最新矿井防尘洒水系统设计.docx

1、最新矿井防尘洒水系统设计最新矿井防尘洒水系统设计矿井防尘洒水系统设计矿井防尘洒水设计是矿井设计的重要内容，属于安全技术措施的一部分，目的在于解决矿井生产的劳动卫生和生产安全。规程明确规定：“矿井必须采取综合防尘措施，并建立完善的防尘洒水管路系统。”因此，必须做好矿井防尘洒水设计。防尘设计的依据：(1) 煤层条件：包括煤层厚度、倾角、层数，煤含水量，煤自燃和煤尘爆炸特性等。(2) 矿井设计及生产资料：包括井田范围和开采规模，开拓开采系统，巷道布置，采、掘工作面数目和位置，运输环节与系统布置；巷道断面、长度、坡度及支护状况；采用的采煤方法，采区的接替计划和布置；井口及水平标高，运输大巷、运输上山长

2、度及坡度等。(3) 矿井采、掘、装运的机械设备、类型、数量及在井下的配置状况。(4) 井田范围气象条件，地面水源分布及补给状况，矿井涌水量，含水地层的水量水质等。(5) 防尘洒水所需的技术经济资料。防尘洒水设计的基本内容和程序是：选定防尘洒水水源；确定洒水管网布置系统；选择和布置洒水器及数量；确定供水量；选择材料和配件；管网水力的计算；供水压力的控制；水泵选型；概算防尘洒水费用等。通过防尘洒水设计，应提供的设计成果包括：防尘洒水系统图；设备、材料明细表；施工图（包括防尘洒水安装平面图和洒水管道在巷道中的安装图）；矿井洒水器配置图；非定货装备的施工大样图；施工设计说明书。第一节 水源与供水形式的

3、选择 一、矿井洒水的水质要求1 井下消防、洒水及一般设备用水标准见表4-1。表4-1 井下消防洒水水质标准序 号项 目标 准1悬浮物含量不超过30mg/L2悬浮物粒度不大于03mm3pH值694大肠菌群不超过3个/L注：滚筒采煤机、掘进机等喷雾用水的水质除符合表中的规定外，其碳酸盐硬度应不超过3m molL(相当于168德国度)。2高压喷雾用水同国家生活饮用水标准。3特殊设备用水按设备厂家提供的水质标准。二、供水水源选择矿井可供选择的供水水源有很多，包括地表水、矿井水和工业或生活用水等。应根据矿井具体条件，本着有效利用水资源，降低用水成本，节约用水，循环利用，保护环境等原则，合理选取供水水源。

4、三、防尘供水形式的选择防尘供水形式是开展防尘工作的基础。供水形式的确定取决于水源。现场采用的有以下几种形式：1利用井下水为水源的静压供水图4-1 矿井水源的静压供水系统1地面净水池；2水泵；3井筒；4供水管；5井底水仓43215井下水源可以是巷道的水沟水、淋帮水或含水层水。因水源不同，这种供水系统又可分为：1）用井下排水泵将井底水仓中的水排至地面水池，通过沉淀过滤的清水经输水管网送至各用水地点。如图4-1 所示。储水池一般应设在地面，水池容量一般不得小于一班的耗水量。水池标高的选择，应满足用水点水压要求及考虑管材设备的耐压强度。有时地面水池距离井底高差太大，需要采取降压措施，北方地区冬季需要考

5、虑防冻等问题。这种供水形式的优点是水压稳定，便于管理。2）收集井下淋帮水、裂源水，汇于集水池中，用专用水泵将水送至地面，然后经管网送至井下各用水点。如图4-2 所示。该系统取水方式与前一种情况类似，但淋帮水、裂源水比井下水仓水的水质要好得多，一般不需要沉淀或过滤。只是需要有淋水、裂隙水条件的矿井方可采用。主要优点是水压稳定，水质较好，管理方便。 图4-3 上水平巷帮淋水供下水平使用1总回风大巷；2集水池；3水管；4上山（或斜井）123434下水平上水平3）收集上水平的巷道淋帮水或裂源水于集水池中，充分利用上水平上存在的一定高差，作为下水平使用的静压供水水源，形成供静压供水系统。如图4-3 所示

