总损失

1.7-----考虑管路使用日久后在管子内壁积有沉淀物而使阻力增加的附加阻力损失

故

Hw=（23.73+0.53+1.5×1.5/2×9.8）×1.7

=42米

五.水泵工作点的确定

H=Hsy+RQ×Q

R=（H-Hsy）/Q×Q

=Hw/Q×Q

=42/100×100

=0.0042

R-----管网常数

Q------所选水泵的流量,该水泵为100m3/h

根据管路特性曲线方程式

H=Hsy+RQ×Q

=318+0.0042×Q×Q

取不同的Q值列表,求对应点的H值

Q（m3/h）

0

50

75

100

125

150

163

175

200

H（m）

316

329

342

360

384

413

430

447

486

把水泵特性曲线和管路特性曲线用同一比例尺画在同一的H-Q坐标上,其交点M为水泵的工作点.

工作扬程HM=420m

工作流量QM=153m3/h

工作效率ηM=0.73

工作点所对应的流量QM不得少于水泵的额定流量:

QM=153m3/h>Q=100m3/h故满足要求

工作点所对应的扬程HM应小于0.9—0.95倍水泵额定扬程:

工作扬程HM=420m<0.95H=0.95×450=428米,故满足要求

工作效率ηM不少于最高效率的0.85倍:

ηM=0.73>η=0.85×0.74=0.63,故满足要求

六.吸水高度的验算:

HX=HS–hx–Ux×Ux/2g

HS-------所选水泵样本上规定的吸水高

故HX=6.3–0.53–1×1/2×9.8=5.72米>5.0米

故可以采用吸水高度5.0米

七.排水时间及水管中流速的验算:

1.TH=24QH/ZHQm≦20小时

ZH------正常涌水时工作水泵台数1台

代入

TH=24QH/ZHQm=24×50/1×153=7.8小时<20小时故满足要求

2.最大涌水量时水泵每天工作小时数

Tmax=24Qmax/ZmaxQm≦20小时

Zmax-------最大涌水量时水泵台数2台

代入

TH=24Qmax/ZmaxQm=24×160/2×153=12.5小时<20小时

3.排水管中实际水流速度:

Up′=Qm/（900π×dp×dp）

规定Up′之值应在1.5—2.2m/s

Up′=153/（900×3.14×0.158×0.158）

=2.17m/s

故满足要求

4.吸水管中实际水流速度:

Ux′=Qm/（900π×dx×dx）

规定Ux′之值应在0.8—1.5m/s

Ux′=153/（900×3.14×0.191×0.191）

=1.484m/s

故满足要求

八.电动机容量的计算:

Nd=1.1×rQmHm/（3600×102×ηm×ηc）

1.1------备用系数在1.1—1.15之内取1.1

QmHmηm----------分别为水泵工作点的流量扬程效率

ηc-------传动效率取0.98

故Nd=1.1×1080×153r×420/（3600×102×0.73×0.98）

=290KW

根据计算所得功率及所选水泵的转速确定选用JK-133-2型电机,参数如下:

额定功率为290KW

转速为2960r/s

效率为0.94

电压为6KV

电流为34.5A

功率因数为0.88

λ为1.8

JK-133-2型电机尺寸:

长宽高为1700×1200×1125

九.电耗量的计算:

1.年电耗量的计算:

W=1.05×rQmHm/（102×3600×102×ηm×ηc×ηd×ηw）×（ZHNHTH+ZmaxNmaxTmax）

式中:

Ηw------电网效率一般取0.95—0.98这里取0.95

Ηd--------电机效率为0.94

NH-------矿井每天正常涌水天数213天

Nmax------矿井每年最大涌水天数152天

代入:

W=1.05×1080×153×420/（102×3600×102×0.73×0.98×0.94×0.95）×（213×7.84.+2×152×12.5）

=1699361KWh

2.吨煤排水电耗:

Wdm=W/A

A------矿井年产量35万吨/年

Wdm=W/A

=1699361/350000

=4.85度/吨

十.水泵房的布置:

该矿主水泵房设置在井底车场附近,为了减少水泵房的宽度,水泵房内沿泵房长度布置水泵.水泵房的布置如图所示.

泵房的长度,宽度和有效长度计算如下:

1.泵房长度:

L=n2×Li+A（n2+1）

式中:

n2------水泵总台数3台

Li------水泵基础长度

查产品手册可知:

L5=525mmL4=835mm

查电机手册可知:

电机总长度L电机=1.7m

Li=L5+L4+L电机=525+835+1700=3060mm=3.06m

A------水泵基础之间的距离一般为1.5—2米取2米

故

L=n2×Li+A（n2+1）

=3×3.06+2（3+1）

=17.2米

2.泵房的宽度

B=bj+bg+bc

式中:

bj------水泵基础宽度取电机宽度

bg------水泵基础边到轨道侧墙壁的距离,一般取1.5—2米,这里取2米

bc------水泵基础另一边边到吸水井一侧墙壁的距离,一般取0.8—1.0米,这里取1米

故

B=bj+bg+bc

=1.2+2+1

=4.2米

3.泵房的高度

依据水泵叶轮直径D2的大小估算,D<350mm取3米.该矿选用6GD67-6型水泵直径（叶轮）为235mm,因此取泵房高度为3米.泵房内设置有起重梁.

