恒祥矿井排水系统改造方案.docx
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恒祥矿井排水系统改造方案
义煤集团新安县恒祥煤业有限公司
矿井排水系统改造过渡方案
二〇一三年四月九日
义煤集团新安县恒祥煤业有限公司
矿井排水系统改造过渡方案
第一部分矿井排水系统
一、原矿井排水概况
义煤集团新安县恒祥煤业有限公司现副井井底车场设有主排水泵房，已安装排水设备为DF280-43×4型水泵五台，配套YB2355M1-4型防爆电机，660V，220KW，1480r/min；MD155-30×6型水泵一台，配套YB2355M1-4型防爆电机，660V，132KW，1480r/min；.配套管路为Φ219×6mm无缝钢管五趟，Φ155*5mm无缝钢管一趟。
水平水仓容量3420m3。
原设计矿井正常涌水量400m³/h,最大涌水量800m³/h，排水高度约120m,矿井涌水为酸性水（ph=4）属于低瓦斯矿井，年产量15万吨，随着矿井开采年限的增加，井田开采范围变大，加之上部原有小煤矿胡采乱挖，互相串通，地表覆盖层破坏，造成在雨季当地地表水渗透力较强。
2011年8月连续降雨40余天，造成矿井涌水量增加。
另外2011年9月小浪底水位升高到269m左右，含水层补给水源充足。
造成矿井涌水量继续增加。
为加强矿井汛期安全保证，计划把现有排水能力改造到1500m³/h.根据《煤矿安全规程》第二百七十八条规定，需要对排水设备进行改造、选型。
二、改造方案
中央水泵房排水设备计算
设计计算依据：
正常涌水量Qz=400m³/h
最大涌水量Qmax=800m³/h
井巷倾角ß=22°
斜井长度L=310m
垂高Ha=120m
吸水高度Hs=5.5m
（一）按正常容水量确定排水设备
Q1=24Qz÷20=24×400÷20=480m3/h
H1=K（Ha+5.5）=1.1×（125.5）=146.85m
式中：
Qz-矿井正常涌水量m³
Ha—矿井垂高m
K—扬程损失系数
根据以上计算，考虑到正常涌水量与最大涌水量差值较大，预选增加三台DF500-57×3型水泵，淘汰大泵房两台DF280和一台MD155型水泵。
供电电压10KV，采用高压电磁启动器。
正常涌水量期间所需水泵工作台数为:
Z=Q1÷Q=480÷（280×0.7）=2.4
最大涌水量期间所需水泵工作台数为：
3台500型水泵排水能力
500×70%×3=1050
3台DF280-43×4型水泵排水能力
280×70%×3=588
总共排水能力1638m³/h，大于1500m³/h的要求。
确定增加增加三台DF500-57×3型水泵，淘汰泵房一台DF280和一台MD155型水泵，保留原有四台DF280-43×4型水泵，所选设备最大排水量（500×3+280×3）×70%=1638，大于1500m³/h，满足矿井最大涌水量的要求。
其中正常涌水量时，3台DF280-43×4型水泵工作；最大涌水量时，3台DF500-57×3泵工作和2台DFF280-43×4工作，1台DF280-43×4检修。
排水设备改造预算
序号
设备名称
设备型号
数量
单位
单价
合计
备注
1
水泵
DF500-57×3
3
台
25
75
估计
2
电磁启动器
QJGK-1000/10
3
台
16.00
48
济源矿用
3
施工费
79
4
管路
Φ426
360
米
0.02
7.2
5
电缆
MYPTJ-6/10kv
200
米
0.03
6
合计
215.2
万元
（二）正常涌水量期间24小时工作水泵的工作时间
T1=24QZQ=24×4003×280×70%9600588=16.3h
（三）排水管直径及吸水管直径选择
经济流速1.5m/S∽2.2m/S
两台DF500-57×3型水泵共用一趟排水管路排水管选用：
标准管径Φ=426mm
壁厚9mm
压力1.6mpa
管道内径408mm
排水管最大实际流速：
VS=4Q3600×3.14Dg2=4×（500+500）3600×3.14×0.4082=2.125m/s
单台DF500-57×3型吸水管直径直径选择：
d=0.0188（Qg/Vp）1/2
=0.343-0.283m取299mm
吸水管最大实际流速：
Vs2=4Q÷（3600×3.14Dg²）=1.89m/s
（四）水泵实际所需扬程
HB=HC/ng=（HP+HX）/ng=（120+5.5）/0.8=156.87
根据计算扬程在选择水泵时应比值大5%-8%，即：
Hsj=156.87×（1+8％）=169.42m
一台DF500-57×3泵采用二趟Φ219最大实际流速：
