大饭铺矿排水设备选型及布置设计

摘要本设计的主要内容是了解矿井排水设备发展及应用情况，明确所设计的大饭铺矿的矿井概况、井田开拓方式，对矿井排水设备常用的水泵的类型、工作原理、结构和型号进行分析。根据设计依据确定排水系统方案，选择水泵、管路及管路附件等设备的类型和具体型号，确定水泵工况点，选择电动机，以及对各方案水泵装置效率的进行比较，排除不合理的方案，最后再对方案进行经济核算以确定方案的合理性。根据矿井设计规范、煤矿安全规程、所选择的水泵、管路及管路附件等设备的规格，确定水泵房、吸水井、水仓、管子道间尺寸。进行水泵、管路及管路附件等设备布置，绘制水泵房设备布置图。在设计过程中，根据矿井安全生产的政策、法规，结合煤炭行业发展现状，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想来进行综合设计。关键词排水系统；水泵；工况点ABSTRACTTHEMAINCONTENTOFTHISDESIGNISFAMILIARWITHMINEDRAINAGEEQUIPMENTAPPLICATION,CLEARTHEDESIGNOFLARGEFANPUMINEMINESURVEYMINEEXPLOITATION,MINEDRAINAGEEQUIPMENTCOMMONLYUSEDPUMPTYPE,WORKINGPRINCIPLE,STRUCTUREANDTYPESOFANALYSISDRAINAGESCHEMEISDETERMINEDACCORDINGTOTHEDESIGNBASIS,PUMPS,PIPINGANDPIPEACCESSORIESEQUIPMENTTYPEANDTHESPECIFICTYPESOFSELECTION,DETERMINETHEPUMPOPERATINGPOINT,MOTORSELECTION,ANDONTHEEFFICIENCYOFTHEPUMPDEVICECOMPAREDTOEXCLUDEUNREASONABLESCHEME,THENTHEOTHERCASEINECONOMICACCOUNTINGTODETERMINETHEPLANOFRATIONALITYACCORDINGTOTHECODEFORDESIGNOFMINE,“COALMINESAFETYREGULATIONS“,THECHOICEOFPUMPS,PIPINGANDPIPEACCESSORIESEQUIPMENTSPECIFICATIONSTODETERMINETHEPUMPROOM,CEILINGWELLS,SUMP,PIPESIZEPUMP,PIPINGANDPIPINGACCESSORIESANDOTHEREQUIPMENTLAYOUT,DRAWINGTHELAYOUTOFTHEPUMPROOMEQUIPMENTINTHEDESIGNPROCESS,ACCORDINGTOTHEMINESAFETYPRODUCTIONPOLICIES,LAWSANDREGULATIONS,COMBINEDWITHDEVELOPMENTSTATUSOFCOALINDUSTRY,INORDERTOSECUREFUNDAMENTALTOINVESTLESS,LOWOPERATINGCOSTASTHEPRINCIPLEOFTHEDESIGNOFTHEGUIDINGIDEOLOGYTOCARRYOUTCOMPREHENSIVEDESIGNKEYWORDSDRAINAGESYSTEMPUMPWORKINGCONDITIONPOINT目录1绪论111排水设备的现状及发展112矿井概述113矿水来源及涌水量314设计的指导思想32矿井排水系统确定421设计的原始资料422排水系统方案4221单水平开采排水方案4222多水平同时开采排水方案63排水设备选型计算831水泵的选型8311水泵必须排水能力8312水泵所需扬程的估算8313初选水泵8314水泵的台数932管路的选择10321管路趟数及泵房内管路布置形式11322管材的选择11323排水管内径12324吸水管径1433水泵工况点的确定及校验15331管路系统15332估算管路长度15333管路阻力系数R的计算15334管路特性方程19335绘制管路特性曲线并确定工况点1934经济指标概算26341设备初期总投资26342设备运行费用27343年排水费294主水泵房布置3041一般规定3142主水泵房尺寸及布置设计31421水泵外形及安装尺寸32422泵房长度33423泵房宽度33424泵房高度3443水泵基础的近似计算3444水仓及吸水井尺寸设计3545水管布置及管子道间尺寸的设计37451吸水管尺寸设计37452出水管布置38453泵房防水门的确定38454管子道和管子间385矿井排水设备的运行管理3951水泵的使用和维护40511泵的操作使用40512泵的维护和保养4052水泵的性能测定41521测定原理和方法4153水泵的经济运行42531影响水泵经济运行的因素42532节能措施436结论45致谢47参考文献48附录A48附录521绪论11排水设备的现状及发展国外排水设备的发展较先进，矿井排水高扬程水泵采用双电机拖动，在国外为了提高矿井排水设备运行的经济性，必须对水泵的使用期和管道的清理周期进行优化。矿井排水设备是矿山企业主要的用电设备之一，节能工艺的运用方针，要求在排水设备的设计和使用阶段，都进行能耗估算。