礦井主排水設備選型畢業(yè)設計說明書

1、畢 業(yè) 設 計（論文） （說 明 書） 題 目： 姓 名： 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書 姓名 專業(yè) 任 務 下 達 日 期 年 月 日 設計（論文）開始日期 年 月 日 設計（論文）完成日期 年 月 日 設計（論文）題目： a. 編制設計 b. 設計專題（畢業(yè)論文） 指 導 教 師 系(部)主 任 年 月 日 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄 系 專業(yè)，學生 于 年 月 日 進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。 設計題目： 專題（論文）題目： 指導老師： 答辯委員會根據(jù)學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，

2、根據(jù)學生答辯情況，經(jīng)答 辯委員會討論評定，給予學生 畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)?。 答辯委員會 人，出席 人 答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）評 語 第 頁 共 頁 學生姓名： 專業(yè) 年級 畢業(yè)設計（論文）題目： 評 閱 人： 指導教師： （簽字） 年 月 日 成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）及答辯評語： 摘摘 要要 本設計的井田面積為 12 平方千米，年產(chǎn)量 90 萬噸。井田內(nèi)煤層賦存比較穩(wěn)定，煤層傾 角 812，平均煤厚 4m，整體地質(zhì)條件比較簡單，沼氣和二氧化

3、碳含量相對較高，涌水 量也不大。平頂山煤田是以李口向斜為主體的向斜含煤盆地，其北西、南東、北東及南部邊 緣分別受落差數(shù)百米至上千米的郟縣斷層、落崗斷層、襄郟斷層及魯葉斷層等構(gòu)造的切割， 形成相對獨立的水文地質(zhì)單元。平頂山礦區(qū)于李口向斜南翼，北部以紅石山、龍山、擂鼓臺、 落鳧山、馬棚山、平頂山等低山組成地表分水嶺，標高 300500m，坡度 850，以北 渡山、九里山、扣皂山等殘丘組成西南部地表分水嶺，標高 130160m，坡度 1530， 震旦系石英巖與寒武系灰?guī)r在西部零星出露，大氣降水可直接補給地下水。南北分水嶺之 間為西窄東寬的槽形谷地，其間多被第四系坡積沖積 本礦小時正常涌水量為 120

4、m3/h，最大涌水量為 253m3/h，井型為年產(chǎn) 90 萬噸的中型礦 井，屬于高瓦斯礦井。 關(guān)鍵詞：立井、傾斜長壁、一次采全高、綜合機械化、高產(chǎn)高效 abstractabstract these designed allotment area for 12 square kilometers，yearly output ninty trillion. allotment intrinsically ocurrence of coal seam compare stabilize，coal seam pitch eighttwelty acid，average coal thick 4m，in

5、tegrally nature condition compare simplicity， both methane and carbon dioxide content relatively high, and neither do inflow of water no large either. on the basis of preliminary design，said shaft opt in adopt three vertical shaft fluctuate mountain exploitation，coal seam grouping band region fluctu

6、ate mountain co- disposal mode of opening，design adopt comprehensive mechanization full-seam mining stopper art，incline longwall method，treat goaf with whole straddle alight law from actual geologic information instance proceed allotment exploit and stand-by mode. the preliminary design of the both

7、both combine versus mine haul, shaft exaltation, shaft drain and ventilation of mines isopuant systemic equipment lectotype count，as well as versus shaft technical safety measures and environmental protection claim，complete wholly shaft. both shaft whole realize mechanization，adopt advanced techniqu

8、es and use for reference afterwards realize high yield highly active modernization shaft experience，realize one mine not both high yield highly active shaft thereby run up to favorable economic benefit and social benefit. keyword： vertical shaft, incline length wall, full-seam mining, comprehensive

9、mechanization, high yield highly active 目 錄 摘摘 要要.1 1 第一章第一章 礦井概況礦井概況.1 1 1.1 礦井簡介 .1 1.2 水文地質(zhì) .1 1.2.1 第四系孔隙含水層 .1 1.2.2 侏羅系含水帶 .1 1.2.3 礦床充水 .2 第二章第二章 礦井主排水設備選擇計算礦井主排水設備選擇計算.3 3 2.1 設計依據(jù) .3 2.2 排水系統(tǒng)的確定 .3 2.3 水泵的選型與設計 .4 2.3.1 工作水泵的排水能力 .4 2.3.2 水泵所需揚程計算 .5 2.3.3 水泵的型號及臺數(shù)的確定 .6 2.4 管路的選擇 .6 2.4.1

10、管路趟數(shù)及泵房內(nèi)管路布置形式 .7 2.4.2 管材的選擇 .7 2.4.3 排水管內(nèi)徑 .7 2.4.4 壁厚驗算 .9 2.4.5 吸水管管徑 .9 2.4.6 驗算流速 .9 2.4.7 選擇排水管 .9 2.5 工況點點的確定及校驗 .15 2.5.1 管路系統(tǒng) .15 2.5.2 估算管路長度 .16 2.5.3 阻力系數(shù) rt 的計算 .17 2.5.4 管路特性方程 .18 2.5.5 繪制管路特性曲線，確定工況點 .19 2.5.6 校驗計算 .20 2.5.7 由工況點驗算排水時間 .22 2.5.8 經(jīng)濟性校核 .23 2.6 電動機功率計算 .23 2.7 電耗計算 .2

