大飯鋪礦排水設(shè)備選型及布置設(shè)計(jì)

1、摘 要本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是了解礦井排水設(shè)備發(fā)展及應(yīng)用情況，明確所設(shè)計(jì)的大飯鋪礦的礦井概況、井田開(kāi)拓方式，對(duì)礦井排水設(shè)備常用的水泵的類(lèi)型、工作原理、結(jié)構(gòu)和型號(hào)進(jìn)行分析。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)確定排水系統(tǒng)方案，選擇水泵、管路及管路附件等設(shè)備的類(lèi)型和具體型號(hào)，確定水泵工況點(diǎn)，選擇電動(dòng)機(jī)，以及對(duì)各方案水泵裝置效率的進(jìn)行比較，排除不合理的方案，最后再對(duì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算以確定方案的合理性。根據(jù)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范、煤礦安全規(guī)程、所選擇的水泵、管路及管路附件等設(shè)備的規(guī)格，確定水泵房、吸水井、水倉(cāng)、管子道間尺寸。進(jìn)行水泵、管路及管路附件等設(shè)備布置，繪制水泵房設(shè)備布置圖。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)礦井安全生產(chǎn)的政策、法規(guī)，結(jié)合煤炭行業(yè)發(fā)展

2、現(xiàn)狀，以安全可靠為根本，以投入少、運(yùn)行費(fèi)用低為原則的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想來(lái)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：排水系統(tǒng)；水泵；工況點(diǎn)Abstract The main content of this design is familiar with mine drainage equipment application, clear the design of large Fanpu mine mine survey mine exploitation, mine drainage equipment commonly used pump type, working principle, structure and

3、types of analysis. Drainage scheme is determined according to the design basis, pumps, piping and pipe accessories equipment type and the specific types of selection, determine the pump operating point, motor selection, and on the efficiency of the pump device compared to exclude unreasonable scheme

4、, then the other case in economic accounting to determine the plan of rationality. According to the code for design of mine, coal mine safety regulations, the choice of pumps, piping and pipe accessories equipment specifications to determine the pump room, ceiling wells, sump, pipe size. Pump, pipin

5、g and piping accessories and other equipment layout, drawing the layout of the pump room equipment. In the design process, according to the mine safety production policies, laws and regulations, combined with development status of coal industry, in order to secure fundamental to invest less, low ope

6、rating cost as the principle of the design of the guiding ideology to carry out comprehensive design.Keywords: drainage system; pump; working condition point目錄1緒 論11.1排水設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展11.2礦井概述11.3礦水來(lái)源及涌水量31.4 設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想32 礦井排水系統(tǒng)確定42.1 設(shè)計(jì)的原始資料42.2排水系統(tǒng)方案42.2.1 單水平開(kāi)采排水方案42.2.2 多水平同時(shí)開(kāi)采排水方案63 排水設(shè)備選型計(jì)算83.1水泵的選型83.1

7、.1 水泵必須排水能力83.1.2水泵所需揚(yáng)程的估算83.1.3 初選水泵83.1.4水泵的臺(tái)數(shù)93.2管路的選擇103.2.1 管路趟數(shù)及泵房?jī)?nèi)管路布置形式113.2.2管材的選擇113.2.3 排水管內(nèi)徑123.2.4吸水管徑143.3 水泵工況點(diǎn)的確定及校驗(yàn)153.3.1管路系統(tǒng)153.3.2 估算管路長(zhǎng)度153.3.3 管路阻力系數(shù)R的計(jì)算153.3.4 管路特性方程193.3.5 繪制管路特性曲線并確定工況點(diǎn)193.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概算263.4.1 設(shè)備初期總投資263.4.2設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用273.4.3 年排水費(fèi)294 主水泵房布置304.1 一般規(guī)定314.2 主水泵房尺寸及布置設(shè)計(jì)