为了使井下涌水突然增加或某种事故水泵短期不能输时,涌水可以充满整个水仓,并从水仓流到井底车场和运输大巷而不至于淹没高于井底车场的水泵房,泵房地面较井底车场钢轨面高0.5米,管子道水平设置,排水管经管子道到副井井筒经排水管排水至地面.

十一.水仓

为了减少水流速度,便于矿井水中的泥沙得到沉淀,有利于水泵的排水工作,并在涌水量不均匀和排水设备发生故障后起调节作用设计水仓,水仓是能够储水的巷道,形状与普通运输巷道相同,它比井底车场低3.米.水仓的容量按设计规范规定必须能够容纳全矿井8小时的正常涌水量.因此该矿水仓400m3全矿井的涌水量最后全部汇集于此水仓中,经水泵排至地面.

该水仓设有内外两水仓,以方便轮换清理水仓.水仓在使用期间,必须定期清理.每年雨季之前把两个水仓轮换全部清理干净,并在水仓的进水口处设置笼子.

<二>:

第二水平排水设备和输水管等设计选择计算:

根据设计规范规定:

排水设备的选择,应能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常排水量;工作水泵和备用水泵的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量;检修水泵台数按工作水泵或备用水泵二者中的最多台数的25%设置,但不少于一台.所有水泵具有同等能力.当工作水泵一台时,对于正常涌水量为50m3/小时或50m3/小时以下时,而且最大涌水量不超过正常涌水量一倍的矿井可选用二台水泵,其中一台工作,一台备用（包括检修）.对于正常涌水量大于50m3/小时（包括充填水和其他用水）,而且最大涌水量与正常涌水量相差不多时,应选用三台水泵,其中一台工作,一台备用,一台检修.

该矿第二水平正常涌水量为20m3/小时,而且最大涌水量为40m3/小时.每年正常涌水量时间大约7个月（213天）,最大涌水量大约5个月（152天）,根据以上情况,决定在该水平设置主排水水泵80D30-8型二台,正常涌水时期和最大涌水时皆为一台工作,一台备用（包括检修）.

根据<<规范>>规定:

主排水管至少设两条,其中一条出现故障时,其余管路应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量.正常涌水量为50m3/小时及以下,而且最大涌水量为100m3/小时及以下的斜井,可敷设一条管路,其能力应在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量.根据该矿实际条件和具体情况,结合以上规定,决定在该矿第二水平至第一水平排水管路设置一趟,第二水平的涌水经管路上山输送到第一水平排水沟内,流向第一水平水仓.

一:

资料

1.第二水平标高-200M,管路山输送到第一水平排水沟内.

矿井第二水平正常涌水量20m3/小时,涌水时间213天;矿井最大涌水量40m3/小

2.时,涌水天数152天.

3.矿井涌水的重量r=1080Kg/m3.PH=7是中性水.

4.矿井年产量35万吨/年

二:

水泵的选择计算

1.正常涌水量时水泵必须的排水能力:

QB＝24QH/20＝1.2QH

QH------矿井正常涌水量20m3/小时

QB＝1.2×0＝24m3/小时

2.最大涌水量时水泵必须的排水能力:

QB′＝24Qmax÷20＝1.2Qmax＝48m3/小时

Qmax------矿井最大涌水量40m3/小时

3.水泵扬程的估算:

Hg=K（Hp+Hx）

K------管路损失系数.斜井倾角α>30°K=1.2—1.25这里K取1.2

Hp------排水高度为.-50+200等于150米

Hx------吸水高度约为4—5米这里取5米

代入计算:

Hg=1.2（150+5）=186米

4.水泵的选取及总系数的确定:

据QB＝24m3/小时

QB′＝48m3/小时

Hg=186米和PH=7

从水泵设备手册中选取80D30-8型水泵,其技术特性如下:

Qn=50m3/hH=212.8mn=2950r/m

Hs=5mη=0.655N轴=44.4KW

N=55KWD（叶轮直径）=166mm.

如前所定:

正常涌水时期和最大涌水时皆为一台工作,一台备用（包括检修）.

三:

管路的选择确定

1.排水管趟数的确定:

如前所定,设置一趟

2.管材的选择:

该矿井为超级瓦斯矿井,不许在井下电焊,因此选择热轧无缝钢管.

2.管径计算:

按经济流速计算:

dp′=（Qn/900πUp′）开平方根

Qn------所选水泵的额定流量.为50m3/h

Up′------排水管的经济流速.一般Up′为1.5—2.2m/s.这里取1.8m/s

代入:

dp′=99mm

dx′=dp′+0.025m=0.165m=165mm

6.管壁厚度的计算:

δg′＝0.5dp′（）+δf

τn-------管材许用应力

热轧无缝钢管为800㎏/C㎡

P------管内水流压力P=0.11Hsy

Hsy------测地高度Hsy=Hp+Hx=155m

P=0.11×155=17㎏/C㎡

δf------附加厚度取0.15

代入:

δg′=0.256cm=2.56mm

据以上计算值dp′=99mmdx′=165mmδg′=2.56mm

选取标准管子:

排水管:

dp=106mmDp=114mmδg=4mm.

吸水管:

dx=131mmDx=140mmδg=4.5mm.

7.排水管流速的计算:

Up=Qn/（900π×dp×dp）=100/（900×3.14×0.106×0.106）≈1.575m/s

6.吸水管流速的计算:

Ux=Qx/（900π×dx×dx）=100/（900×3.14×0.131×0.131）≈1.02m/s

四.管路阻力损失的计算:

1.排水管的计算:

Hp=λp×（Lp/dp）×U