11、3 2.7.1 全年排水電耗 .24 2.7.2 噸水百米電耗校驗 .24 第三章第三章 水泵房及水倉水泵房及水倉.2525 3.1 泵房位置 .25 3.2 泵房尺寸 .25 3.2.1 泵房的長度： .25 3.2.2 泵房的寬度 .25 3.2.3 泵房的高度 .26 3.3 水倉的確定 .26 3.4.1 水倉容量的確定 .26 第四章第四章 節(jié)能方案設計節(jié)能方案設計.2727 4.1 無底閥排水 .27 4.2“綠色”流水通道.27 4.2.1“綠色”流水通道的設計目的.27 4.2.2“綠色”流水通道的設計.28 4.2.3 配水閥門的改造 .28 4.2.4 擋水墻的施工 .28

12、 4.2.5 使用效果 .29 4.3 水倉自動清挖 .29 4.3.1 水倉清挖常用的幾種方法 .29 4.3.2msq-4 型水倉自動清挖設備組成 .30 4.3.3 水倉清挖工藝流程圖 .30 4.3.4 工作原理 .30 4.3.5 應用效果 .31 4.5 水泵高壓群控軟啟動 .31 4.5.1 群控軟件啟動裝置的啟動程序 .31 4.5.2 群控高壓軟啟動的技術(shù)特點 .32 結(jié)結(jié) 束束 語語.3434 致致 謝謝.3535 參參 考考 文文 獻獻.3636 第一章第一章 礦井概況礦井概況 1.1 礦井簡介 該礦井屬于某煤田河流區(qū)域，最高海拔+170 米左右，平原最低標高+110 左

13、右，井 田內(nèi)多為緩崗丘陵，堆積平原和玄武巖地相間，該河蜿蜒蛇曲，橫貫井田南部為老年期河流， 沿河兩側(cè)有大片沼澤濕地，河寬 1015 米，坡度 2.6%河深 12 米，平均流量 0.77 米 3/秒， 最小流量 0.23 米 3/秒，最大流量（暴雨后）0.85 米3/秒。除此主干流外，還有季節(jié)沖溝，本 區(qū)最高洪水位標高為+125 米。 礦井東南為背斜構(gòu)造，地層傾角最大 60 度左右，中西部有不明顯褶皺，傾角一般 1018 度，區(qū)內(nèi)斷層共 11 層，其中除 f11逆斷層外，f1f10均為正斷層，斷層落差最大 120150 米，最小為 017 米。 1.2 水文地質(zhì) 1.2.1 第四系孔隙含水層 該

14、河在本區(qū)段上游以粗砂含水層為主，分選性和滲透性較好，含水豐富，其厚 30 米以 上，最寬分布 2100 米，分選性和滲透性由上游逐漸減弱，該河下游以灰色礫砂為主，分選 性與滲透性均好，含水豐富，含水層厚度平均為 15 米最厚 25 米，分布寬 1100 米，水力性 質(zhì)為潛水，埋在地表 0.6 米以下，水位 1.2 米左右，礫砂層含水層與煤系地層直接接觸，二 者的聯(lián)系是密切的。 1.2.2 侏羅系含水帶 從水文地質(zhì)條件和地貌來看，西部為補給區(qū)，東部為排泄區(qū)，當?shù)叵滤鞯酱笾袦蠒r， 在低洼處，形成上升泉排泄于地表，東區(qū)侏羅系含水帶劃分為： 1）裂隙含水帶，分布在 120 米以上，主要由中粗沙層組成

15、，強化風隙含水帶裂隙發(fā)育， 含水豐富。 2）孔隙含水帶，含水帶在 120 米以下，即位于強風化裂隙含水帶以下，但二帶無明顯 界限，孔隙含水帶單位涌水量在 0.040.064 升/秒.米，地下水受到到控制，總的規(guī)律是由西 向東流。 3）自堊系隔水帶 巖性為灰綠色巖，全區(qū)分布厚度不一，在背斜軸部巖基附近厚 305 米，兩冀其它部分， 平均厚 160 米，最低處為 18.6 米，單位涌水量為 0.0216 升/秒.米，所以視為隔水層。 1.2.3 礦床充水 1）地表水對礦床充水，該河由西向東橫貫全區(qū)，它的注入是礦井充水的主要補給合源。 2）地質(zhì)構(gòu)造對礦床充水的影響，主干斷層 f10 伴生幾條高度正斷

16、層，是溝通第四系含 水層的煤系地層，含水層的良好通道，容易對礦井造成突然涌水和增大涌水量。 3）大氣降水，大氣降水是地下水主要來源，礫砂含水層和玄武巖覆蓋層裂隙發(fā)育是大 氣降水滲入補給的良好通道。 4）煤系地層頂部 80 米以上巖石含水性強，區(qū)內(nèi)百分之百的涌水部位多數(shù)巖性是中性粗 砂巖，開采時要防止突然涌水。 第二章第二章 礦井主排水設備選擇計算礦井主排水設備選擇計算 2.1 設計依據(jù) 1）礦井年產(chǎn)量：120 萬噸/年 2）礦井正常涌水量：425m3/h 3）礦井最大涌水量：825m3/h 4）礦井物理化學性質(zhì)：ph=7 5）主井地面標高：+138m 6）付井地面標高：+135m 7）付井傾角