8、314.2.1 水泵外形及安裝尺寸324.2.2 泵房長(zhǎng)度334.2.3 泵房寬度334.2.4 泵房高度344.3 水泵基礎(chǔ)的近似計(jì)算344.4 水倉(cāng)及吸水井尺寸設(shè)計(jì)354.5水管布置及管子道間尺寸的設(shè)計(jì)374.5.1吸水管尺寸設(shè)計(jì)374.5.2出水管布置384.5.3泵房防水門(mén)的確定384.5.4管子道和管子間385 礦井排水設(shè)備的運(yùn)行管理395.1水泵的使用和維護(hù)405.1.1泵的操作使用405.1.2泵的維護(hù)和保養(yǎng)405.2水泵的性能測(cè)定415.2.1測(cè)定原理和方法415.3水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行425.3.1影響水泵經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素425.3.2節(jié)能措施436 結(jié)論45致謝47參考文獻(xiàn)48附錄

9、A48附錄521緒 論1.1排水設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展國(guó)外排水設(shè)備的發(fā)展較先進(jìn)，礦井排水高揚(yáng)程水泵采用雙電機(jī)拖動(dòng)，在國(guó)外為了提高礦井排水設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，必須對(duì)水泵的使用期和管道的清理周期進(jìn)行優(yōu)化。礦井排水設(shè)備是礦山企業(yè)主要的用電設(shè)備之一，節(jié)能工藝的運(yùn)用方針，要求在排水設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用階段，都進(jìn)行能耗估算。加拿大提出了數(shù)字化礦山的概念，建立綜合信息基礎(chǔ)框架，減小排水設(shè)備的自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)的誤差，建立起了水資源管理信息系統(tǒng)。他們?cè)诓蓞^(qū)工作面水文地質(zhì)探測(cè)，地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，水害預(yù)測(cè)，應(yīng)急堵截水方面和礦井水綜合治理方面均有成熟的技術(shù)可以讓我們借鑒。在許多發(fā)達(dá)國(guó)家里，礦井水資源管理己進(jìn)入了系統(tǒng)化管理階段。集中了

10、規(guī)范化、統(tǒng)計(jì)化、實(shí)時(shí)化和運(yùn)籌化管理水資源質(zhì)量及水環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用了系統(tǒng)論、信息論、控制論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立起了水資源管理信息系統(tǒng)。他們?cè)诓蓞^(qū)工作面水文地質(zhì)探測(cè)，地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)，水害預(yù)測(cè)，應(yīng)急堵截水方面和礦井水綜合治理方面均有成熟的技術(shù)可以讓我們借鑒。雖然這些國(guó)家沒(méi)有將排水設(shè)備的自動(dòng)化單獨(dú)進(jìn)行研究，但他們將這一方面的內(nèi)容列入了礦山整體水資源管理的規(guī)劃之中，將所有的控制信息包括水泵的運(yùn)行都集中給中心控制室，進(jìn)行統(tǒng)一控制。在我國(guó)，國(guó)內(nèi)的工程技術(shù)人員在優(yōu)化排水方案，改造排水設(shè)備，合理布置巷道，排水設(shè)備選型等方面也也做了大量的工作，不僅在節(jié)能方面取得明顯成果，而且同時(shí)也提高了礦井的防災(zāi)抗災(zāi)能力，保證了礦

11、井的安全生產(chǎn)，在排水系統(tǒng)的控制方面一些人員把模糊控制，規(guī)則控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等智能化控制理論運(yùn)用到礦井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，故障報(bào)警，事故分析以及多臺(tái)水泵軟啟動(dòng)的自動(dòng)切換及斷電等，提高了資料的準(zhǔn)確性，控制的可靠性及效率。1.2礦井概述大飯鋪礦井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)西南約13km處，地處準(zhǔn)格爾煤田南部的龍王溝詳查區(qū)南部，行政區(qū)劃隸屬于準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)。礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為171.36Mt，礦井服務(wù)年限為51a。大飯鋪礦為減少井筒工程量和壓煤量，以及井下巷道初期工程量，將主、副井場(chǎng)地和風(fēng)井場(chǎng)地分開(kāi)布置。主斜井由井田南部