加拿大提出了数字化矿山的概念，建立综合信息基础框架，减小排水设备的自动控制和监测的误差，建立起了水资源管理信息系统。他们在采区工作面水文地质探测，地下水动态监测，水害预测，应急堵截水方面和矿井水综合治理方面均有成熟的技术可以让我们借鉴。在许多发达国家里，矿井水资源管理己进入了系统化管理阶段。集中了规范化、统计化、实时化和运筹化管理水资源质量及水环境的优点，运用了系统论、信息论、控制论和计算机技术，建立起了水资源管理信息系统。他们在采区工作面水文地质探测，地下水动态观测，水害预测，应急堵截水方面和矿井水综合治理方面均有成熟的技术可以让我们借鉴。虽然这些国家没有将排水设备的自动化单独进行研究，但他们将这一方面的内容列入了矿山整体水资源管理的规划之中，将所有的控制信息包括水泵的运行都集中给中心控制室，进行统一控制。在我国，国内的工程技术人员在优化排水方案，改造排水设备，合理布置巷道，排水设备选型等方面也也做了大量的工作，不仅在节能方面取得明显成果，而且同时也提高了矿井的防灾抗灾能力，保证了矿井的安全生产，在排水系统的控制方面一些人员把模糊控制，规则控制，神经网络方法等智能化控制理论运用到矿井排水系统设计当中，实现对排水系统的实时控制，自动检测系统的运行状况，自动采集数据，故障报警，事故分析以及多台水泵软启动的自动切换及断电等，提高了资料的准确性，控制的可靠性及效率。12矿井概述大饭铺矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾镇西南约13KM处，地处准格尔煤田南部的龙王沟详查区南部，行政区划隶属于准格尔旗薛家湾镇。矿井设计可采储量为17136MT，矿井服务年限为51A。大饭铺矿为减少井筒工程量和压煤量，以及井下巷道初期工程量，将主、副井场地和风井场地分开布置。主斜井由井田南部向北布置，井口标高11550M，倾角16，斜长1070M，井底标高8600M，主斜井与大巷通过井底煤仓连接；井筒内装备14M宽胶带输送机担负全矿井煤炭提升任务、装备架空乘人器担负胶带检修和零星下井人员的运送，井底采用平巷矿车清理。副斜井位于主斜井西侧，由南向北布置，井口标高11550M，井底车场标高8600M，倾角23，斜长755M，装备一台2JK35/20E型单滚筒提升绞车，担负矿井的人员、设备及材料的升降。回风立井场地位于工业场地北端，落底在副井井底车场的北侧，井口标高118400M，垂深326M，装备梯子间，担负全矿井的回风任务。大巷沿铁路煤柱南北向布置，主要大巷为胶带输送机、辅助运输和回风大巷，矿井采用中央并列式通风系统。主斜井担负全矿井煤炭提升任务，并兼作进风和矿井安全出口。井口标高11550M，井筒净宽52M，净高405M，净断面积1815M2，倾角16，井筒全长1070M。井筒内一侧布置一组架空人车器（猴车），另一侧装备一条带宽1400MM、运输能力1500T/H的胶带输送机。井筒内敷设1趟消防水管和1趟压风管以及通讯电缆等，设有台阶及扶手。副斜井担负全矿井人员、设备及材料的提升运输任务，并兼作进风井和矿井安全出口。井口标高11550M，井底车场标高8600M，井筒净宽50M，净高41M，净断面积1782M2，倾角23，井筒全长755M。井筒内铺设30KG/M、900MM轨距双轨，敷设3趟排水管路、1趟消防洒水管路以及动力、通信电缆等，并预留动力、通信电缆位置各两根。井筒内设有台阶及扶手。井筒直径55M，井筒断面237M2，倾角90，垂深326M，担负全矿井的回风；敷设1趟灌浆管路；设置梯子间用于安全通道。本煤田降水量少，煤层直接充水含水层补给区面积小，地形起伏大，沟谷纵横且切割深，无良好的汇水地形。地质构造总体为向西倾斜，具波状起伏的单斜，对地下水的富集、储存不利。煤层直接充水含水层的补给量极小，富水性弱，水文地质条件简单。区内寒武、奥陶系岩溶裂隙水富水性好，水压大，但富水性极不均一，其沿溶洞、溶隙运动。其补给来源主要为黄河水，其次为大气降水补给。排泄方式沿溶洞、溶隙等向南、向西运动，或者少量的开采排泄。根据上述内容和开采模式，设计矿井正常涌水量为220M3/H，最大涌水量370M3/H。矿井正常涌水量为220M3/H，所需水仓容量为Q022081760M3。设计水仓净断面1158M2，内、外水仓长度及水仓入口长度总和为220M，水仓有效容积2316M3，满足规程要求。水仓清理按人工清理设计，水仓内设有轨道系统，水仓入口处运输煤泥为有轨系统。13矿水来源及涌水量在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等。矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“Q”表示，其单位为M3/H。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。为了对比不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以K表示相对涌水量，则11TQK/24式中Q绝对涌水量；T同期内煤炭日产量。排水设备主要包括水泵、电动机、管路、水泵房、管子道、水仓及电控设备等。14设计的指导思想排水设备的选择要以选出的排水设备在整个矿井服务期限中都可以按有关规定的要求排除矿井涌水为原则。