17、：23 8）付井筒直徑：6m 9）主井筒直徑：5m 10）開采水平：-150m 11）沼氣等級：低 12）礦井供電電壓：6000v 13）礦井最大涌水量持續(xù)時間：70h 2.2 排水系統(tǒng)的確定 礦井的排水系統(tǒng)分為：直接排水和分段排水 1、直接排水系統(tǒng)的特點：具有泵房少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護 工作量小，需要的人員少。 2、分段排水系統(tǒng)的特點：泵房數(shù)量多，排水設備多，技術(shù)管理復雜，基建投資和運行 費用多，工作人員多。 根據(jù)上述排水系統(tǒng)的特點，在采用直接排水時，由于只使用一套排水設備，所需用于排 水的基本設備費和生產(chǎn)費較少，管理也比較簡單。同時,依據(jù)礦井的開拓方式和涌水的大小 等

18、給定的條件，只需在井底車場副井附近設立中央泵房，將井底所有涌水直接排至地面，故 本設計的排水系統(tǒng)采用直接排水系統(tǒng)。 2.3 水泵的選型與設計 根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，主要排水設備必須有工作水泵、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，應能在 20h 內(nèi)排出礦井 24h 的最大泳水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的 25%。水文地質(zhì)條 件復雜的礦井，可根據(jù)具體情況在主水泵房內(nèi)預留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設水泵。 排水管路必須有工作和備

19、用水管。工作水管的能力應能配合工作水泵在 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。 2.3.1 工作水泵的排水能力 水泵必須具備的總排水能力，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，在正常涌水期，工作水泵 具備的總排水能力為： hmqqb z /510425 20 24 20 24 3 在最大涌水期，工作和備用水泵具備的總排水能力為： hmqqb/990825 20 24 20 24 3 maxmax 式中：工作水泵具備的總排水能力，； b qhm / 3 工作與備用水泵具備的總排水能力，； maxb qhm / 3 礦

20、井的正常涌水量，； z qhm / 3 礦井最大涌水量，。 max qhm / 3 2、水泵所需揚程的估算 由于水泵和管路均未確定，因此就無法確切知道所需的揚程，一般可由下面公式來進行 估算： m h h g c b 2 . 231 8 . 0 4135150 式中：水泵揚程，； b hm 測地高度，一般取井底與地面標高差，； c h c h4m 管路效率。當管路架設在斜井，且傾角時，； g 2030a77 . 0 8 . 0 g 3、初選水泵的型號 依據(jù)計算的工作水泵排水能力和估算的所需揚程及原始資料給定的礦水物理化學 b q b h 性質(zhì)和泥砂含量，從泵產(chǎn)品樣本中選取 200md436 型

21、礦用耐磨離心泵，其額定流量 ，額定揚程，轉(zhuǎn)數(shù)，電機功率，效率高達。hmq/288 3 mhe 8 . 244min/1480rkw315%80 則： 工作泵臺數(shù) ，取。 77. 1 288 510 1 e b q q n 2 1 n 備用泵臺數(shù) ，取。4 . 127 . 07 . 0 12 nn2 2 n 檢修泵臺數(shù) ，取5 . 0225 . 0 25 . 0 13 nn1 3 n 水泵總臺數(shù) 臺5122 321 nnnn 2.3.2 水泵所需揚程計算 由于水泵和管路均未確定，無法確切知道所需的揚程，所以需進行估算，即 500204 582.2 0.9 sy b g h hm 式中 估算水泵所

22、需揚程，； b h m 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 sy h =井底與地面標高差+4（井底車場與吸水井最低水位距離） ，； sy h m 管路效率。當管路在立井中鋪設時，=0.90.89；當管路在斜井中鋪設， g g 且傾角時, =0.830.8；時，0.80.77；時， 30 g 3020 g 20 0.770.74。 g 2.3.3 水泵的型號及臺數(shù)的確定 1） 、水泵的級數(shù)確定 582.2 8.32 70 b i h i h 取 =8 級 i 式中 水泵的級數(shù)； i 單級水泵的額定揚程，。 i h m 2） 、水泵型號的選擇 根據(jù)計算的工作水泵排水能力，初

23、選水泵。從水泵產(chǎn)品目錄中選取 d450-60010 型號 泵，額定流量為 450m3/h，額定揚程為 600m。則： 1 564 1.25 450 b e q n q 工作泵臺數(shù)取 n1=2 備用水泵臺數(shù) n20.7n1=0.72=1.4 和 n2qmax/qe-n1= 900/450-2=0 取 n2=2 檢修泵數(shù) n30.25 n1=0.252=0.5，取 n3=1 因此，共選 5 臺泵。 2.4 管路的選擇 2.4.1 管路趟數(shù)及泵房內(nèi)管路布置形式 根據(jù)泵的總臺數(shù)，選用典型五泵三趟管路系統(tǒng)，二條管路工作，一條管路備用。正常涌 水時，二臺泵向二趟管路供水；最大涌水時，只需要三臺泵同時工作就

24、能達到 20h 內(nèi)排出 24h 的最大涌水量，故從減少能耗的角可采用三臺泵向三趟管路供水，從而可知每趟管路內(nèi) 流量 qe 等于泵的流量。 2.4.2 管材的選擇 由于井深遠大于 200m ，確定采用無縫鋼管。 2.4.3 排水管內(nèi)徑 4450 0.01880.01880.269 0.326 36001.5 2.2 p pp qq dmm vv 式中 排水管內(nèi)徑，； p d m 排水管中的流量，； q 3 /mh 排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟流速1.5 到 2.2（s）來計算。 p v p v 從表 2.1 預選 32513 無縫鋼管，則排水內(nèi)徑 =（325-213）mm =299mm p d 表