Vs=4Q÷（3600×3.14（Dg12+Dg22））=1.84m/s
《煤矿安全规程》及要求，现需要新增加一趟Φ426mm供2台DF500-57×3主排水泵使用，更换的DF500-57×3泵两台所用的排水管为原两趟8寸管路配合使用，一台泵两趟管路。
该方案符合规定。
3、电动机功率
根据选用的水泵，配置10KV,功率355kw。
三、结论
经过上述计算效验，原排水管路继续使用，增加一趟Φ426管路供两台DF500-57×3大泵使用，剩余一台DF500大泵使用原有二趟Φ219钢管；大泵启动采用高爆开关直接启动，增加3台高爆开关。
以上设备选型，排水能力计算校验，符合设计要求和《煤矿安全规程》第二百七十八条规定。
其中正常涌水量时，3台DF280-43×4工作，3台DF500-57×3泵备用，1台DF280-43×4检修，最大涌水量时，3台DF500-57×3泵和3台DF280-43×4工作，1台DF280-43×4检修。
另外根据防治水规定，需建立高压直排系统，为确保矿井安全，在西水仓进水口安装AQ/1000-165/3-720/S高压潜水泵一台，敷设D426内聚录乙烯钢管500m，作为矿井应急水泵。
第二部分矿井供电系统校验
一、直排系统供电
1、直排系统简介
采用原祥和两趟高压架空线为直排系统进行供电，需延长架空线至直排系统地面变电所供电，延长距离约为2公里，地面建控制机房，电缆、管子经主斜井至水仓。
2、直排系统设备
1）外绝缘架空线规格：
70平方
数量12300米（包括原I石恒300米架空线材料）
2）高压防爆开关型号：
PJG-300/10Y一台联络
额定电流：
300A数量3台
电压等级：
10Kv互感器变比：
5/300
微机保护装置型号：
ZKJB-2000
3）软启动额定电流：
300A
数量2台电压等级：
10Kv
4）管子：
Φ426数量：
500米
5）高压橡套软电缆型号：
MYPTJ-6/10kv3×70+1×35/3+3×2.5
数量:
1000米（包括泵房改造所用电缆）
6）高压潜水电泵型号：
AQ/1000-180/2-720/WS
数量：
一台
高压潜水电泵型号：
AQ/550—200/2-450/S
数量：
一台
配套电机：
YB2-450KW
电机功率：
450KW
3、直排系统供电线路校验
1）校验数据
（1）供电形式双回路架空线路
（2）供电电压10kv
（3）供电线径LGJ-70
（4）下井高压电缆采用70平方高压橡套软电缆
（5）功率因数Cosф=0.85
（6）直排系统最大负荷P=1170KW
按照直排系统最大负荷校验
矿井直排系统最大负荷时期供电电流为：
I=Σ×0.8×1000√3×U×cosΦ=1170×0.8×10001.732×10000×0.85=63.57（A）
式中：
Σ—10kv供电线路所带的总负荷
U--矿井高压供电电压
COSΦ--矿井功率因数
查电工手册得到70平方架空线流过的长时允许电流为307A
查电工手册得到70平方电缆允许流过长时电流为181A
经计算安全电流比较：
307A>63.57A-安全合格
181A>63.57A-安全合格
经以上验算，综上所述：
架空线路和高压电缆供电安全电流符合要求。
二、泵房改造后矿井供电系统
义煤集团新安县恒祥煤业有限公司，由于矿井地质条件、容水量及工作环境比较复杂，用电负荷变化量较大，为了确保矿井安全生产，确保矿井供电的“三大原则”即：
安全性、可靠性、有发展余地。
必须准确计算井下电气设备的电力负荷，按照《煤矿安全规程》等的具体要求进行供电校验。
1、矿井供电概述
我矿地面变电所采用高压10kv架空线路，I石恒和II石恒双回路供电，两回路采用LGJ-70导线供电的10KV输电线路至本矿井10KV变电所。
10KV变电所以10KV向地面和井下供电。
矿井工业广场内动力及照明负荷均采用380V/220V供电，由矿井地面10KV变电所供给。
地面10KV变电所所内利用已有两台S9-500/1010/0.4KV500KVA变压器，以380V双回路电缆向主井皮带机、副井提升机、风机房、日用消防库、压风机房、井口房、矿灯房及其附属设备等动力负荷和照明负荷供电。
2、泵房改造简介
拆除两台DF280-43×4型水泵和一台MD155-30×6型水泵，更换为三台DF500-57×3型水泵，改造后泵房三台DF500-57×3水泵和四台DF280-43×4水泵，共计七台水泵。
3、泵房改造所需设备
1）水泵型号：
DF500-57×3；数量：
3台
2）配套电机型号：
YB2---355KW
3）极数：
4极
4）额定电压:
10KV
数量：
3台
5）高压防爆开关型号：
PJG-300/10KV
