矿井排水设计

1、第一部分矿井排水设备选型设计述1概2设计的原始资料开拓方式为斜井片盘，其井口标高为+212.7m,开采水平标高为+48m正常涌水量为9.5m3/h;最大涌水量为19.0m3/h;持续时间60d。矿水PH值为中性，水温为15C。该矿井属于低瓦斯矿井，年产量为6万吨。3排水方案的确定在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小，管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要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，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同

2、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、操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。确定最合理的排水系统从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统，只需要在+19m标高水泵房设立中央泵房，就可将井底所有矿水集中排至地面。4水泵的选型与计算根据煤矿安全规程的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大泳水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力

3、的25%水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排完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。4.1 水泵必须排水能力计算c24Qb=-qz20正常涌水期_3=1.2qz=1.29.5=11.4m3/h24Qmax=TTq20最大涌水期max=1.2qmax=1.219=22.8m3/h式中Qb工作水泵具备的总排水能力，m3/h；Qmax工作和备用水泵具备的总排水能力，m3/h；qz矿井正常涌水量，m3/h;qm

4、ax矿井最大涌水量，m3/h。4.2 水泵所需扬程估算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即H=Hsy/刀g=198+4/0,9=224式中HB估算水泵所需扬程，m;Hsy侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取Hsy=#底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），m；rig管路效率。当管路在立井中铺设时，刀g=0.90.89;当管路在斜井中铺设，且倾角口>30时,%=0.830.8;口=3020时，、=0.80.77;a<20时，=0.770.74。4.3 水泵的型号及台数选择4.3.1 水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能

5、力，初选水泵。从水泵产品目录中选取D46-50X7型号泵，流量46m3/h额定扬程350m则:4.3.2 水泵级数的确定I=HB/Hi=4.9329660取i=5级式中i水泵的级数；也单级水泵的额定扬程，m04.3.3 水泵台数确定一丝二085工作泵台数1Qe450取ni=1备用水泵台数n2A0.7n1=0.7乂1=0.7和nzAQWQe-nx780/450-1=0.73取n2=1检修泵数n3A0.25n1=0.25X1=0.25,取n3=1因此，共选3台泵。5管路的选择5.1 管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。正常涌水时，一台泵向

6、一趟管路供水；最大涌水时，两台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Q等于泵的流量。5.2 管材的选择由于井深远大于200m,确定采用无缝钢管。5.3 排水内径4Q"a-450dp0.0188:0.0188m=0.2690.326mp3600-：Vp'Vp，1.52.2式中dp排水管内径，m;Q排水管中的流量，m3/h;vp排水管内的流速，通常取经济流速vp=1.52.2(m/s)来计算。从表11预选325X8无缝钢管，则排水内径dp=(325-2X8)mm=309mm表1-1热轧无缝钢管(YB23

7、1-70)外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.524.01464.536.02737.050.0953.524.01524.536.02998.075.01023.528.01594.536.03258.075.01083.528.01685.045.03518.075.01144.028.01805.045.03779.075.01214.032.01945.045.04029.075.01274.032.02036.050.04269.075.01334.032.02196.050.04599.075.01404.536.02457.050.04809.07

8、5.0常用壁厚尺寸系列2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.51011121314151617181920222528303236405056606370755.4 壁厚验算-0.5dpp:0.4p-17 -1.3p式中dp所选标准内径，cm;az管材许用应力。焊接钢管3=60MPa无缝钢管3=80MPap管内水压，考虑流动损失，作为估算P=0.011H即pa;C附加厚度。焊接钢管C=0.2cm,无缝钢管C=0.10.2cm。所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算。8 -0-04-0011父296'=0.5父

9、30.9J80-0-0011296-1+0.1580-1.3父0.011父296,=0.704cm_0.8cm因此所选壁厚合适。5.5吸水管径据根选择的排水管径，吸水管选用351X8无缝钢管。6工况点的确定及校验6.1 管路系统管路布置参照图1-2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任意一趟排水，排水管路系统图如图1-2所示。图1-2泵房管路布置图E3E1III6.2 估算管路长度排水管长度可估算为：Lp=Hy+(4050)m=266+(4050)m=(306316)m取Lp=315m,吸水管长度可估算为Lx=7m。6.3 管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管排水管0

