礦井排水系統設計技術統一口徑一、設計原則和依據 1、遵循煤礦安全規程、煤礦井下排水泵站及排水管路設計規范、煤炭工業礦井設計規范和煤炭工業小型礦井設計規范以及其它有關規定； 2、選用取得煤礦礦用產品安全標志證書的高效節能產品，安全可靠，技術先進，經濟合理； 3、采礦專業提供的礦井最大涌水量Qm和正常涌水量Qz、礦井水PH值、敷設排水管路井筒的井口和井底標高H1、H2以及井筒坡度、礦井瓦斯等級。二、排水泵站的能力確定 1、最小排水能力計算 （1）、正常涌水量時工作水泵最小排水能力：Q1 =24Qz/20=1。2Qz （2）、最大涌水量時工作水泵最小排水能力：Q2 =24Qm/20=1。2Qm2、水泵揚程估算 H =K(Hp+Hx)式中， Hp 為排水高度, 且Hp= H1- H2,Hx 為吸水高度, 估算一般取Hx=5m,K 為管路損失系數,與井筒坡度有關:立井: K=1.11.15,斜井:當30。時, K=1.251.2. 3、 確定水泵臺數根據計算的Q1、Q2、H,查水泵樣本選擇水泵,并根據擬選水泵的主要技術參數，初步預計水泵的流量Qb（一般為額定流量），按煤礦安全規程第278條相關規定，分別計算出水泵站內工作水泵、備用水泵、檢修水泵臺數。水泵站內水泵總臺數N按下面兩種情況計算。(1)、正常涌水量時：N= n1+ n2+ n3式中，工作水泵臺數n1= Q1/Qb, 且n11，當n1不為整數時，其小數應進位到整數。備用水泵臺數n2=0。7 n1，且n21，當n2不為整數時，其小數應進位到整數。檢修水泵臺數n3=0。25 n1，且n31，當n3不為整數時，其小數應進位到整數。(2)、最大涌水量時，水泵工作臺數n4= Q2/Qb，當n4 n1+ n2時，則N= n1+ n2+ n3，當n4 n1+ n2時，則N= n4+ n3。 （3）、水文地質條件復雜、有突水危險的礦井，應根據情況增設水泵，或預留安裝水泵位置。（4）、當礦井水PH5時，應選耐酸泵。三、排水管路計算和管路布置 1、管路布置原則（1）、根據煤礦安全規程第278條規定，井下排水管路應設工作管路和備用管路。工作管路應能在20h內排出礦井24h正常涌水量，工作管路和備用管路應能在20h內排出礦井24h最大涌水量。（2）、根據煤礦井下排水泵站及排水管路設計規范要求，每臺水泵均能經兩條管路排水，排水管路在泵站內宜作環形布置。（3）、管路和水泵的匹配，宜一管一泵；如果水泵需要并聯工作，一趟管路宜并聯2臺水泵，即一管二泵，最多不宜超過一管三泵；有時為了控制管內水的流速，1臺水泵也可并聯二趟管路運行。（4）、水文地質條件復雜、有突水危險的礦井，視情況在井筒及管子道預留安裝排水管位置。2、管徑計算（1）、選擇排水干管管徑時，應根據礦井涌水量大小和礦井規模及服務年限，進行技術經濟比較，確定合理的流速和管徑。（2）、管徑計算dp=（Q/900V ）1/2 （m）,式中: Q流經管內流量（m3/h）。一管一泵時Q=Qb，一管二泵時Q=2Qb，余類推V管內水流速度，一般排水管內V=1。52。2 m/s ,當dp200 mm時，可適當增大，但不宜超過2。5 m/s 。 3、管壁厚度計算，介紹兩種方法： （1）、根據原煤炭工業部聯合編寫小組編寫的礦井提升、通風、排水、壓風設備設計手冊中所推薦的公式計算： =1/1+2p/230(kz-0.65)p pdp/230(kz-0.65)-P+c （mm） (公式一)式中: dpdp排水管外徑 （mm） p計算管段內部最大工作壓力 （kg/cm2） kz管材許用應力 (kg/mm2)，且kz=0。25BB管材抗拉強度 (kg/mm2)，當不知鋼號時，無縫鋼管取kz=810 kg/mm2，焊接鋼管取kz=6 kg/mm2。C附加厚度，一般取C=1 mm。 （2）、根據煤礦井下排水泵站及排水管路設計規范（送審稿）中推薦的公式計算： =+c = pDw/2.3(R- 6.4)+p (公式二)式中: p計算管段的最大工作壓力 （MPa） Dw排水管外徑 (cm ) R管材許用應力（MPa）, 10# 鋼: R=85, 15# 鋼: R=95, 20# 鋼: R=100 管子焊縫系數。 無縫鋼管取1;螺旋焊接鋼管：雙面焊，全部探傷取1.; 螺旋焊接鋼管：雙面焊，不探傷取0.7.C計入制造負偏差和腐蝕的附加厚度：無縫鋼管: C=0.15(+1) (cm)說明: 管壁厚度計算公式較多，煤炭系統比較公認的為四大件設計手冊中所推薦的公式，即(公式一)。