1、第一部分礦井排水設(shè)備選型設(shè)計(jì)述1概2設(shè)計(jì)的原始資料開(kāi)拓方式為斜井片盤，其井口標(biāo)高為+212.7m，開(kāi)采水平標(biāo)高為+48m，正常涌水量為9.5m3/h；最大涌水量為19.0m3/h；持續(xù)時(shí)間60d。礦水PH值為中性，水溫為15。該礦井屬于低瓦斯礦井，年產(chǎn)量為6萬(wàn)噸。3排水方案的確定在我國(guó)煤礦中，目前通常采用集中排水法。集中排水開(kāi)拓量小，管路敷設(shè)簡(jiǎn)單，管理費(fèi)用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，則增加了電耗。當(dāng)?shù)V井較深時(shí)可采用分段排水。涌水量大和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能淹沒(méi)礦井。因此，當(dāng)主水泵房設(shè)在最終水平時(shí)，應(yīng)設(shè)防水門。在煤礦生產(chǎn)中，單水平開(kāi)采通常采用集中排水；兩個(gè)水平同

2、時(shí)開(kāi)采時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井的具體情況進(jìn)行具體分析，綜合基建投資、施工、操作和維護(hù)管理等因素，經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后。確定最合理的排水系統(tǒng)。從給定的條件可知，該礦井只有一個(gè)開(kāi)采水平，故可選用單水平開(kāi)采方案的直接排水系統(tǒng)，只需要在+19m標(biāo)高水泵房設(shè)立中央泵房，就可將井底所有礦水集中排至地面。4水泵的選型與計(jì)算 根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，主要排水設(shè)備必須有工作水泵、備用水泵和檢修水泵。工作水泵的能力應(yīng)能在20h內(nèi)排除礦井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和備用水泵的總能力，應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大泳水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水

3、泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)具體情況在主水泵房?jī)?nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設(shè)水泵。 排水管路必須有工作和備用水管。工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20h內(nèi)排完24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。 4.1水泵必須排水能力計(jì)算正常涌水期 最大涌水期 式中 工作水泵具備的總排水能力，；工作和備用水泵具備的總排水能力，； 礦井正常涌水量，； 礦井最大涌水量，。4.2水泵所需揚(yáng)程估算由于水泵和管路均未確定，無(wú)法確切知道所需的揚(yáng)程，所以需進(jìn)行估算，即HB=Hsy/g=198+4/0.9=224式中 HB估算水泵所

4、需揚(yáng)程，； Hsy側(cè)地高度，即吸水井最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取Hsy=井底與地面標(biāo)高差+4（井底車場(chǎng)與吸水井最低水位距離），； g管路效率。當(dāng)管路在立井中鋪設(shè)時(shí)，g=0.90.89；當(dāng)管路在斜井中鋪設(shè)，且傾角>時(shí), =0.830.8；時(shí)，0.80.77；時(shí)，0.770.74。4.3水泵的型號(hào)及臺(tái)數(shù)選擇4.3.1水泵型號(hào)的選擇根據(jù)計(jì)算的工作水泵排水能力，初選水泵。從水泵產(chǎn)品目錄中選取D46-50×7型號(hào)泵，流量46m3/h額定揚(yáng)程350m。則：4.3.2水泵級(jí)數(shù)的確定I=HB/Hi= 取=5級(jí)式中 水泵的級(jí)數(shù)； 單級(jí)水泵的額定揚(yáng)程，。4.3.3水泵臺(tái)數(shù)確定 工作泵臺(tái)

5、數(shù) 取n1=1備用水泵臺(tái)數(shù)n20.7n1=0.7×1=0.7和n2Qmax/Qe-n1=780/450-1=0.73取n2=1檢修泵數(shù)n30.25 n1=0.25×1=0.25，取n3=1因此，共選3臺(tái)泵。5管路的選擇5.1管路趟數(shù)及泵房?jī)?nèi)管路布置形式根據(jù)泵的總臺(tái)數(shù)，選用典型三泵兩趟管路系統(tǒng)，一條管路工作一條管路備用。正常涌水時(shí)，一臺(tái)泵向一趟管路供水；最大涌水時(shí)，兩臺(tái)泵同時(shí)工作就能達(dá)到20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減少能耗的角可采用兩臺(tái)泵向兩趟管路供水，從而可知每趟管路內(nèi)流量Qe等于泵的流量。5.2管材的選擇由于井深遠(yuǎn)大于200m ，確定采用無(wú)縫鋼管。5.3排水內(nèi)徑式

6、中排水管內(nèi)徑，；排水管中的流量，；排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟(jì)流速.（s）來(lái)計(jì)算。從表1預(yù)選325×無(wú)縫鋼管，則排水內(nèi)徑=（325-2×8）mm = 309mm表1-1熱軋無(wú)縫鋼管（YB231-70）外徑/mm壁厚/mm外徑/mm壁厚/mm外徑/mm壁厚/mm893.524.01464.536.0273 7.050.0953.524.01524.536.02998.075.01023.528.01594.536.03258.075.01083.528.01685.045.03518.075.01144.028.01805.045.03779.075.01214.032.019

7、45.045.04029.075.01274.032.02036.050.04269.075.01334.032.02196.050.04599.075.01404.536.02457.050.04809.075.0常用壁厚尺寸系列2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 755.4壁厚驗(yàn)算式中 所選標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，cm； 管材許用應(yīng)力。焊接鋼管=60MPa，無(wú)縫鋼管=80MPa； 管內(nèi)