25、 2.1 熱軋無縫鋼管 （yb231-70） 外徑 /mm 壁厚/mm外徑 /mm 壁厚/mm外 徑/mm 壁厚/mm 893.524.01464.536.0273 7.050.0 953.524.01524.536.02998.075.0 1023.528.01594.536.03258.075.0 1083.528.01685.045.03518.075.0 1144.028.01805.045.03779.075.0 1214.032.01945.045.04029.075.0 1274.032.02036.050.04269.075.0 1334.032.02196.050.04599

26、.075.0 1404.536.02457.050.04809.075.0 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 75 2.4.4 壁厚驗算 p 0.4 0.5d1 1.3 p c p 800.40.011582.2 0.529.910.15 801.30.011582.2 1.25cm1.3cm 式中 所選標準內(nèi)徑 p d 管材許用應力。焊接鋼管=60m

27、pa，無縫鋼管=80mpa； z z z 管內(nèi)水壓，考慮流動損失，作為估算；p0.011pa c附加厚度。焊接鋼管，無縫鋼管。0.2ccm0.1 0.2ccm 所選標準壁厚應等于或略大于按上式計算所得的值。吸水管壁厚不需要驗算。 因此所選壁厚合適。 2.4.5 吸水管管徑 據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用 351無縫鋼管。 2.4.6 驗算流速 22 450 1.42/ 360036000.335 44 x x q vms d 2.4.7 排水管路的確定 1、管路趟數(shù) 根據(jù)泵的總臺數(shù)，在滿足煤礦安全規(guī)程的前提下，在井筒內(nèi)布置以不增加井筒直徑 的原則，選用典型五泵三趟管路的布置方式（如圖 2.1

28、所示） ，其中二條管路工作，一條管 路備用。 2、選擇排水管 因為管徑的大小涉及排水所需的電耗和裝備管道的基本投資，若管徑偏小，水頭損失大， 電耗高，但初期投資少； 圖 2.1 泵房管路布置圖 若管徑選擇偏大，水頭損失小，電耗低，所需的初期投資費用高。綜合兩方面考慮，可 以找到最經(jīng)濟的管徑，通常用試取管內(nèi)流速的方法來求得， 。 2 . 25 . 1 288 0188 . 0 0188 . 0 p g p q d m261 . 0 215 . 0 式中：排水管內(nèi)徑，；pdm 通過管子的流量，； g qhm / 3 排水管內(nèi)的流速，經(jīng)濟流速取 p sm p /2 . 25 . 1 從標準 yb23

29、170 鋼管規(guī)格表中預選鋼管，則排水管內(nèi)徑7245 。mmdp23172245 3、驗算壁厚 c p p d z z p ) 1 3 . 1 4 . 0 (5 . 0 15 . 0 ) 1 2 . 231011 . 0 3 . 180 2 . 231011 . 0 4 . 080 ( 1 .235 . 0 cmcm3 . 147 . 0 因此所選壁厚合適。 式中：標準管內(nèi)徑，； p dcm 許用應力，無縫鋼管??； z mpa z 8 管內(nèi)水壓，估算，；p b hp11 . 0 mpa 附加厚度，無縫鋼管取ccmc2 . 01 . 0 4、選擇吸水管 025 . 0 pdxd m286 . 0

30、240 . 0 025 . 0 )261 . 0 215 . 0 ( 由和從標準 yb23170 鋼管規(guī)格表中選取的無縫鋼管，內(nèi)徑xdpd8273 。mmdp25782273 驗算流速 sm d q x x /54 . 1 257 . 0 4 3600 288 4 3600 22 5、計算管路特性 管路布置 采用五泵三趟管路（如圖 2.1 所示）的布置方式， 。任何一臺水泵都可以經(jīng)過三趟管路 中任一趟排水， （如圖 2.2 所示） 。 估算管路長度 排水管長度可估算為，取,吸水管長度可估算mhl cp 339329)5040(mlp330 為。mlx7 阻力系數(shù)計算 t r 計算沿程阻力系數(shù)。

31、對于吸、排水管分別為： 0326 . 0 )231 . 0 ( 021 . 0 021 . 0 3 . 03 . 0 x x d 0316 . 0 )257 . 0 ( 021 . 0 021 . 0 3 . 03 . 0 p p d 局部阻力系數(shù)，對于吸、排水管路附件其阻力系數(shù)分別列于表 2.2、表 2.3 中。 圖 2.2 管路布置圖 表 2.2 吸水管路附件其阻力系數(shù) 吸水管附件名稱數(shù) 量系 數(shù) 值 底 閥 13.7 90彎頭 10.294 收縮管 10.1 094 . 4 x 表 2.3 排水管路附件其阻力系數(shù) 排水管附件名稱數(shù) 量系 數(shù) 值 閘 閥 252 . 0 226 . 0 止

32、回閥 17 . 1 四 通 135 . 12 90彎頭 447 . 1 5294 . 0 直流三通 48 . 247 . 0 擴大管 15 . 0 30 彎頭 2196 . 0 3/2294 . 0 186.10 p 管路阻力損失系數(shù)，其值為： t r ) 1 ( 8 44552 p p x x p p p x x xt ddd l d l g r )231 . 0 ( 186.10 )257 . 0 ( 094 . 4 )231 . 0 ( 330 0316 . 0 )257 . 0 ( 7 0326 . 0 807 . 9 8 44552 )42.357747.93825.1585554.