额定电流：
300A数量3台一台联络
电压等级：
10Kv互感器变比：
5/300
微机保护装置型号：
ZKJB-2000
4）电抗式电磁启动器型号:
QJGK-1000/10数量：
3台
4）管子：
Φ426技术要求：
内塑钢管
数量：
200米
4、矿井负荷统计
矿井地面负荷统计表
序号
设备名称
型号
设备功率kw
额定电压
数量（台）
小计
单台启动电流（A）
单台额定电流
（A）
平均功率因数Cosф
需用系数k
1
主斜皮带机
YB2-75KW
75
380V
1
75
858
143
0.8
0.7
2
副井提升机
YBR315S-6
110
380V
1
110
1260
210
0.8
0.7
4
通风机
YBFZ-280M-6
110
380V
2
220
1260
210
0.8
0.4
5
机修间
钻床10KW电焊机22.5KW2台天车5KW
60
380V
1
60
684
114
0.7
0.4
6
地面生产系统
YB2-18.5KW
18.5
380V
1
18.5
216
36
0.8
0.6
7
室内照明及办公
60
220V
1
60
1182
197
0.8
0.9
8
空压机
YB2-75KW
75
380V
2
150
858
143
0.7
0.6
9
锅炉房及空气加热室
YB2-11.5KW
11.5
220V
1
11.5
228
38
0.7
0.6
10
主提升辅助
YB2-40KW
40
380V
1
40
456
76
0.7
0.6
5、架空线路校验
1）校验数据
（1）供电形式双回路架空线路
（2）供电电压10kv
（3）供电距离3km
（4）供电线径LGJ-70
（5）功率因数Cosф=0.85
（6）井下额定电压660V的所有负荷之和为：
1139.5KW
（7）井下额定电压为10KV的所有负荷之和为:
1065KW
（8）地面额定电压为380V的所有负荷之和为:
685KW
（9）地面额定电压为220V的所有负荷之和为：
60KW
2）按照架空导线长时允许流过的电流检验
查电工手册的得到70平方架空线流过的最大电流为307A
查电工手册得到70平方电缆允许流过长时电流为181A
1、矿井矿井660V所带的负荷供电电流之和为：
式中：
Σ—660v供电线路所带的总负荷
U--矿井高压供电电压
COSΦ--矿井功率因数
2、矿井矿井10KV所带的负荷供电电流之和为：
式中：
Σ—10Kv供电线路所带的总负荷
U--矿井高压供电电压
COSΦ--矿井功率因数
3、矿井矿井380V所带的负荷供电电流之和为：
式中：
Σ—380v供电线路所带的总负荷
U--矿井高压供电电压
COSΦ--矿井功率因数
4、矿井矿井220V所带的负荷供电电流之和为：
式中：
Σ—660v供电线路所带的总负荷
U--矿井高压供电电压
COSΦ--矿井功率因数
转换后电压等级后电流的计算公式为：
U1
I1=I2×-------
U2
U1------原电压等级
U2------转换后的电压等级
I2-------原长时允许流过导体的电流
I1-------变换电压等级后的电流
所以I1=61.9A
I2=57.87A
I3=37.22A
I4=3.26A
总电流：
I总=I1+I2+I3+I4
=61.9A+57.87A+37.22A+3.26A
=160.27A
经计算安全电流比较：
307>160.27----安全合格
181>160.27---安全合格
经以上验算，综上所述：
架空线路和高压电缆供电安全电流符合要求。
6、井下负荷统计
井下负荷统计表
序号
设备名称
电机型号
额定电压（V）
设备功率kw
数量（台）
小计（KW）
单台启动电流（A）
单台额定电流
（A）
电流小计（A）
平均功率因数Cosф
需用系数K
1
主排水泵房
YB2-200KW
660/1140
200
4
800
1314
219
876
0.85
0.7
2
主排水泵
YB2-355KW
10000
355
3
1065
156
26
78
0.85
0.7
3
溜子
YB2-30KW
660
30
2
60
198
33
66
0.8
0.6
4
溜子
YB2-40KW
660
40
1
40
162
44
44
0.8
0.7
5
溜子
YB2-17KW
660
17
2
34
114
19
38
0.8
0.6
6
潜水泵
YB2-15KW
660
15
3
45
102
17
54
0.7
0.8
7
二部皮带
YB2-75KW
660
75
1
75
498
83
83
0.8
0.7
8
三部皮带
YB2-18.5KW
660
18.5
1