8、水壓，考慮流動(dòng)損失，作為估算；C附加厚度。焊接鋼管，無(wú)縫鋼管。所選標(biāo)準(zhǔn)壁厚應(yīng)等于或略大于按上式計(jì)算所得的值。吸水管壁厚不需要驗(yàn)算。因此所選壁厚合適。5.5吸水管徑據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用351×無(wú)縫鋼管。6工況點(diǎn)的確定及校驗(yàn)6.1管路系統(tǒng)管路布置參照?qǐng)D1-2所示的方案。這種管路布置方式任何一臺(tái)水泵都可以經(jīng)過(guò)兩趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖1-2所示。圖1-2泵房管路布置圖 6.2估算管路長(zhǎng)度排水管長(zhǎng)度可估算為： Lp=Hsy+（4050）m=266+（4050）m=（306316）取Lp=m ，吸水管長(zhǎng)度可估算為L(zhǎng)x=7m 。6.3管路阻力系數(shù)R的計(jì)算沿程阻力系數(shù)吸水

9、管 x = = = 排水管 p = = 局部阻力系數(shù) 吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于表1-3、表1-4中表1-3吸水管附件及局部阻力系數(shù)附件名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)底閥13.790。彎頭10.294異徑管10.1表1-4排水管附件及局部阻力系數(shù)附件名稱數(shù)量局部阻力系數(shù)閘閥2逆止閥13.2轉(zhuǎn)彎三通11.590。彎頭4異徑管10.5直流三通430。彎頭2 式中 R管路阻力系數(shù)，；、吸、排水管的長(zhǎng)度，m； 、吸、排水管的內(nèi)徑，m； 、吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對(duì)于流速v1.2m/s，其值可按舍維列夫公式計(jì)算，即 、吸、排水管附件局部阻力系數(shù)之和，根據(jù)排水管路系統(tǒng)中局部件的組成，見(jiàn)表1-3、1-4。6.4

10、管路特性方程新管 舊管 式中 K考慮水管內(nèi)徑由于污泥淤積后減小而引起阻力損失增大的系數(shù)，對(duì)于新管K=1，對(duì)掛污管徑縮小10%，取K=1.7，一般要同時(shí)考慮K=1和K=1.7兩種情況，俗稱新管和舊管。6.5繪制管路特性曲線并確定工況點(diǎn)根據(jù)求得的新、舊管路特性方程，取8個(gè)流量值求得相應(yīng)的損失，列入表1-5中。表1-5管路特性參數(shù)表Q/（m3·h-1）200250300350400450500550H1/m267.5268.4269.5270.7272.2273.8275.7277.7H2/m268.6270.1271.9274.1276.5279.3282.5285.9利用表1-5中各點(diǎn)

11、數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖1-7所示，新、舊管路特性曲線與揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)分別為M1和M2，即為新、舊管路水泵的工況點(diǎn)。由圖中可知：新管的工況點(diǎn)參數(shù)為QM1=532m3/h,HM1=277m,M1=0.8,HsM1=5.1m,NM1=498KW；舊管的工況點(diǎn)參數(shù)為QM2=516 m3/h，HM2=283m,M2=0.81,HsM2=5.3m,NM2=492KW，因M1、M2均大于0.7，允許吸上真空度HsM1=5.1m，符合規(guī)范要求。6.6校驗(yàn)計(jì)算6.6.1排水時(shí)間的驗(yàn)算管路掛污后，水泵的流量減小，因此應(yīng)按管路掛污后工況點(diǎn)流量校核。正常涌水時(shí)，工作水泵臺(tái)同時(shí)工作時(shí)每天的排水小時(shí)數(shù) 最大涌水期

12、，工作水泵、臺(tái)同時(shí)工作時(shí)每天的排水小時(shí)數(shù) 即實(shí)際工作時(shí)，只需2臺(tái)水泵同時(shí)工作即能完成在20h內(nèi)排出24h的最大涌水量。6.6.2經(jīng)濟(jì)性校核工況點(diǎn)效率應(yīng)滿足=0.80.850.85×0.81=0.69，=0.810.69。6.6.3穩(wěn)定性校核H=2660.9iH0=0.9×5×72=324m式中 單級(jí)零流量揚(yáng)程，。由-型水泵特性曲線圖可知=6.6.4經(jīng)濟(jì)流速校核吸水管中流速排水管中流速吸、排水管中的流速在經(jīng)濟(jì)流速之內(nèi)，故滿足要求。注：吸、排水管的經(jīng)濟(jì)流速通常取1.52.2m/s6.6.5吸水管高度校核 式中 HSM1 = HSM1-（10-ha）-（hn-0.24）=5.1-（10-10.3）-（0.17-0.24）=5.47m注:不同海拔高度時(shí)大氣壓值見(jiàn)表； 不同水溫時(shí)的飽和蒸汽壓力值；實(shí)際吸水高度H=4mH，吸水高度滿足要求。6.6.6電機(jī)功率計(jì)算= 式中電動(dòng)機(jī)容量富余系數(shù)，一般當(dāng)水泵軸功率大于100KW時(shí)，取=1.1；當(dāng)水泵軸功率為10100KW時(shí)，取=1.11.2。水泵配套電機(jī)功