33、203(0827 . 0 52452 /1021 . 2 /64.1700mhms 式中：、吸、排水管的長度，； x l p lm 、吸、排水管的內(nèi)徑，； x d p dm 、吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速，其值可按舍維列夫公式 x p sm/2 . 1 計算如下： 3 . 0 021 . 0 d 、吸、排水管附件局部阻力系數(shù)之和，可查阻力損失系數(shù)表得， x p g重力和速度，。 2 /807. 9gmg 管路特性方程 )(64.1700289 22 mqqkrhh tc 繪制管路特性曲線，確定工況點， 根據(jù)管路特性方程，取六個流量求得相應的損失（表 2.4 所示） 。 表 2.4 13

34、/ hmq 100150200250300350 mh / 2 . 291294 8 . 297 8 . 302 9 . 308 1 . 316 利用表 2.4 中各點數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線（如圖 2.3 所示） ， 圖 2.3 管路特性曲線與泵特性曲線 管路特性曲線與揚程特性曲線的交點 m，即為工況點，由圖中可知，工況點參數(shù)為 ，因大于 0.7， hmqm/328 3 mhm42079 . 0 m mhsm4 . 5kwnm520 m 允許吸上真空度符合煤礦井下排水設計技術(shù)規(guī)定要求。mhsm4 . 5 2.5 工況點點的確定及校驗 2.5.1 管路系統(tǒng) 管路布置參照圖 2.4 所示的方案。這種

35、管路布置方式任何一臺水泵都可以經(jīng)過三趟管路 中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖 2.5 所示。 2.4 五臺泵三趟管路 2.5 管路布置圖 2.5.2 估算管路長度 排水管長度可估算為： lp=hc+（4050）m=+（4050）m=（564574） 取 lp=570m ，吸水管長度可估算為 lx=7m 。 2.5.3 阻力系數(shù) rt 的計算 沿程阻力系數(shù) 吸水管 x = = = 0.3 0.021 dx 0.021 0.3 0.335 0.0291 排水管 p = = 0.3 pd 021 . 0 0.021 0.3 (0.299) 0.0302 局部阻力系數(shù) 吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于

36、表 2.5、表 2.6 中 表 2.5 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13.7 90。彎頭10.294 收縮管10.1 4.094 x 表 2.6 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22 0.250.52 止回閥11.7 四通11.5x2=3 90。彎頭45 0.2941.47 擴大管10.5 直流三通44 0.72.8 30。彎頭2 2 0.2940.196 3 10.186 p 45452 1 )1( 8 p p p p p x x x x x dd l dd l g r 2545 25 4 874.094570 0.02910.0302 9

37、.8070.3350.3350.299 10.186 / 0.299 hm 25 525 741.89/ 5.72 10/ sm hm 式中 r管路阻力系數(shù)，； 25 /sm 、吸、排水管的長度，m； x l p l 、吸、排水管的內(nèi)徑，m； x d p d 、吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速 v1.2m/s，其值 x p 可按舍維列夫公式計算，即 0.3 0.021 d 、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 x p 件的組成，見表 1-3、1-4。 2.5.4 管路特性方程 新管 252 1 2661 3.871 10 sy krqq 舊管 252 2 2661.73.

38、871 10 sy krqq 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)，對于新 管 k=1，對掛污管徑縮小 10%，取 k=1.7，一般要同時考慮 k=1 和 k=1.7 兩種情況，俗稱 新管和舊管。 2.5.5 繪制管路特性曲線，確定工況點 根據(jù)求得新、舊管特性方程，取八個流量值求得相應的損失，列入表 2.7 中。 表 2.7 管路特性參數(shù)表 q/（m3h -1） 200250300350400450500550 h1/m524.8526.1527.6529.5531.6534.1536.8539.8 h2/m 526.4528.6531.3534.4538.1542.

39、2546.8551.2 利用表 2.7 中各點數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖 2.6 所示，新、舊管路特性曲線與揚程 特性曲線的交點分別為 m1 和 m2，即為新、舊管路水泵的工況點。由圖中可知：新管的工況 點參數(shù)為 qm1=522m3/h,hm1=538m,m1=0.79,hsm1=5.4m,nm1=980kw；舊管的工況點參數(shù)為 qm2=500 m3/h，hm2=547m,m2=0.8,hsm2=5.85m,nm2=960kw，因 m1、m2 均大于 0.7， 允許吸上真空度 hsm1=5.5m，符合規(guī)范要求。 圖 2.6 管路特性曲線與泵特性 0 100 200 300 400 500 60

40、0 700 800 144 200300400500600 4 5 7 8 h 0.4 0.5 0.8 0.6 0.7 n（m） 700 800 1000 1100 6 900 x（kw） (m /h) 3 h n m2 m1 hs h(m) 2.5.6 校驗計算 1）由舊管工況點驗算排水時間 管路掛污后，水泵的流量減小，因此應按管路掛污后工況點流量校核。 正常涌水時，工作水泵臺同時工作時每天的排水小時數(shù)1n 1 2 2424470 11.2820 1 500 z z m q hhh n q 最大涌水期，工作水泵、臺同時工作時每天的排水小時數(shù)1n2n max max 12) 2 2424750