6、。优点：供水网短，水压稳定，水质较好。若上水平有足够的满足生产所需的水的水源，应积极加以利用。这种供水方式在经济和技术方面都是有利的，即使在水源水量有限，不能满足全矿生产需要，也应作为局部供水的水源加以利用。2利用井下水为水源的动压供水1）用井下排水泵或设专用水泵，将井底水仓或集水池的水（不经地面）直接送至井下各用水地点的动压供水系统。如图4-4 所示。该系统的优点：供水管路短。缺点是水泵效率低，水质难保证，已少有采用。2）将井下水灌入专用水车，利用压缩空气将水压送到各洒水地点。如图4-5 所示。 图4-5 水箱控制1注水管；2供水管；3压风管；4专用水车421 3该系统的优点：灵活方便，但贮

7、水量有限，通常只供凿岩机湿式凿岩用水。利用专用水车、专用注水泵，作为动压供水的方法，为大多数动压注水工作面所采用。也可以不设专用水车，而是注水泵直接与静压管网连接加压实现动压供水。3利用地面给水作为水源的静、动压供水图4-6 水箱控制1地面净水池；2水泵；3井筒；4供水管432 1如图4-6 所示。这是一种多渠道供水的方法，用生活用水补充矿井水的不足，适用于井下缺水的矿井。该系统供水费用较高；当地面水源的供应量不足时，往往发生地面生活用水与井下生产用水相互矛盾，应合理安排水的配给。在上面介绍的几种供水系统中，根据现场实际使用经验，采用集中静压供水系统在技术经济上较为合理；煤层注水优先考虑采用静

8、压注水方式，对需要施行煤层高压注水的矿井，使用移动专用泵联接供水管网加压要比使用专用水车注水更加方便。第二节 矿井防尘洒水管网系统及用水量计算 一、管网布置形式及选择管道与附件(法兰盘、弯头、阀门等)连接成一整体称为管路。井下若干条管路按需要相互联接就构成了矿井管网系统。 矿井防尘管网系统按其结构，可分为树状网和环状网两种类型。所谓树状网是指管网布置像树枝样。从树干到树稍越来越细，树状分倒立或正立形状受供水方式制约，见图47a、b。如全矿井从井底水仓集中供水，则管网系统正好是个正立状树状网。地面水池集中供水为倒立树状网。倒立树状网是矿井防尘常见的管网形状之，它适用于静压供水的矿井。所谓环状网是

9、将主干管路连成环状(图47c)。由于环联管四通八达，当部分管线损坏时，一侧断水影响范围较小，全矿井或整个采区防尘工作不致中断。环状网适用于生产集中的水平煤层和作业地点所需水压基本均等的矿井或井下相同水平设有几个大小不等的静压水池同时为全矿井供水的矿井。图4一7 矿井防尘供水管网形状树状网和环状网相比，树状网结构简单、主干管线短、投资少，但可靠性较环状网差。当某一条管路损坏时，在它以后的各分支管路都将断水。环状网则可以克服这一弊病，但主干管路长度常需要成倍增长，造价也就相应增加。在生产实践中究竟采用哪种形式，应以安全可靠、经济合理为原则，结合各矿具体条件因地制宜地选择。二、用水点装置1灭火装置1

10、）在井下的下列位置应设消火栓：（1）重点保护区域及井下交通枢纽的15m以内：主、副井筒马头门两端；采区各上下山口；变电所等机电硐室入口；爆炸材料库硐室、检修硐室、材料库硐室入口；掘进巷道迎头；回采工作面进、回风巷口；胶带输送机机头。（2）有火灾危险的巷道内：斜井井筒、井底车场、胶带输送机大巷每隔50m；采用可燃性材料支护的巷道每隔50m；煤层大巷，采区上山、下山、工作面运输及回风顺槽等水平或倾斜巷道每隔l00m；岩石大巷、石门每隔300m。2）在有火灾危险的巷道中，处于其他巷道已设消火栓保护半径之内的区域，可不设消火栓。在一般巷道中，消火栓的保护半径应按50m计；在岩石大巷、石门中可按150m