因此，在煤礦井下排水泵站及排水管路設計規范未批準實施前,設計宜采用(公式一)計算。但因按(公式二) 計算的管壁厚度比按(公式一) 計算的厚度大，所以在上述設計規范批準后，則應采用(公式二)計算，以使設計符合規范要求。4、根據計算的dp和，選擇標準無縫鋼管。5、吸水管dx,一般比排水管dp大一級，取dx,= dp+0。025（m），根據dx, 選擇標準鋼管中管壁最薄的管子即可。四、確定水泵工況點，檢驗排水系統（包括水泵和管路）設計選型計算的符合性。 確定水泵工況點，就是求出水泵H-Q特性曲線和管網特性曲線H= Hc +RQ2的交點。鑒于水泵樣本給出的H-Q特性曲線，系由廠家通過模擬試驗數據繪制而成，并不存在H=f(Q)函數關系，因此，不能利用解方程求解。目前一般都采用作圖法確定水泵運行工況，其方法有二。、第一種方法，也即我院目前使用的方法，其步驟如下：（1）、首先分段計算管路損失h 、 吸水管部分 hx=(xLx/dx+x)Vx2/2g V=Q/900d2 hx =(xLx/dx+x)Q2/2g（900dx2）2=Rx Q2式中 Rx=(xLx/dx+x) /2g（900dx2）2、排水管部分 a、水泵出口至排水干管段hp1=(p1L p1/d p1+p1)V p12/2g =(p1L p1/d p1+p1)Q2/2g（900d p12）2=R p1 Q2式中 R p1=(p1L p1/d p1+p1)/2g (900d p12)2 b、排水干管段hp2=(p2L p2/d p2+p2)V p22/2g =(p2L p2/d p2+p2)（nQ）2/2g（900d p22）2=R p2 Q2式中: R p2= n2 (p2L p2/d p2+p2)/2g（900d p22）2c、排水管部分阻力損失之和，按水泵與管路運行情況分別計算：hp=hp1+hp2= (R p1+n2 R p2) Q2（2）、繪制管網特性曲線H= Hc +RQ2 式中 Hc測量高度，Hc= Hp+Hx R 管道阻力，R= Rx + R p1+ n2 R p2，將Hc、 R數值代入，并考慮因沉積物使管徑變小阻力增大系數，則H = Hp+Hx+1。7（Rx + R p1+ n2 R p2）Q2（新管則不乘1。7系數）。在不同的n值下（n=1、2、3），給出不同的Q值，即可繪出管網特性曲線 。（3）、確定水泵運行工況點水泵樣本給出的H-Q特性曲線和繪出的管網特性曲線H= Hc +RQ2,兩條特性曲線的交點M即為水泵運行工況點（如圖1）。該點對應的Q、H、npsh，即是水泵運行時的流量、揚程、效率和必須的汽蝕余量。 （貼插圖1）（4）、根據工況點對應的Q、H，檢驗礦井最大涌水量和正常涌水量時水泵工作臺數、管路趟數及每天水泵工作時間。水泵和管路的各種配合運行方式，均應能保證水泵每天工作時間不超過20h。從圖1可知，此時水泵的實際流量為Qb，則要求：T1=24Qz/n Qb 20h，T2=24Qm /n Qb 20h 。同時檢驗排水管中水的流速，V= n Qb/900d p22，如超出經濟流速范圍，則應調整管路系統，或采取其它措施，直至滿足要求。 (5)、計算電動機的容量：先按一管一泵（n=1）運行時水泵工況點對應的Q、H、計算出水泵的軸功率：N=QHr/1023600電動機的容量：Nd=KQHr/1023600m，式中 K電動機容量的富余系數，K=1。11。2，m傳動效率，直聯取1，聯軸節取1。2，r 礦井水的容重，一般r=1020 kg/m3。根據Nd選擇電動機。（一般電動機由水泵廠成套供應）。（6）、按水泵在管路未淤積前（即新管）一管一泵運行時水泵的工況計算水泵的軸功率，檢驗電動機是否過負荷。、第二種方法,即四大件設計手冊中介紹的方法，其步驟如下：（1）、首先分段計算出管路損失hh=hx+hp1+hp2，按一管一泵（n=1）運行，計算公式與第一種方法相同。（2）、水泵總揚程HZ= Hc +1。7h+1（新管則不乘1。7系數）（3）、建立管網特性曲線HZ= Hc +RQ2R=（HZ- Hc）/ Q2，（4）、確定水泵運行工況點 、一管一臺泵運行時水泵的工況點確定一臺水泵的H-Q特性曲線和管網特性曲線H= Hc +RQ2兩條特性曲線的交點3即為水泵運行工況點，見圖2） 、一管二臺泵并聯運行時水泵的工況點確定 兩臺同型號水泵并聯特性曲線的繪制，是在相同揚程條件下，兩臺水泵流量相加繪成的，如圖2所示。