41、 8.7520 (22)516 m q hhh nn q 即實際工作時，只需 3 臺水泵同時工作即能完成在 20h 內(nèi)排出 24h 的最大涌水量。 2）經(jīng)濟性校核 工況點效率應滿足 =0.790.850.850.8=0.68， 1mmax =0.80.68。 2m 3）穩(wěn)定性校核 h=5240.9ih0=0.9700=630m sy 4）吸水管中流速 1 22 522 /1.65/ 9009000.335 m x x q vm sm s d 排水管中流速 1 22 522 /1.93/ 9009000.309 m p p q vm sm s d 吸、排水管中的流速在經(jīng)濟流速之內(nèi)，故滿足要求。

42、注：吸、排水管的經(jīng)濟流速通常取 1.52.2m/s 7、計算允許吸水高度 44 9.8 10,0.235 10, aana pp pp 33 9.8 10/nm 則允許的吸水高度為： 2 11 254 18 100.24 aaxx xsmxm xx ppl hhq gdd 4 3 254 9.8 10 5.4 100.24 9.8 10 2 874.0941532 0.0291 3.149.8070.3350.3353600 4.61m 8、電機功率計算 1 11 36001000 m mm dd hq kn = 10003 532 538 1.11064kw 1000 3600 0.79 式

43、中電動機容量富余系數(shù)，一般當水泵軸功率大于 d k 100kw 時，取=1.1；當水泵軸功率為 d k 10100kw 時，取=1.11.2。 d k 水泵配套電機功率為，大于計算值，滿足要求。1250 d nkw 9、電耗計算 1） 、全年排水電耗 maxmaxmax 1 22 36001000 rtnrtn hq e zzz wdcm mm 3 7 9.8 10500 547 2 16.92954 13.270 1000 36000.8 1 0.95 0.95 1.403 10 kwh /y 式中 年排水電耗， ；ekw h/a 水的重度，； 3 /n m 、年正常和最大涌水期泵工作臺數(shù)；

44、 z n max n 、 正常和最大涌水期泵工作晝夜數(shù)； z r max r 、正常和最大涌水期泵每晝夜工作小時數(shù)； z t max t 傳動效率，對直聯(lián)接取 1，聯(lián)軸器聯(lián)接取 0.950.98； c 電動機效率，對于大電動機取 0.90.94，小電動機取 0.820.9； d 電網(wǎng)效率，取 0.95； w 2)噸水百米電耗校驗 2 100 2 3.673 m t mcdwsy h e h 。 547 3.6730.8 10.950.95524 =0.3940.5 kwh/(t100) 2.5.7 由工況點驗算排水時間 正常涌水期和最大涌水期每天必須的排水時間為h q q tz m z 5 .

45、 15 3282 4252424 1 h qnn q t m 1 . 18 3284 99024 )( 24 21 max max 式中：工況點流量 k qsm/ 正常涌水量 z qnm / 3 最大涌水量 max qnm / 3 無論正常涌水期和最大涌水期，每晝夜的排水時間均不超過 20 小時，符合煤礦井下 排水設計技術(shù)規(guī)定規(guī)定。 2.5.8 經(jīng)濟性校核 工況點效率應滿足。 max 85 . 0 m max 85 . 0 79 . 0 m 故經(jīng)濟性滿足要求。 3、穩(wěn)定性校核 單級平均額定揚程必須大于管路的測地高度。 mihhc 5 . 3824259 . 09 . 0289 0 4 、計算允

46、許吸水高度 取，則允許的吸水高度為：papa 4 108 . 9papn 4 10235 . 0 33 /108 . 9mn 2 452 ) 1 ( 8 24 . 0 10 m x xx x na xmx q dxd l g pp hh ) 3600 328 ( )257 . 0 ( 1094 . 4 )257 . 0 ( 70326 . 0 807 . 9 8 24 . 0 108 . 9 108 . 9 104 . 5 2 4 4 523 4 m83 . 1 2.6 電動機功率計算 根據(jù)工況參數(shù)，可算出電機必須的容量為： m mm dd hq kn 36001000 79 . 0 3600

47、1000 420328108 . 9 1 . 1 3 kw522 根據(jù)產(chǎn)品樣本取。kwnd630 2.7 電耗計算 2.7.1 全年排水電耗 36001000 maxmaxmax 2 22 rtnrtn hq e zzz dcm mm 70 1 . 184295 5 . 152 95 . 0 95 . 0 18 . 036001000 420328108 . 9 3 yhkw/10824 . 5 6 式中：、年正常和最大涌水期泵工作臺數(shù)； z n max n 、正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)； z r max r 、正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)； z t max t 、電機效率，電網(wǎng)效

48、率，傳動效率。 d c 2.7.2 噸水百米電耗校驗 cdcm m t h h e 2 2 100 673 . 3 28995 . 0 95 . 0 18 . 0673 . 3 328 )100/(5 . 0428 . 0 thkw 第三章第三章 水泵房及水倉水泵房及水倉 3.1 泵房位置 泵房設在-150 井底車場，與井下中央變電所相聯(lián)，并用防火門隔離。 泵房設有兩個出口，一個與井底車場連通的水平通道，這個通道設一個即能防火又能防 水的密封門，另一個通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底車場 8 米，泵房的地面 高度應高出井底車場 0.5 米，并向吸水井側(cè)有 1%的下坡。 3.2 泵房尺