排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动化程度高，维护方便。为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。2矿井排水系统确定21设计的原始资料1斜井开拓，井口标高1155M，井底标高8605M，倾角23；2正常涌水量220M3/H，最大涌水量370M3/H；3正常涌水期按300天，最大涌水期按65天；4矿水中性，矿水密度9810KG/M3；5服务年限51年；6矿年产量240万吨；22排水系统方案在我国矿山中，目前通常采用集中排水。集中排水开拓量小、管路敷设简单、管理费用低，但由于上水平的水需流到下水平后再排出，则增加了电耗。当矿井较深时可采用分段排水。涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。因此，当水泵房设在最终水平时，应设防水闸门。221单水平开采排水方案（1）直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。竖井单水平开采时，可以将全部坑道的水集于水仓中，并用排水装置直接排至地面（图21A）是竖井单水平开采时的直接排水系统。斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面（图21D）。这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。图21单水平开采的排水系统FIG21SINGLELEVELMININGDRAINAGESYSTEM直接排水系统简单，开拓量小，管路敷设较容易，基建费用低，便于管理，是我国通常采用的排水系统。（2）分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。单水平开采时，若井筒较深，排水所需压头超过了水泵可能产生的扬程时，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，并且开有水仓（图22），首先将矿水排至中央水仓，然后再由该泵房的水泵，将水排至地面；其二是只开中间泵房，不开水仓，上、下部的排水装置，按间接串联方式工作，将水排至地面两者比较，前者的优点是上、下装置互不影响，缺点是必须开拓中间水仓；后者的优点是不需要中间水仓，缺点是要求上、下互相配合，其中上、下任意两台水泵都应能串联工作，这使管路布置十分复杂，而且下部的排水装置，可能受到相当于全井深的水压。因此为保证工作的可靠，应尽可能采用前一方案图22单水平开采的排水系统FIG22SINGLELEVELMININGDRAINAGESYSTEM222多水平同时开采排水方案两个或多个水平同时开采，各水平可分别设置水仓、泵房和排水装置，将各水平的水分别直接排至地面（图23A）。此方案的优点是上、下水平互不干扰，缺点是装置多、管路多。当水平的涌水量较小，没有必要单独设置排水装置时，可将上水平的水放到下水平，而后由该水平的排水装置直接排至地面（图23B）。此方案的优点是只需一套排水设备，缺点是上水平的水下放后再上提，损失了谁的位能，增加了电耗。图23多水平同时开采的排水系统FIG22MORELEVELSATTHESAMETIME,MININGDRAINAGESYSTEM多水平同时开采时，除采用上述直接排水系统外，还可以采用分段排水系统。如图（图23C）所示，此系统常用于开采具有下山的缓倾斜煤层的矿井中。若下水平的水量较小，则该水平可以设置辅助排水装置，将水排至上水平的大型排水装置的水仓中。这种系统的最大缺点是上下水平排水装置停止运转，两水平都有被淹没的危险。在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同时开采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资，施工，操作和维修管理等因素，经过技术和经济比较后，确定最合理的排水系统。根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，初步选用单水平开采集中排水作为本设计的排水方法。管路敷设有两种方案，一种是沿斜井井筒敷设，另一种是垂直钻孔管路敷设方案。斜井垂直钻孔管路排水是在与井下水泵房位置对应的地面，选择最近垂直距离打一钻孔，在钻孔内敷设排水管通向泵房，这种排水方法，比斜井排水优越。一条斜井管与一条垂直管路的比较，垂直管路阻力大为减少，较斜井排水的工况点向右偏移，管路特性趋向平缓，提高排水系统效率，节约电能，同时可节约大量钢材。在经济上受益很大。但也有以下几个问题钻孔尽量布置在岩石相对稳定地段，以免岩石移动而破坏钻孔；钻孔不应直接设在水泵房或运输大巷正上方，这样会破会顶板，应布置在水泵房两侧附近；需要布置两个或两个以上钻孔时，孔的间距不少于10M，以免钻孔偏斜引起相互干扰。综合考虑大饭铺矿地质条件等众多因素，矿井主排水系统设计采用中央集中式排水，各盘区涌水进入井底车场附近水仓和主排水泵房，将井下涌水排放至地面矿井水处理站，排水管路沿副斜井井筒敷设的设计方法。