12、向北布置，井口標(biāo)高+1155.0m，傾角16，斜長(zhǎng)1070m，井底標(biāo)高+860.0m，主斜井與大巷通過(guò)井底煤倉(cāng)連接；井筒內(nèi)裝備1.4m寬膠帶輸送機(jī)擔(dān)負(fù)全礦井煤炭提升任務(wù)、裝備架空乘人器擔(dān)負(fù)膠帶檢修和零星下井人員的運(yùn)送，井底采用平巷礦車(chē)清理。副斜井位于主斜井西側(cè)，由南向北布置，井口標(biāo)高+1155.0m，井底車(chē)場(chǎng)標(biāo)高+860.0m，傾角23，斜長(zhǎng)755m，裝備一臺(tái)2JK-3.5/20E型單滾筒提升絞車(chē)，擔(dān)負(fù)礦井的人員、設(shè)備及材料的升降。回風(fēng)立井場(chǎng)地位于工業(yè)場(chǎng)地北端，落底在副井井底車(chē)場(chǎng)的北側(cè)，井口標(biāo)高+1184.00m，垂深326m，裝備梯子間，擔(dān)負(fù)全礦井的回風(fēng)任務(wù)。大巷沿鐵路煤柱南北向布置，主要大

13、巷為膠帶輸送機(jī)、輔助運(yùn)輸和回風(fēng)大巷，礦井采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)。主斜井擔(dān)負(fù)全礦井煤炭提升任務(wù)，并兼作進(jìn)風(fēng)和礦井安全出口。井口標(biāo)高+1155.0m，井筒凈寬5.2m，凈高4.05m，凈斷面積18.15m2，傾角16，井筒全長(zhǎng)1070m。井筒內(nèi)一側(cè)布置一組架空人車(chē)器（猴車(chē)），另一側(cè)裝備一條帶寬1400mm、運(yùn)輸能力1500t/h的膠帶輸送機(jī)。井筒內(nèi)敷設(shè)1趟消防水管和1趟壓風(fēng)管以及通訊電纜等，設(shè)有臺(tái)階及扶手。副斜井擔(dān)負(fù)全礦井人員、設(shè)備及材料的提升運(yùn)輸任務(wù)，并兼作進(jìn)風(fēng)井和礦井安全出口。井口標(biāo)高+1155.0m，井底車(chē)場(chǎng)標(biāo)高+860.0m，井筒凈寬5.0m，凈高4.1m，凈斷面積17.82m2，傾角23

14、，井筒全長(zhǎng)755m。井筒內(nèi)鋪設(shè)30kg/m、900mm軌距雙軌，敷設(shè)3趟排水管路、1趟消防灑水管路以及動(dòng)力、通信電纜等，并預(yù)留動(dòng)力、通信電纜位置各兩根。井筒內(nèi)設(shè)有臺(tái)階及扶手。井筒直徑5.5m，井筒斷面23.7m2，傾角90，垂深326m，擔(dān)負(fù)全礦井的回風(fēng)；敷設(shè)1趟灌漿管路；設(shè)置梯子間用于安全通道。本煤田降水量少，煤層直接充水含水層補(bǔ)給區(qū)面積小，地形起伏大，溝谷縱橫且切割深，無(wú)良好的匯水地形。地質(zhì)構(gòu)造總體為向西傾斜，具波狀起伏的單斜，對(duì)地下水的富集、儲(chǔ)存不利。煤層直接充水含水層的補(bǔ)給量極小，富水性弱，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。區(qū)內(nèi)寒武、奧陶系巖溶裂隙水富水性好，水壓大，但富水性極不均一，其沿溶洞、溶隙運(yùn)

15、動(dòng)。其補(bǔ)給來(lái)源主要為黃河水，其次為大氣降水補(bǔ)給。排泄方式沿溶洞、溶隙等向南、向西運(yùn)動(dòng)，或者少量的開(kāi)采排泄。根據(jù)上述內(nèi)容和開(kāi)采模式，設(shè)計(jì)礦井正常涌水量為220m3/h，最大涌水量370m3/h。礦井正常涌水量為220m3/h，所需水倉(cāng)容量為：Q0=2208=1760m3。設(shè)計(jì)水倉(cāng)凈斷面11.58m2，內(nèi)、外水倉(cāng)長(zhǎng)度及水倉(cāng)入口長(zhǎng)度總和為220m，水倉(cāng)有效容積2316m3，滿足規(guī)程要求。水倉(cāng)清理按人工清理設(shè)計(jì)，水倉(cāng)內(nèi)設(shè)有軌道系統(tǒng)，水倉(cāng)入口處運(yùn)輸煤泥為有軌系統(tǒng)。1.3礦水來(lái)源及涌水量在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，涌入礦井的水流稱(chēng)為礦水。礦井水的來(lái)源分為地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水