49、寸 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，水泵房至少有 2 個出口，一個出口用斜巷通到井筒，并應 高出泵房底板 7m 以上；另一個出口通到井底車場，在此出口通路內(nèi)，應設置易于關(guān)閉的既 能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應設置可靠的控制閘門。泵房輪廓尺寸 應根據(jù)安裝設備的最大外形、通道寬度和安裝檢修條件等確定。 3.2.1 泵房的長度： ) 1( nlnll 式中：水泵的臺數(shù)；n 水泵機組（泵和電機）總長度； l a水泵機組的凈空距離，一般取 1.52.0m。 ) 1( nlnll m 7 . 37) 16(6 . 1416 . 4 5 3.2.2 泵房的寬度 321 bbbb 式中：水泵基礎(chǔ)寬度；

50、 1 b 水泵基礎(chǔ)邊到有軌道一側(cè)墻壁的距離，一般取 1.52.0m； 2 b 水泵基礎(chǔ)邊到吸水井一側(cè)墻壁距離，一般取 0.81.0m。 3 b 321 bbbb 9 . 07 . 182 . 0 )(42 . 3 m 故泵房寬度取 4m。 3.2.3 泵房的高度 水泵房的高度應滿足檢修時的起重要求（一般取 3.04.5m）和水泵工作輪直徑的尺寸 要求來確定。 當工作輪直徑時，泵房的高度為 4.5 米，因為 200md436 工作輪直徑mmd350 1 為 450mm，故取 4.5m。 當工作輪直徑時，取泵房的高度為 3 米。mmd350 1 3.3 水倉的確定 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，在井底車場

51、建二個水倉，即建一個主倉，建一個副倉，當 一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。水倉的斷面采用了拱形斷面。 3.4.1 水倉容量的確定 按能容 8 小時正常涌水量的要求設計，為了使礦水中的大部分顆粒沉淀于倉底，水倉中 的水位以小于 0.005 米/秒的速度在倉中流動，而且在水倉中的流動時間應小于 6 小時。水倉 巷道長不應小于 108m，即，取水倉的長度 115m。mvtl1086005 . 0 36003600 水倉容量： 3 34248425mqtv 第四章第四章 節(jié)能方案設計節(jié)能方案設計 煤礦主排水設備能耗量在整個礦井生產(chǎn)費用中占有相當?shù)谋戎兀瑢で蠊?jié)能途徑、提高設 備運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性，在礦井

52、生產(chǎn)中有著特殊的意義?，F(xiàn)就某礦主排水設備節(jié)能運行方案進行論 證。 4.1 無底閥排水 取消吸水管底閥，改用無底閥排水。取消底閥后，吸水管阻力減小，使吸水管路阻力系 統(tǒng)降低，氣蝕工況點向大流量區(qū)移動，增大了水泵的安全工作區(qū)，有效地防止了氣蝕產(chǎn)生， 保證了水泵的安全運行；其次可以提高管路效率，降低電耗；再則還可以避免由于該礦水泥 沙較大而經(jīng)常發(fā)生的底閥堵塞故障。 由上可知，取消吸水管底閥，改用無底閥排水，在經(jīng)濟上是合理的，在技術(shù)可行的。在 采用無底閥排水的基礎(chǔ)上，再進行泵、管的合理聯(lián)合運行，能取得更為明顯的經(jīng)濟效益。 4.2“綠色”流水通道 每年雨季來臨時，工作面先后進入頂板富水區(qū)，采面平均涌水量

53、 120m3/h， ，涌水從切 巷及兩巷攜帶大量粉煤進入 110m 運輸大巷和-100m 回風大巷，雖然經(jīng)過 2000m 的水溝進行 沉淀后進入水倉，但不倉仍然需 15d 清挖一次。隨著涌不量的增加，煤粉的沉淀速度遠大于 清挖的速度， “綠色”流不通道的設計及施工勢在必行。 4.2.1“綠色”流水通道的設計目的 如果礦井水倉中的內(nèi)環(huán)因沉淀物淤滿，而外環(huán)正在清挖時，將“綠色”流水通道內(nèi)的配 水閥門打開，讓礦井所有涌水，不直接由乘人車場進入中央泵房配水井，從而保證正常排水， 為外環(huán)水倉清挖工作贏得寶貴的時間：當外環(huán)水倉清挖完畢后，及時關(guān)閉水閥門，執(zhí)行原來 的排水程序，然后再清挖內(nèi)環(huán)水倉。 4.2.

54、2“綠色”流水通道的設計 從乘人車場處開口向中央泵房施工 32m 的流水通道，采用錨網(wǎng)噴支護，半圓拱 1m1m 水溝與中央泵房的 5吸水井相通（如圖 4.1 所示） 。按照煤礦安全規(guī)程第二百七十九條 規(guī)定，通道應設密閉門，但考慮泵房已有條通道，能夠保證設備正常出入，密閉式擋水墻比 密閉門更安全。在通道中部設置一道 1m 厚的擋水墻，并在墻下水溝內(nèi)安裝一個 的閥門用于控制水量。mm1000 123 7 6 8 9 10 4 5 圖 4.1“綠色”流水通道剖面示意圖 1、乘人車場 2、 “綠色”流水通道 3、擋水墻 4、中央泵房 5、1000m 鋼管 6、配水閥門 7、8、水溝 9、配水巷、10、