3排水设备选型计算31水泵的选型311水泵必须排水能力依据煤矿安全规程规定，水泵应具备以下排水能力正常涌水期M3/H（3264012ZBQQ1）最大涌水期M3/H7MAXZB312水泵所需扬程的估算32LHGXPGSYB753/式中测地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差MSYHLHXPSY；泵排水高度295M；P吸水高度，取4M；XXH管子高出井筒的深度，取M；L1L管路效率，对于斜井，当时，取；（一般取较G302807G大者为宜，所以取08）。313初选水泵矿用水泵的种类是多种多样的，从类型上看多属于离心泵，只有在个别情况下才使用轴流式水泵。离心泵在工作时，依靠高速旋转的叶轮，液体在惯性离心力作用下获得了能量以提高了压强。离心泵在工作前，泵体和进口管线必须罐满液体介质，防止气蚀现象发生。当叶轮快速转动时，叶片促使介质很快旋转，旋转着的介质在离心力的作用下从叶轮中飞出，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。一面不断地吸入液体，一面又不断地给予吸入的液体一定的能量，将液体排出。离心泵便如此连续不断地工作。不同型号的水泵适用的工作场合也不一样，MD型耐磨水泵具有结构先进合理、效率高、抗气蚀性能好、振动小、运行平稳可靠、寿命长等特点，适用于矿井排水，输送固体含量不大于15、粒度小于05MM的矿井水，以及类似其他的污水，但被输送的液体温度不得高于80；PJ型是高扬程多级离心泵，适用于输送固体含量不大于15、粒度小于05MM的中性矿井水以及类似的其他液体；SGD型多级离心泵可以输送温度为80以下的清水或物理化学性质类似于清水的其他液体，适用于工矿企业给、排水。根据以上数据，参照参考文献1可初步选择该矿井所需水泵的型号为方案一PJ1506型号泵，其额定流量300M3/H，额定扬程3849M。EQEH方案二MD280656型号泵，其额定流量280M3/H，额定扬程390M。EE方案三SGD3006型号泵，其额定流量300M3/H，额定扬程3849M。EQEH查阅参考文献1可知PJ1506、MD280656、SGD3006的额定参数如表31所示。表31水泵的额定参数表TAB31THEPUMPRATEDPARAMETERSOFTHETABLE流量扬程转速轴功率配带电动机效率QHNPA功率必需汽蚀余量泵重型号M3/HMR/MINKWKW型号MKGPJ1506300384914804084500JSQ14104（6KV）77301450MD28065628039014804074500YB245014（6KV）73375158SGD3006300384914804082500JSQ14104（6KV）77354210314水泵的台数1）PJ1506型泵台数的选择工作泵台数，取N11。（33）8032641EBQN备用水泵台数和故取N21。（34）7712480131MAX2QE检修泵台数，取N31。（35）505013N因此，共选择3台泵。2）MD280656型泵台数的选择工作泵台数，取N11。9402861EBQN备用水泵台数和故取N21。77125801241MAX2QE检修泵台数，取N31。505013N因此，共选择3台泵。3）SGD3006型泵台数的选择工作泵台数，取N11。8032641EBQN备用水泵台数和故取N21。7712480131MAX2QE检修泵台数，取N31。505013N因此，共选择3台泵。三种水泵型号和数目见表32表32水泵型号和数目表TAB32WATERPUMPTYPEANDNUMBEROFSHEETS型号工作泵备用泵检修泵总台数PJ15061113MD2806561113SGD3006111332管路的选择321管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用经典的三泵两趟管路系统，一条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时，只要两台水泵同时工作就能达到20H内排出24H的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用三台泵向两趟管路供水。图31是三台泵两趟管路的布置方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。图31三台泵两趟管路布置方式FIG31THREEPUMPTWOPIPINGARRANGEMENT三种方案PJ1506型泵、MD280656型、，SGD3006型泵均采用3台水泵，敷设2趟管路的布置方式。322管材的选择选择管材的主要依据是管子将要承受的水压的大小。一般情况下，对于敷设的深度不超过200M竖井内的排水管多采用焊接钢管，深度超过200M是多采用无缝钢管；对于敷设在斜井内的排水管路，可按承压的变化，由下向上分段采用无缝钢管，焊接钢管和铸铁管，管材充足时应尽量统一。铸铁管最大承压1MPA。1）排水管路沿竖井敷设时，应选用焊接钢管或无缝钢管。沿进风井敷设的钢管所承受的工作水压在4MPA以内时，一般采用焊接连接。2）排水管路沿斜井敷设时，应根据其压力大小选择管材。一般情况下，压力小于1MPA时，可选用铸铁管；压力大于1MPA时，应选用焊接钢管或无缝钢管；巷道易底鼓时，不宜采用铸铁管。由于本矿井深远大于200M，确定采用无缝钢管。