11、计。3）下列位置宜设相应的固定灭火装置：（1）胶带输送机机头处设自动喷水灭火系统；（2）马头门内侧20m处设水喷雾隔火装置；（3）井下变压器、空气压缩机等设备设泡沫灭火系统；（4）其他经采矿工艺认定火灾危险较大的井下巷道或硐室。2给水栓1）下列部位应设置相应规格的给水栓：（1）设有供水管道的各条大巷、上下山及顺槽每隔l00m应设置一个规格为DN25的给水栓；（2）掘进巷道中岩巷每l00m、煤巷每50m设置一个规格为DN25的给水栓；（3）溜煤眼、翻车机、转载点等需要冲洗巷道的位置。2）湿式凿岩及湿式煤电钻的引水管或分水器的引水管，注水泵、喷雾泵吸水桶的进水管，宜通过软管与供水系统的给水栓相接。

12、给水栓的规格必须与用水点的最大流量匹配。3喷雾装置1）在井下采掘工作面的采煤机、掘进机截割部、放顶煤工作面放煤口、液压支架产尘源、破碎机等处以及运输系统中、的煤仓、溜煤眼、翻车机、装车机、胶带输送机、刮板输送机、转载机等的转载点上均应设置喷雾防尘装置。采掘工作面的外喷雾应采用由高压喷嘴构成的高压喷雾装置。2）在下列地点应设置风流净化水幕：采煤工作面进回风顺槽靠近上下出口30m内；掘进工作面距迎头50m内；装煤点下风方向1525m处；胶带输送机巷道、刮板输送机顺槽及巷道；采区回风巷及承担运煤的进风巷；回风大巷、承担运煤的进风大巷及斜井。三、矿井防尘用水量的计算矿井防尘设计用水量Qs可按下式计算：

13、 QsK（Qc+QJ+Qy+Qf+Qx +Qq） m3h (4-1)式中 Qs矿井防尘用水量， m3/h； K富余系数，取1.251.35； Qc各采煤工作面防尘用水量之总和，m3/h；QJ各掘进工作面防尘用水量之总和，m3/h；Qy主要运输巷的运输及转载系统防尘用水量之总和，m3/h；Qf运输大巷风流净化水幕用水量之总和，m3/h；Qx矿井消火栓总流量，取27 m3/h；Qq防治粉尘的其他用水量之总和，m3/h。1采煤工作面防尘用水量 采煤工作面防尘用水量包括煤层注水、采空区灌水、采煤机内外喷雾、液压支架移架、回柱喷雾、湿式打眼、爆破落煤喷雾、冲洗煤壁、出煤洒水、工作面顺槽输送机转载点喷雾、

14、回风顺槽净化水幕、冲洗顺槽沉积煤尘及支架乳化液用水等用水量。由于水炮泥用水量不大，可不计。 1）煤层注水用水量Qc1 计算式如下： Qc1QkQz m3h (4-2)式中 Qk每一处的湿式钻孔用水量，可取Qk3m3h； Qz每一工作面的煤层注水流量； Qz=1.3AGql m3h (4-3) 1.3漏水与注水超流量的综合系数； A受注水湿润的煤产量与工作面总产量的比值； G工作面平均小时产量，th； q1吨煤注水量，q10.020.035m3t。 2）采空区灌水用水量Qc2 计算式如下： Qc2ncQd m3h (4-4)式中 Qc2每一工作面的灌水孔(管)数； Qd单孔灌水流量，倾斜分层超前

15、钻孔采空区灌水流量可取lm3h，回风顺槽 采空区水管灌水可取6m3h，水平分层采空区灌水可取2m3h。 3）采煤机内外喷雾用水量Qc3 可按表42选用：表42 采煤机耗水量参考生产能力（Mt/a）采煤机组总功率（kW）国产采煤机耗水量(m3/h)进进口采煤机耗水量(m3/h)815000.064000.06520610000.063200.0637545000.062350.0623025000.061500.061204）液压支架降、移架、放煤时喷雾水量Qc4 Qc4nc4q4 (4-5)式中 nc4同时使用的架间、放煤口喷雾喷嘴数。 q4喷嘴流量，m3h，可取0.2m3h。5）湿式煤电钻打