55、配水井 4.2.3 配水閥門的改造 配水閥門外側(cè)連接一節(jié) 1000mm 長的高度鋼管，鋼管外側(cè)沿徑向按 500mm 間距焊接 的螺紋鋼筋。mmmm50020 4.2.4 擋水墻的施工 首先在配水閥門安裝位置向巷道斷面四周掏 500mm 壁槽，并按 800mm 的間距安裝兩排 的樹脂錨桿，錨桿外露 500mm，c25 砼澆灌前將錨桿外露部分與配水閥門mmmm200020 上焊接鋼筋及預埋鋼筋之間捆扎牢固，確保澆灌后的擋水墻與通道巷壁渾然一體。 4.2.5 使用效果 通過“綠色”流水通道，使涌水量大、水倉清挖速度慢、水文地質(zhì)復雜的礦井，能夠增 強礦井抵抗水災的能力，為礦井安全生產(chǎn)開啟一盞綠燈。 “

56、綠色”流水通道只是應急的通道，從礦井的長遠考慮，需要改進水倉的清挖方式來加 快其清挖速度，也可將水倉擴容來延長其淤滿的時間，從根本上解決礦井的排水安全問題。 4.3 水倉自動清挖 根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定要求，在每年雨季來臨之前，必須對水倉的作業(yè)方式為人工 清挖，水倉清挖不徹底，一直困擾著煤礦清倉難題，中國礦大研制開發(fā)的 msq4 型水倉 自動清挖設備，通過在水倉清挖試驗，取得了很好的效果。 4.3.1 水倉清挖常用的幾種方法 人工清挖 首先用主排水泵把水倉中濃度較稀的煤泥水抽排掉，然后采用人工的方法用鐵锨及桶等 工具將水倉煤泥水裝入礦車中，或采用泥漿泵抽排裝礦車，經(jīng)斜巷絞車運至大巷，由電機車 外

57、運升井，設備投入大，使用車皮多，運輸環(huán)節(jié)復雜，占用人員多，工作量大，清挖時間長， 致使井上下沿途淤泥積水，污染運輸環(huán)境。 井下巷道晾干 在井下水倉呂浠煤泥抽排后，通過污水泵將水倉中煤泥水抽排到同一水平廢棄的巷道沉 淀晾干，再用人工清挖運到地面，周轉(zhuǎn)時間長，工人勞動強度大。 水倉粗煤泥清挖機 通過專用泵抽排煤泥水到振動脫水設備進行脫水。此方法解決了大于 0.1以上煤泥水 的處理仍不能解決。 煤泥自動間裝車機 通過機械螺旋葉輪與刮板機的組合，整機沿著軌道自動向前行走，把水倉煤泥中的煤泥 水輸送到礦車中，不能解決煤泥水脫水問題，存在著運輸量大、污染環(huán)境等問題。 以上各種煤泥清挖處理，不能真正解決煤礦

58、井下水倉煤泥處理問題，存在著勞動強度大、 污染環(huán)境、使用車皮多、運輸環(huán)節(jié)復雜、細顆粒煤泥無法解決等問題，這些問題嚴重影響著 煤礦安全文明生產(chǎn)。 4.3.2msq-4 型水倉自動清挖設備組成 msq-4 型水倉自動清挖設備由清挖設備、過濾緩沖設備、加壓設備、煤水分離設備組 成。 msq-4 型自動清挖設備技術(shù)參數(shù) （）水倉清挖系統(tǒng)型號 msq-4 型 （）回收粒度 0.15 （）清挖速度th-1 （脫水后） （）裝車最大高度 1200 （）入料濃度 2545(含煤泥量) （）回收后煤泥水份含量 (含水量) 25 （）電源電壓 380/600 （）最大設備外型尺寸（長 x 寬 x 高） 4380x

59、1600x2400 （）適用于水倉長度m 400 4.3.3 水倉清挖工藝流程圖 過濾緩沖設備加壓設備煤水分離設備礦車 清挖設備煤泥水倉另一水倉 4.3.4 工作原理 該水倉自動清挖處理設備由清挖設備從煤礦井下水倉攪抽煤泥水，并通過排水管排入過 濾、緩沖裝置，煤泥水在過濾、緩沖裝置作用下，過濾掉大顆粒物料，形成穩(wěn)定的細物料從 底口由加壓泵抽排出，進入脫水設備，煤泥水混合物在煤水分離設備作用下，使水、煤混合 物分離，水經(jīng)溢流管排出后回流到另一水倉，再由主排水泵抽出，煤水分離設備中的煤餅進 入礦車裝車。 4.3.5 應用效果 人工清挖效率低，采用 msq-4 型礦井水倉煤泥自動清挖系統(tǒng)后，實現(xiàn)了清挖的自動 化作業(yè)，從給料加壓開始至脫水裝車整個循環(huán)時間約 20min，平均每小時能裝車，每班僅 需要人作業(yè)，減少人員，降低了工人的勞動強度，提高了清挖效率，縮短清挖周期，減少 用工投入，減少費用。 水倉清挖徹底，延長了清挖周期，減少水泵大修費用，改善了水質(zhì)，提高了大泵運行 效率，降低了噸水百米電耗，降低電費。 采用 msq-4 型礦井水倉煤泥自動清挖系統(tǒng)簡化運輸環(huán)節(jié)，減少車皮占用，增加了副 井提升能力。 煤泥不需要升井干燥，在井下即可回收，提高了煤泥回收率，保證了井上、下運輸過 程環(huán)境不受污染，