323排水管内径排水管内径计算根据煤矿安全规程相关规定，管径常按经济流速M/S计算；15VP（36）PPMPVQVD018018式中排水管内径，M；PD排水管中的流量，M3/H；Q排水管内的流速，通常取经济流速来计算。PV可以得出两种方案的排水管内径取值范围表33表33排水管内径范围表TAB33DRAINPIPEDIAMETERRANGETABLE型号PJ1506MD280656额定流量/M3/HQ300280PD0219026502020256根据表33，排水管内径可预选以下四个方案，同时可以进行壁厚验算，壁厚验算公式为37CPDZP134050式中所选标准管内径，CM；PD管材许用应力。焊接钢管60MPA，无缝钢管80MPA；ZZZ管内水压；附加厚度，焊接钢管02CM，无缝钢管0102CM。CCC方案一由参考文献2查得外径为219MM的无缝钢管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18MM等等。取壁厚8MM试算，此时MM，29845PD所需壁厚CMCPDZP8061503601843205求得壁厚为6MM满足要求，可以采用。方案二由参考文献2查得外径为273MM的无缝钢管管壁厚度中有8、9、10、12、14、16、18MM等等。取壁厚9MM试算，此时MM，257973PD所需壁厚CMCPDZP907150136018472503求得壁厚为7MM满足要求，可以采用。方案三由参考文献2查得外径为245MM的无缝钢管管壁厚度中有8、9、10、12、14、16、18MM等等。取壁厚9MM试算，此时MM，所需壁厚2745PDCMCPDZP80651036018472503求得壁厚为65MM满足要求，可以采用。方案四由参考文献2查得外径为273MM的无缝钢管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18MM等等。取壁厚9MM试算，此时MM，25973PD所需壁厚CMCPDZP80715013601845203求得壁厚为71MM满足要求，可以采用。综上可得，各水泵的排水管的方案选择如下表34排水管管径选择方案TAB34DRAINPIPEDIAMETERSELECTIONSCHEMEMD280656PJ1506SGD3006型号方案一方案二方案三方案四方案一方案二排水管规格/MM245827392459273924582739324吸水管径为了提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管直径一般比排水管直径大一级，流速在0815M/S范围内，因此方案一吸水管内径为38025PXD20325228MM根据选择的排水管径，吸水管选用2458无缝钢管。同理，选出其他三种方案。由参考文献2可得壁厚与排水计算一样。表35吸水管管径选择方案TAB35SUCTIONPIPEDIAMETEROPTIONMD280656PJ1506SGD3006型号方案一方案二方案三方案四方案一方案二吸水管规格/MM27392999273929992739299933水泵工况点的确定及校验331管路系统管路布置参照图32所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过两趟管路中的任一趟排水，排水管路系统图如图所示。图32排水管路系统图FIG32DRAINSYSTEMDIAGRAM332估算管路长度排水管道长度可估算为（3MLLP835219）取，吸水管长度可估算为8M。MLP835X式中水流经泵房内排水管的长度，一般取2030M；1L1L管子道中的管子长度，一般取2030M；22井口出水管长度，一般取1520M。33333管路阻力系数R的计算对于MD280656型水泵和SGD3006型水泵选用方案一时沿程阻力系数吸水管（3031625013XD10）排水管（303629013PD11）对于MD280656型水泵和SGD3006型水泵选用方案二时吸水管03728103XD排水管653030P对于PJ1506水泵选用方案三时吸水管031625130XD排水管73030P对于PJ1506水泵选用方案四时吸水管03728130XD排水管653030P局部阻力系数吸、排水管附件及其阻力系数分别列于表37、表38中，查阅管道管件局部阻力系数表36。表36管件局部阻力系数TAB36FITTINGCOEFFICIENTOFLOCALRESISTANCE名称简图局部阻力系数X/D1/82/83/84/85/86/87/81闸板阀978175522060810260070012530404550556070止回阀4230149566463217DSMM4050751001502002503001210857660524437滤水器（带底阀）无底阀时01渐缩管01以下710520345扩大管020506070809RR/0608121416182090弯头015802060440661097414081978弯头弯头阻力系数90,90三通5137转弯分流汇流直流由排水系统管路简图，选择其中局部阻力最多的一条管路做为计算的对象，列出下表表37吸水管附件及局部阻力系数TAB37SUCTIONPIPEACCESSORIESANDLOCALRESISTANCECOEFFICIENT附件名称数量局部阻力系数底阀1590弯头10294异径阀1015394X表38排水管附件及局部阻力系数TAB38DRAINPIPEACCESSORIESANDLOCALRESISTANCECOEFFICIENT附件名称数量局部阻力系数闸阀22551104逆止阀132转弯三通11590弯头4402941176异径管105直流三通4431230弯头22029430/90019629612P管路阻力系数R可用下式计算（31844552XPPXDDLG12）将上述这些已知数，带入上式公式对于MD280656型水泵和SGD3006型水泵（1）选用2458为排水管，2739为吸水管时R461104（H2/M2）（2）选用2739为排水管，2999为吸水管时R182104（H2/M2）对于PJ1506型水泵（1）选用2459为排水管，2739为吸水管时R316104（H2/M2）（2选用2739为排水管,2999为吸水管时R182104（H2/M2）综合分析以上管路阻力系数对于MD280656型水泵取方案一对于PJ1506型水泵取方案三对于SGD3006型水泵取方案一334管路特性方程MD280656型水泵和SGD3006型水泵方案一管路特性方程新管（313）24211063QRQHSY旧管（314）2877SPJ1506型水泵方案三管路特性方程新管24211063RSY旧管2757QQHS335绘制管路特性曲线并确定工况点1）选择MD280656型水泵方案时根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表39，表39管路特性参数表TAB39PIPELINECHARACTERISTICPARAMETERTABLEQ/M3H1100150200250300350400450H1/M30363093531743277340435533726392H2/M306823165330234783693394742414573利用表39中各点数据绘出管路特性曲线如图33所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M1和M2，即为新、旧管路水泵的工况点。由图可知MD280656型泵在新、旧管路下的工况点参数为见表310。图33水泵的工况点FIG33THEOPERATIONCONDITIONOFTHEPUMP表310水泵工况点参数TAB310PUMPWORKINGCONDITIONPARAMETERS参数流量（Q）M3/H扬程H/M效率/允许吸上真空度/M功率/KW新管32534707558468旧管28036107467432校验计算（1）排水时间验算。由旧管工况点验算。正常涌水时，若采用一台泵一条管路排水，则（315）HQNQTMZZ209182041最大涌水时，采用两台泵两条管路排水，并联等效管的总损失吸收为H2/M5。作并联等效管路特性曲线与两台泵并联等效泵的扬程曲线，61039/R交点为等效泵工作点。反推可求得每台泵的工况点，以该工况点的流量Q280M3/H，计算排水时间为（316）HQNQTM209152803742421MAXMAX即实际工作时，只要2台水泵同时工作即能完成在20H内排出24H的最大涌水量。（2）经济性校核。工况点效率应满足，（317）MAX1850MMAX2850M677A满足条件。65042M（3）稳定性校核。（M）（318）3780990IHSY（4）经济流速的校核。吸水管中流速（M/S）（319）6125093021XMXDQV排水管中流速（M/S）9221PP吸、排水管中流速都在经济流速之内，满足要求。（5）吸水高度校核。则允许吸水高度为（32142218MXXSMXQDLGH20）2452360521908316985X463M实际吸水高度，吸水高度满足要求。XXH4（6）电动机功率计算。（321）KWHQKPMD4507360129811式中电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW时，取11；当水DKDK泵轴功率为10100KW时，取1112DK水泵配套电动机功率为，大于计算值，满足要求。KWPD50（7）电耗计算322652130816950175036136289MAXARTNRHQEZWDCM2805107（KWH/Y）式中矿水重度，N/M3；Q工况流量，M3/H；H工况扬程，M；水泵工况效率；传动效率；C电机效率；D电网效率，一般可选取095097；WW正常和最大涌水期水泵工作台数；MAX,NZ正常和最大涌水期水泵工作天数；RZ正常和最大涌水期水泵工作时间。MAX,TZ吨水百米电耗为323504929501740636673210SYWDCMTHE式中吨水百米电耗，。10TETHKW/所有校验项目均满足要求。MD280656型泵可以采用。2）选择PJ1506型水泵方案时根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表311，表311管路特性参数表TAB311PIPELINECHARACTERISTICPARAMETERTABLEQ/M3H1100150200250300350400450H1/M3021630631164318753274433773495636299H2/M304431132053326347336483849540778利用表311中各点数据绘出管路特性曲线如图34所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M1和M2，即为新、旧管路水泵的工况点。