16、眼用水量Qc5可取Qc50.5m3h。6）爆破落煤喷雾用水量Qc6可取Qc61.2 m3h。7）冲洗煤壁用水量Qc7可取Qc7l.2m3h。8）出(攉)煤洒水量Qc8 Qc8Gq8 m3h (4-6)式中 q8吨煤洒水量，q80.020.035m3/h； G工作面平均小时产量，th。 9）运输顺槽转载点喷雾用水量Qc9 Qc9nc9Qcz m3h (4-7)式中 nc9转载点个数； Qcz喷嘴的喷雾流量，根据煤的水分选取适宜流量的喷嘴，设计时可按0.2m3h计算。 10）进、回风顺槽风流净化水幕用水量Qc10 Qc10nc10Qcm m3h (4-8)式中 Qc10一喷嘴个数； Qcm一个喷嘴

17、的喷雾流量，设计时可按0.10.15m3h计算。 11）回风与运输顺槽巷冲洗沉积煤尘用水量Qc11 可取Qc112m3h。 12）单体液压支柱乳化液用水量Qc12 采用单体液压支柱支护时，应把乳化液用水量Qc12考虑在内。各采煤工作面防尘用水量之总和Qc为：机采或综采工作面防尘用水量之和Qcg与炮采工作面防尘用水量之和Qcb的总和。 即： Qc=Qcg+Qcb m3h (4-9) 而计算采煤工作面防尘用水量时，应考虑到各防尘措施并非同时全部采用，因此不能采取将全部用水量相加的方法进行计算，对非同时采用的防尘措施，可选取其中用水量较大的一项进行计算： QcgQc1(或Qc2)+Qc3+Qc4+Q

18、c9+Qc10+Qc11+Qc12 (4-10) QcbQc1(或Qc2)+Qc6(或Qc7或Qc5)+ Qc8+ Qc9+Qc10+Qc11+Qc12 (4-11)2掘进工作面防尘用水量 掘进工作面防尘用水量包括湿式打眼、爆破落岩(煤)喷雾、冲洗岩(煤)帮、装岩(煤)洒水、喷雾，掘进机喷雾、湿式除尘器喷雾、锚喷支护、转载点喷雾、风流净化水幕等用水量。1）凿岩机湿式打眼用水量Qj1 Qj1=nj1Qh (4-12)式中 nj1凿岩机同时工作台数，台；Qh单台凿岩机用水量， Qh0.3m3h。2）湿式煤电钻打眼用水量Qj2Qj20.5m3h3）爆破落岩风水喷雾器用水量Qj3Qj31.5m3h4）

19、爆破落煤喷雾用水量Qj4Qj41.5m3h5）冲洗岩(煤)帮用水量Qj5 ”Qj5lm3h6）装岩(煤)洒水用水量Qj6Qj6Gq6式中 G掘进工作面平均小时产量，th；装岩洒水时，取 0.02m3/h；装煤洒水时，取0.030.035m3h。7）装岩机装岩喷雾用水量Qj7可取Qj70.5m3h。8）掘进机喷雾用水量Qj8 Qj8Gq8 m3h (4-13)式中 G掘进工作面平均小时产量，th；q8吨煤喷雾水量，可取0.020.35m3/h。9）掘进机配套湿式除尘器喷雾用水量Qj9根据除尘器型号及用水方式确定其用水量，可取Qj91.51.8m3h。10）锚喷支护混凝土喷射机上料口除尘器喷雾用水