10、.0210.0210.3350.30.02920.021dp0.30.0210.3090.3=0.0299局部阻力系数吸、排水管及其阻力系数分别列于表1-3、表1-4附件名称数量局部阻力系数底阀13.790弯头10.294异径管10.1工'=4.094表1-3吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀22M5.5=11.04逆止阀13.2转弯二通11.590弯头44M0.294=1.176异径管10.5直流三通44M0.7=2.830弯头22x0.29430/90=0.196工=20.412p表1-4排水管附件及局部阻力系数二2g1P1iCIrqdp874.094315-0.

11、0292540.02995二9.810.3350.3350.309(120.412)10.3094h2/m525=501.69s2/m5=501.69(3600)2h2/m5=3.87110*h2/m5式中R管路阻力系数，s2/m5;lx、lp吸、排水管的长度，dx、dp吸、排水管的内径，nr5p吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速vA1.2m/s,其值可按舍维列夫公式计算，即0.021二,0.3d"；吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表1-3、1-46.4 管路特性方程新管h1=h.KRQ2=26613.87110*Q21sy旧管H2=HsvKRQ2=

12、2661.73.87110*Q2ssy式中K考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1,对挂污管径缩小10%取K=1.7,一般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。6.5绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表1-5中。表1-5管路特性参数表Q/(m3h-1)200250300350400450500550Hi/m267.5268.4269.5270.7272.2273.8275.7277.7268.6270.1271.9274.1276.5279.3282.5285.9H/m利用表1-5中各点数据

13、绘制出管路特性曲线如图1-7所示,新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M和M,即为新、旧管路水泵的工况点。由图中可知：新管的工况点参数为CM1=532nr/h,HM=277m,im=0.8,HsM=5.1m,NM1=498KW旧管的工况点3参数为CM516m/h,HM=283m,im0.81,HsM2=5.3m,NM2=492KW因"、”2均大于0.7,允许吸上真空度HsM1=5.1m,符合规范要求。6.6校验计算6.6.1 排水时间的验算管路挂污后，水泵的流量减小，因此应按管路挂污后工况点流量校核。正常涌水时，工作水泵ni台同时工作时每天的排水小时数24qzn1QM2243

14、20h=14.9h<20h1516最大涌水期，工作水泵n1、n2台同时工作时每天的排水小时数24qmaxmax一八(m")Qm224650(11)516h=15.1h<20h即实际工作时，只需2台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大涌水量6.6.2 经济性校核工况点效率应满足tM1=0.8>0,851max>0.85X0.81=0.69,mmax刀M2=0,81>0,69o6.6.3 稳定性校核Hsy=266<0.9iH0=0,9x5x72=324m式中H0单级零流量扬程，m。由D450-60型水泵特性曲线图可知H0=72m6.6.4 经

15、济流速校核532吸水管中流速900-d2900二0.3352m/s=1.68m/s532排水管中流速vp900二d2900二0.3092m/s=1.97m/s吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求注：吸、排水管的经济流速通常取1,52.2m/s6.6.5 吸水管高度校核lx三x1Xd；d：XXQM14.0941以c7父0.0292M5+上0.33550.33545323600J=5.47-0.82=4.65m式中HSM1=HSM-(10-ha)-(hn-0.24)=5.1-(10-10.3)-(0.17-0.24)=5.47m注：ha不同海拔高度z时大气压值见表口m;hn不同水温t时的饱

16、和蒸汽压力值口m;实际吸水高度Hx=4m<Hx,吸水高度满足要求。6.6.6 电机功率计算Nd=KdQm1Hm110003600M1一10003532277=563kw=1.1100036000.8式中(电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW寸，取Kd=1.1；当水泵轴功率为10100KW寸，取Kd=1.11.2。水泵配套电机功率为Nd=680KW,大于计算值，满足要求。6.6.7电耗计算1）年排水电耗E二QM2HM2nTrnTr1zz1zmaxmax1max10003600M1cdw10003516283100036000.810.90.95m1114.9305215.1601=3.771106kw*h/a式中E年排水电耗，kwh/a;-水的重度，N/m3