由图可知PJ1506型泵在新、旧管路下的工况点参数为见表312图34水泵的工况点FIG34THEOPERATIONCONDITIONOFTHEPUMP表312水泵工况点参数TAB312PUMPWORKINGCONDITIONPARAMETERS参数流量（Q）M3/H扬程H/M效率/允许吸上真空度/M功率P/KW新管41536007347522旧管3803730784492校验计算（8）排水时间验算。由旧管工况点验算。正常涌水时，若采用一台泵一条管路排水，则HQNQTMZZ20891302421最大涌水时，采用两台泵两条管路排水，并联等效管的总损失吸收为。作并联等效管路特性曲线与两台泵并联等效泵的扬程曲线，526/1039/MHR交点为等效泵工作点。反推可求得每台泵的工况点，以该工况点的流量Q410M3/H，计算排水时间为HQNQTM2068130724241MAXMAX即实际工作时，只要2台水泵同时工作即能完成在20H内排出24H的最大涌水量。（9）经济性校核。工况点效率应满足，MAX1850MMAX2850M67973A满足条件。6082M（10）稳定性校核。MIHSY34856930（11）经济流速的校核。吸水管中流速M/S250941021XMXDQV排水管中流速M/S89221PP吸、排水管中流速都不在经济流速之内，不满足要求。（12）吸水高度校核。则允许吸水高度为2142218MXXSMXQDLGHMX633604529508316987422实际吸水高度，吸水高度不满足要求。XXH4（13）电动机功率计算。KWHQKPMD573061498011水泵配套电动机功率为，大于计算值，满足要求。KWPD680（14）电耗计算65213081695017306189MAXA2RTNRHQEZWDCM4014106（KWH/Y）吨水百米电耗为5062950178063673210SYWDCMTHE吨水百米电耗不满足要求。吨水百米电耗与水泵效率、传动效率、电动机效率、管路效率的乘积成反比，它反映了矿井排水系统各个环节的总效率，是一种能够比较科学、全面地评价排水设备运行情况的经济指标。煤矿井下排水设计技术规定规定排水设备吨水百米电耗应小于05，否则便认为是低效设备，不予采用。HKWPJ1506型水泵吨水百米电耗验算不合格，吸水高度验算不合格，经济流速验算不合格，所以不予采用。SGD3006型水泵的验算方法和以上两种型号水泵的验算方法相同，经计算，此型水泵在工况点处工作时，经济流速校验不合格，不予采用，过程不再赘述。综合以上计算及对比，最终选择MD280656型水泵的方案，排水管规格为2458，吸水管规格为2739。34经济指标概算矿井排水的经济核算，有各种指标来衡量，这里用排1M3矿水所需要的总费用即元/M3作为方案经济对比。总费用包括基本投资及运行费用之和，具体项目有设备购置,安装工程,井巷工程；将以上各项费用总和称为基本投资，折合成每年应摊的费用，称为设备及安装工程折旧及井巷工程折旧费；运行费用以年计算包括电费、工资、维修费及其他费用系指不直接构成建筑及工程成本，而应由基本建设投资解决的费用。341设备初期总投资根据煤炭部门相关概算指标计算参考资料5，时间价差调整；地面建筑工程乘以13；矿建工程乘以12。1）基本投资设备购置费机电设备价格根据现行出厂价格计算（设备运杂费6，材料运杂费8）。按上述方法计算的设备购置费用见下表表313设备购置费TAB313EQUIPMENTPURCHASEEXPENSE设备费类别名称单价（元）数量分计总额（万元）水泵MD2806565681043机电设备电动机YB245034（6KV）468104331配电设备KRG6A型高压综合起动器12104112无缝钢管2458652/M8352排水管路钢管管件02104/组3114总额万元（考虑运杂费）5442）基本投资安装工程按照设备总值的百分率计算，不同类型的设备，其百分率有所不同。作为概算，设备安装工程费（包括水泵、电动机、三阀及真空泵等）按设备价格总值的406（其中，材料费为364，安装费为42，工人工资占安装费中的35），外加工资调整58（按安装工资计算），施工管理费率为241（工资总额）。配电设备安装费对于高压鼠笼型电动机所配属的安装费率为112，其中工资占安装费的18，外加工资调整和施工管理费（计算方法同前）。对于排水管路安装费率，可根据参考资料7计算，工资调整和施工管理费仍按前述方法计算。此外，辅助车间服务费，按照井筒中管路安装费的28计算。按上述方法计算的安装工程费用见下表表314安装工程费TAB314THEINSTALLATIONCOST类别设备安装（万元）外加工资调整（万元）施工管理费（万元）总额（万元）机电设备230532267配电设备1501412284排水管路5128142辅助车间服务费20总额6374342设备运行费用1）计算折旧费折旧费设备费（年折旧率回收率/使用年限）安装工程费年折旧率井巷工程费年折旧率年折旧费列于下表表315年折旧费TAB315ANNUALDEPRECIATIONCHARGE类别设备购置费（万元）安装工程费（万元）井巷工程费使用年限年折旧率回收率年折旧费万元机电设备及其配电设备723110954949排水管路（含辅助车间服务费）103415636273清理水仓及管子道绞车251940364起重机2430332077水仓辅轨29155420012水泵房、绞车房72514142管子道、水仓260514896总计2392）维修费年维修费，包括大、中、小修及日常维护所需的必要配件维修及材料消耗数量。