20、量Qj10根据除尘器型号确定喷雾用水量，可取Qj100.8m3h。11）混凝土喷头用水量Qj11可取Qj110.8m3h。12）转载点喷雾用水量Qj12根据煤的水分大小选取适宜流量的喷嘴，设计时可按0.2m3h计算。13）风流净化水幕用水量Qj13 Qj13=nj13Qjm (4-14)式中 nj13水幕的喷嘴个数；Qjm-喷嘴的喷雾流量， 0.10.15m3h。各掘进工作面防尘用水量之和Qj为：岩巷掘进工作面防尘用水量之和Qjy与煤及半煤岩巷炮掘工作防尘用水量之和Qjmb，加上煤巷机掘工作面防尘用水量之和Qjg的总和。即： QjQjy+jmb+Qjg (4-15)式中 QjyQj3(或Qj5

21、或Qj1)十Qj6+Qj7+Qj10+Qj11+Qj13 (4-16)QjmbQj4(或Qj5或Qj2)+Qj6+Qj13； (4-17)QjgQj8+Qj9+Qjl2+Qj13。 (4-18)3主要运输巷的运输及转载系统防尘用水量主要运输巷道及转装载点防尘用水量包括电机车运输、集中运输巷带式输送机转载点、装车站及翻罐笼等处的喷雾用水量，计算如下：1）电机车运输喷雾用水量Qyl QylnyQp1 m3h (4-19)式中 ny喷嘴个数，取46个； Qpl喷嘴的喷雾流量，可取0.3m3h。 2）带式输送机转载点喷雾用水量Qy2 Qy2nyQp2 m3h (4-20)式中 Qp2喷嘴的喷雾流量，

22、0.2m3h。 3）装车站喷雾用水量Qy3 装车站喷雾用水量应根据煤的水分、矿车容量及单位时间放煤量等条件确定喷嘴个数及喷雾流量。1t矿车可取0.40.6m3h，3t矿车可取1.53m3h。4）翻罐笼卸载喷雾用水量Qy4 Qy4，nyQpl m3h (4-21) 主要运输巷道的运输及转载系统防尘用水量之和Qy可由下式求得： QyQy1+Qy2+Qy3+Qy4 (4-22)4.运输大巷等风流净化水幕用水量可按下式计算： Qf=NnyQp2 m3h (4-23)式中 N安装净化水幕的总处数； 其它符号同前。5防治粉尘的其他用水量 防治粉尘的其他用水量包括对主要运输、通风巷道的定期冲洗、刷白及如隔爆

23、水棚的充水等用水量。这类用水常是临时性的，可根据矿井的具体情况给其他用水量q以适当值。第三节 管网水力计算与管路选择一、管网水力计算步骤1根据矿井开拓、采掘工程平面及采掘机械配备布置图，确定洒水地点及选择洒水器类型，并给出消防系统平面布置图。2确定各洒水地点的耗水量及工作压头。一般规定最不利点位置的洒水器压力不应小于 0.2 MPa。为不使洒水器耗水过多，定点洒水器的工作水压不应大于0.6 MPa。3确定各管段的计算流量。4根据管网需通过的流量及经济流速选择合适的管径。管网中的流速规定为：洒水管v=12 m/s（设计时取v=0.60.9 m/s）；消防管v=2.53 m/s。5计算各管段的阻力

24、损失。6根据管段所承受的静水压力选择管材及加减压措施。二、管网水力计算和管路选择1管路规格的确定给水管道的水流速度，宜按表4-3采用。表4-3 给水管道的水流速度公称直径 (mm)15202540507080水流速度 (m/s)1.01.21.51.8如果已经给定流量Q和选定的流速v，那么，按Q=Sv计算出水管的计算内径，m (4-24)在矿井洒水系统设计中，管中水的平均速度v是按技术与经济比较后确定的，计算得到的经济流速v的数值在 1.2 m/s左右；设计中考虑管道使用中的锈蚀和水垢沉积使断面积变小，一般可取v=0.60.9 m/s。考虑到因水管的锈蚀等对沿程阻力的影响，在选择内径d时应比计

25、算内径dj要大出1mm，即。d=1+dj。内径大于300mm的管子可不考虑这一因素。煤矿井下消防、洒水管道宜采用钢管。最大静水压力大于1.6MPa的管段应采用无缝钢管；计算水压小于或等于1.6MPa的管段可采用焊接钢管。钢管道的管壁厚度应按下式确定： j+2.5 (4-25) (4-26)式中 设计采用的钢管壁厚(mm)； j按计算水压算出的理论管壁厚度(mm)； 2.5一考虑制造壁厚公差及腐蚀裕度的附加值(mm)； P最大计算水压(MPa)； d管道内径(mm)； 钢的最大许用应力(MPa)；普通钢为113，优质钢为133； 焊缝系数；无缝钢管取1.0，焊接钢管取0.8。2管路的沿程摩擦阻力