它與管網特性曲線（按一管一臺泵運行）之交點1即為二臺并聯水泵的工況點，點1對應的Q、H為并聯工作水泵的實際流量和揚程；點為并聯工作時每臺水泵的工作點；點為一臺水泵單獨工作時的工作點。從圖2可知，Q= Q1Q1 2 Q1，一般Q=（1。81。6）Q1。（貼插圖2） 、一管三臺泵并聯運行時水泵的工況點確定 與一管二臺泵并聯運行時水泵的工況點確定方法相同，如圖3所示。（貼插圖3） 、三臺相同水泵向兩條管路輸水的并聯工作，如圖4所示。除了一條管路的特性曲線CE外，還要繪制兩條管路的合成特性曲線CE。合成特性曲線的繪制，是在同一揚程下把管路中的流量相加而成。圖中：點1定出泵站的最大輸水量，點2定出每條管路中的輸水量，點定出每臺水泵的輸水量。（貼插圖4）選擇電動機和計算水泵工作時間，與第一種方法相同。3、兩種方法的比較第一種方法是先計算出一管一泵或一管多泵管路特性曲線，它們與水泵特性曲線的交點即為水泵運行工況點，也就是先定出單臺水泵Q，再計算泵站輸水量。而第二種方法則是先定泵站輸水量，再定出每臺水泵Q。但兩種方法的共同點都是基于水泵并聯運行時管中的流量Q成倍增加，并以此繪制并聯后的水泵特性曲線和管路特性曲線。實際上流量Q并不是成倍增加（約為。倍），因而都存在一定的誤差。但第一種方法中并聯管路特性曲線是通過計算后一次繪制的，而第二種方法中并聯管路特性曲線是通過人工二次合成的，因而相對誤差較第一種方法為大。五、泵站布置 1、泵站主要尺寸（1）、泵站長度 L=n L1 +(n-1) L2+(35) (m)式中: L1機組長度， L2機組間凈間距，應滿足電動機抽芯和水泵檢修的需要， 35 m是考慮值班室和堆放檢修工具及零配件的需要，可視具體情況而定。（2）、泵站寬度 B=B1+1/2B2+B3+B4+B5+0。3 (m)式中: B1機組基礎邊（靠吸水井側）至硐室壁的距離， B2機組基礎寬度 B3水泵或電動機外型（靠軌道側）至基礎中心距離， B4水泵或電動機或平板車中最大件寬度，B5水泵啟動控制箱的厚度， 0。3 m為考慮最大件通過軌道運輸時兩側預留的間隙。(3)、起重高度H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7式中: h1-機組基礎高度h2水泵軸中心至機組基礎高度 h3附加短管高度（不加時，h3=0）h4閘閥高度（當止回閥采用多功能控制閥時， h4=0）h5止回閥或多功能控制閥高度h6三通高度h7起重吊鉤至起重梁底面高度但當排水干管敷設在起重梁下時，其H應滿足法蘭底部距泵站地面1。8 m的要求。2、其他相關尺寸 （1）、水泵、吸水管、配水井、吸水井及水倉相互之間主要尺寸關系如圖所示。 （貼插圖） a0 短管長度，可根據實際情況確定；a1偏心異徑管長度，不宜小于大小管徑差的5倍；（a0+a1）水泵入口前直管段總長度，不宜小于3倍的水泵吸水口直徑；bl吸水管濾網中心線距最近井壁的距離，距后壁可取（0。81。0）Dx；距側壁可取1。5 Dx，且不小于Dx+100mm;Dx吸水管濾網直徑；DN配水閘閥公稱直徑；c1配水閘閥之間最小凈距，不應小于150mm；c2配水閘閥操作手輪之間凈距，不應小于500mm；c3配水閘閥操作手輪距配水井井壁間距，不應小于700mm；當雙配水井集中布置共享一個壁龕時，可不受限制；c4配水閘閥法蘭距配水井井壁間距，不應小于200mm；hl配（吸）水井最低水位到吸水管濾網上緣距離，不得小于（11。25）Dx，且不得小于500mm；hx吸水管濾網下緣距吸水井底距離，不得小于（0。60。8）Dx，且不得小于500mm；lx吸水管濾網中心線至吸水井入口距離，不得小于4Dx。（2）、吸水井 每臺水泵宜單獨使用一個吸水井，確定吸水井直徑時應考慮水泵工作時吸水井內水面波動不太大，同時應考慮安裝、檢修、清理吸水井的需要。一般D1500mm （3）、配水井 一般配水井兼作吸水井，其尺寸大小應根據安裝設備多少，考慮安裝、檢修、清理工作需要。六、管路布置與安裝 1、管路敷設 （1）、立井井筒中排水管敷設位置應與采礦專業協商，盡可能靠近梯子間，并留有足夠的安裝、檢修和更換空間。（2）、立井井筒中排水管底部應設置彎頭管座及其支承梁。當排水管路垂高較大（大于400m）時，應在中間加設直管座及支承梁，其間距取100150m。（3）、排水管在井筒中間用管卡固定在防彎梁上。防彎梁一般利用罐道梁或梯子間梁，不能利用時，應設單獨的防彎梁。管卡只起導向作用。（4）、排水管在斜井中沿底板敷設時，可用水泥墩支承