可根据国家颁布的矿山机电设备配件和维修材料定额制定，配件价格根据厂家提供的出厂价格；清理水仓绞车维修费用，当采用JD10型绞车时，其维修费用按343元/年计算；清理水仓绞车钢丝绳维修费按559元/年计算；其余材料费是指电动机、电控设备的配件和维修材料消耗量，按水泵配件费和材料费总额的5计算；水泵维修费规定为水泵计算维修费的台数同时工作台数133，作为概算，水泵维修费水泵出厂价格数量年维修率，不同型号水泵年维修率参见下表；表316不同型号水泵年维修率TAB316ANNUALMAINTENANCERATEOFDIFFERENTMODELS泵型号单位数量年维修率（）200D63型台118MD28065型台115DQ280100型台1176GD67型台116排水管路维修费按不同管径，管路维修费每米长度维修率（）（见表317）管子每米单价管路总长度（M）表317排水管路维修率TAB317DRAINAGEPIPEREPAIRRATE无缝钢管（MM）单位数量维修率159M1028194M1029219M1029273M1031299M1032325M1033351M10331）已知采用JD10型绞车，MD280656型水泵，一台工作水泵，排水管径为245，两趟管路，每趟按835M计算。其他费用是工程不可预见费，即S5CAS3（324）式中CA其他费用占工人工资的比例，一般可取为15。其它支出36121554（万元）343年排水费年排水费S折旧费年维修费年电费其他支出2396942594648（万元）S4主水泵房布置41一般规定1）泵房一般设在井底车场附近，要求通风良好，便于设备的搬运。2）一般情况下，主水泵房和井下中央变电所连接在一起，并设防火门分隔。当矿井由于扩大开采和延深，使涌水量又增加的可能时，应考虑泵房长度留有增设水泵的余地。同时，在设计井筒断面时，也要考虑预留相应的增设管路的空间。3）每台水泵排水量小于100M3/H时，两台水泵可共用一个吸水井，但其滤水器边缘间的距离，不得小于吸水管直径的两倍；排水量为100M3/H及以上的水泵则应有独立的吸水井。4）水泵电动机功率大于100KW时，主排水泵房应设有起重梁，并敷设轨道与车场巷道相通，在井口处应留有转车空隙。5）为保证雨季或发生透水灾变时的安全，泵房必须设置防水闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有能独立通风的巷道。6）主要泵房至少有两个出口一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房地板7M以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易关闭的既能防水又能防火的封闭门。泵房和水仓的连接通道应设置可靠地控制闸门。主要泵房大多数布置在井底车场附近的优点利用巷道坡度集聚矿井水；有良好的新鲜风流，有利于电动机冷却；排水管路短，水力损失小；中央变电所设在隔壁，供电线路短；离井底车场近，便于运输；井底车场被淹没时还可以抢险排水，必要时便于撤出大型设备。辅助排水设备的泵房也应设在直接靠近中央下山和下山水平的井筒附近。42主水泵房尺寸及布置设计泵房的大小主要根据泵机组的数量和外形尺寸来定。各机组之间的距离，按拆装需要定，通常取1525M。泵与近壁距离不小于07M，泵与轨道的距离，以不妨碍搬运设备为原则，有时还要留出增添水泵的余地。泵房高度应依泵房内管路的实际高度、起吊设备和起吊时的伸缩高度而定，通常取3045M。泵房地面标高应以其出口与井底车场或大巷连接处的底板标高高出05M为宜。水泵应顺着泵房的长度轴向排列。泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形尺寸、通道宽度和安装检修条件等确定。如图41是三台水泵两趟管路的布置方式。图41三台水泵两趟管路泵房布置图FIG41THREEPUMPSTWOPIPELINEPUMPROOMARRANGEMENT仓中水经过篦子16拦截大块物质后，经水仓闸阀13进入分水井14，再经分水闸阀12（共3个）、分水沟11流入到吸水井9（对中间的吸水井，打开水仓闸阀即可）。关闭水仓闸阀13，可以清仓，关闭分水闸阀12可清理分水沟及吸水井。利用闸阀7可控制水流经任一趟管路排水。泵房可通过运输巷道21与井底车场相通。泵房与井筒之间用管子道22相通，排水管由此通道敷设入井筒。421水泵外形及安装尺寸大饭铺矿排水设备选型最终确定选用MD280656型水泵，由其外形和尺寸设计水泵房的尺寸，MD280656型水泵安装尺寸如下。图42水泵安装尺寸图FIG22WATERPUMPINSTALLATIONSIZECHART表41水泵安装尺寸表TAB41WATERPUMPINSTALLATIONDIMENSION