26、计算钢管道的沿程水头损失应按下列公式计算：当v1.2 m/s时，m / m (4-27)当v1.2 m/s时，m/m (4-28)式中 i单位长度的水头损失（m/m） 其它符号同前。 在特殊条件下，井下管道的沿程水头损失也可采用曼宁公式或海森-威廉公式计算。 计算管段的水头损失为hw = iL (4-29)式中 hw管段的水头损失，m； L管段长度，m。3管路的沿程总阻力计算管网的阻力损失（或称水头损失）包括沿程摩擦阻力和局部阻力。在洒水管网中主要是沿程摩擦阻力损失，局部阻力所占的比例很小，在设计中， 管道的局部水头损失计算应按具体情况分别采用下列两种计算方法：1）巷道及井筒内的长距离管道应按

27、沿程水头损失的10计算。2）水源、水处理站及加压泵站硐室内的管道应按管件逐个计算，然后累加。若管道局部阻力按摩擦阻力的10%计算，那么，管道的总阻力损失H = 1.1hw (4-30)式中， H 管道的总阻力损失，m；hw计算各段管道的摩擦阻力之和，m。软管的水头损失可按下式计算 ，m/m (4-31)第四节 水压控制措施和管路敷设井下的采煤机组、掘进机组、不同类型的洒水器、消火栓等都有各自的流量和压力要求。因此，防尘设计中就必须考虑压力的控制问题。压力控制与供水水源的选择关系很大，因供水水源位置的不同，可能造成整个管网的加压或减压，也可能造成局部加压或减压。即使供水水源所提供的自然水头对大部

28、分管网的压力要求能基本得到满足，但局部网点需要加压或减压的情况也总是存在的。一、水压计算 井下消防、洒水管道系统中某一点的水压值应按下式计算：p10-6（Zh）g+P0 (4-32)式中 p管道系统中某计算点的计算水压值(MPa)； 一水的容重(1000kgm3)； Z位置水头差，为计算点至该点管道上游水压已知点(如减压阀、水池计算水面或加压泵出口)之间的几何高差(m)；h从上游已知点至计算点之间的管道水头损失(m)；g重力加速度，9.81ms2； P0已知点的水压(MPa)，可为系统加压水泵的出口压力或减压阀后的水压。二、管网的加压措施和水泵选型1管网分支的加压因管网分支供水压力不足，井下局

29、部网点不能满足洒水压力要求时，可以采用压气水箱进行加压，压气水箱因受风压的限制，只能作局部加压，比如掘进工作面湿式凿岩等防尘用水可采用这种方法。如果静压供水的水源低于用水地点标高时，必须设置加压泵来提高供水压力。井下加压泵的设置位置，应根据加压泵的服务范围，最好通过水力计算确定，应尽量使管网分支的阻力值不致相差太大，同时还应顾及到加压泵位置不致因开采工作的发展而频繁搬家。井下加压泵有两种供水连接方式：1）加压泵与供水管路连接。优点是可以利用供水管道中的剩余压力，减小水泵功率。在局部加压时常用这种连接方式。但必须注意水泵流量与供水管路流量相适应，在水泵吸水管上应设阀门，出水管上设置逆止阀和压力表。2）设置一定容积的吸水池，水泵从水池中吸水加压。这种方式灵活性较大，水泵便于调节，与管网不发生干扰等优点，但无法利用管网的剩余压力。2加压水泵的选型在洒水设计中，水泵的选型应考虑两个因素：1）流量。水泵流量应考虑由水泵所担负管网的全部洒水设备耗水量的总和。并考虑 洒水系数。2）扬程。水泵的扬程应包括：洒水设备要求的出口水压、管道总水头损失、泵房内