18.5
126
21
21
0.8
0.8
9
外下山皮带
YB2-22KW
660/380
22
1
22
150
25
25
0.8
0.7
10
潜水泵
YB2-7.5KW
660/380
7.5
6
45
54
9
54
0.7
0.8
合计
2204.5
1285
7、井下主供电电缆长时允许电流校验
按照井下最大涌水量时的最大负荷校验
即使在矿井最大涌水量的时期（保证正常生产）的电流为：
矿井最大负荷时期供电电流：
I=I1+I2=61.9A+57.87A=119.77A
根据《煤矿安全规程》第419条规定，下井主电缆至少选两根，当一根电缆发生故障时，另一根应担负全部井下最大负荷，此时电缆截面允许按允许持续电流选择。
井筒温度一般可取25度，根据电缆载流量表选择：
70mm²铜芯电缆载流量是210（A）大于119.77A，所以井下现有两趟10kv，70mm²铜芯高压供电电缆符合《煤矿安全规程》要求。
AQ/1000-180/2-710/WS型水泵采用原新安县祥和煤业有限公司高压供电线路，另外架设两路到矿。
第三部分井巷工程
现有泵房断面7.26㎡，采用料石砌碹三心拱形支护，断面满足不了安装设计水泵的需求，需对现有泵房进行扩修，计划扩修泵房长度21.5m，断面20.6㎡；泵房通道长度22.5m，断面9.5㎡。
一、泵房断面设计依据
1、现有泵房总长21.5m，长度与小井位置暂时无法改变。
2、泵房改造后共安装3台DF500-57×3型水泵和4台DF280-43×4型水泵。
3、管道采用1趟Φ426型，5趟Φ219型，1趟Φ155型管路。
4、DF500-57×3型水泵全长4238mm，高1184mm，宽1400mm，底盘短节、闸阀、止回阀等全高2884mm。
DF280-43×4型水泵全长2751mm，高850mm，宽835mm。
5、泵房底板需抬高30mm。
6、《煤矿安全规程》第463条规定，硐室内各种设备检修与墙壁之间应留出0.5m以上的通道，各种设备之间，应留出0.8m以上的通道。
对不需从两侧或后面检修的设备，可不留通道。
7、运输宽度取1400mm。
8、为了方便水泵安装，计划3台DF500-57×3型水泵和1台DF280-43×4型水泵安装在泵房里侧，剩余3台DF280-43×4型水泵根据泵房小井位置安装在对侧。
综上所述，计划扩修巷道采用U型钢半圆拱形喷浆支护，直墙高2000mm，净高4500mm，巷道下宽6000mm，净断面20.6㎡。
泵房通道也采用U型钢半圆拱形喷浆支护，直墙高2000mm，全高3500mm，净断面9.5㎡。
二、工程工期
计划进行分段施工，从变电所方向扩修泵房21.5m，从泵房通道向里扩修通道22.5m，全部采用风镐扩巷，U型钢喷浆支护。
边掘边支，计划工期22天。
计划开工日期2013年4月25日至5月16日。
（此工期按罐道安装结束时间向后推移）
三、施工组织
采用“三八”制作业，每班设班长1名，安检员2名，支架工2名，掘进工4名，装车工4名，车工4名，信号工1名，瓦检员一名，跟班矿长1名，泵工3名，电工1名，科室跟班1名。
井下作业人员25人，井口信号工1名，拥罐工2名；共计作业人员28人。
四、施工工序
1、对施工段巷道下电缆，电器设备管道采取保护措施。
2、对原有巷道进行加固。
3、用风镐对顶部及巷帮扩大至规定断面。
4、装矸运渣。
5、U型钢支护。
6、喷浆。
5、安全措施
施工前必须制定安全措施及操作规程，报洛阳公司备案，并组织工人学习。
严格坚持国家及集团公司、区域公司有关规定。
对暂时不用设备、电缆全部停电。
第四部分管道安装
一、主排水系统安装
1、出水管：
在泵房巷道高3m处安装20#工字钢作为管道托架，出水管全部铺设在管子托架上。
原有3趟Φ219型管道从小管子道至副井底，再到地面。
2趟Φ219型管和1趟Φ155型管路沿泵房通道至副井底，再到地面。
考虑暂时管子道未完成施工，水泵安装完成后，先与原有管道接通。
从泵房暂时铺设1趟Φ426型管道，经泵房通道走主斜井至地面。
2、进水管：
考虑泵房空间位置，进水管法兰与弯头接通后，全部通过地下沟槽到吸水小井。
3、2台DF500型水泵和1台DF280由西部一小井供水，剩余水泵由东部两个小井供水。
4、管道铺设、水泵安装工期计划15天，从5月25日--6月10日。
二、自排系统安装
高压直排管道经西翼回风巷----12采区回风巷-----12采区一联巷-----12采区皮带下山------集中皮带巷-------主斜井-----地面。
二0一三年四月九日
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