16、、融雪和山洪等。礦水可以用單位時(shí)間涌入礦井內(nèi)的體積來(lái)度量，稱(chēng)為絕對(duì)涌水量。一般用“q”表示，其單位為m3/h。涌水量的大小與該礦區(qū)的地理位置、地形、水文地質(zhì)及氣候等條件有關(guān)；同一礦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，其他季節(jié)則變化不大，因此前者稱(chēng)最大涌水量，而后者稱(chēng)為正常涌水量。為了對(duì)比不同礦井涌水量的大小，通常還采用同一時(shí)期內(nèi)，相對(duì)于單位煤炭產(chǎn)量（以噸計(jì)）的涌水量作為比較參數(shù)，稱(chēng)它為相對(duì)涌水量，或稱(chēng)為含水系數(shù)。若以K表示相對(duì)涌水量，則 (1-1)式中： q絕對(duì)涌水量；T同期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量。排水設(shè)備主要包括：水泵、電動(dòng)機(jī)、管路、水泵房、管子道、水倉(cāng)及電控設(shè)備等。1.4

17、設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想排水設(shè)備的選擇要以選出的排水設(shè)備在整個(gè)礦井服務(wù)期限中都可以按有關(guān)規(guī)定的要求排除礦井涌水為原則。排水系統(tǒng)的選擇、設(shè)備的選型，以選出的整個(gè)系統(tǒng)在整個(gè)礦井服務(wù)期限內(nèi)均能按有關(guān)規(guī)定的要求排除礦井涌水為原則，盡可能做到安全可靠，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，自動(dòng)化程度高，維護(hù)方便。為了改善煤礦生產(chǎn)條件，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)過(guò)程中還要注重科技發(fā)展新成果的合理應(yīng)用。2 礦井排水系統(tǒng)確定2.1 設(shè)計(jì)的原始資料(1) 斜井開(kāi)拓，井口標(biāo)高 1155m ，井底標(biāo)高 +860.5m， 傾角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

18、水期按65天 ；(4) 礦水中性，礦水密度9810kg/m3 ；(5) 服務(wù)年限 51 年；(6) 礦年產(chǎn)量 240 萬(wàn)噸； 2.2排水系統(tǒng)方案在我國(guó)礦山中，目前通常采用集中排水。集中排水開(kāi)拓量小、管路敷設(shè)簡(jiǎn)單、管理費(fèi)用低，但由于上水平的水需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)水泵房設(shè)在最終水平時(shí)，應(yīng)設(shè)防水閘門(mén)。 2.2.1 單水平開(kāi)采排水方案 （1）直接排水系統(tǒng) 直接排水系統(tǒng)是指井下的涌水通過(guò)排水設(shè)備直接排到地面。如單水平開(kāi)采的礦井，在開(kāi)采第一水平時(shí)，就采用直接排水系統(tǒng)。豎井單水平開(kāi)采時(shí)，可以將

19、全部坑道的水集于水倉(cāng)中，并用排水裝置直接排至地面（圖2-1a）是豎井單水平開(kāi)采時(shí)的直接排水系統(tǒng)。斜井單水平開(kāi)采時(shí)，若地質(zhì)條件比較穩(wěn)定、又無(wú)大的斷層，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用鉆孔下排水管的方法將水直排地面。若地質(zhì)條件較復(fù)雜或井較深，可采用沿斜井井筒敷設(shè)排水管路的方法，將水直排地面（圖2-1d）。這種排水系統(tǒng)的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用少，維護(hù)工作量要減少一半以上，需用的人員也少，便于管理，而且上、下水平的排水設(shè)備互不影響。圖2-1 單水平開(kāi)采的排水系統(tǒng)Fig.2-1 Single level mining drainage system直接排水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，開(kāi)拓量小，管路敷設(shè)

20、較容易，基建費(fèi)用低，便于管理，是我國(guó)通常采用的排水系統(tǒng)。（2） 分段排水系統(tǒng) 分段排水系統(tǒng)，是指井下的涌水通過(guò)幾段排水設(shè)備轉(zhuǎn)排到地面。一般適用于礦井較深，又受排水設(shè)備能力所限制的礦井排水。另外，多水平同時(shí)開(kāi)采同時(shí)開(kāi)采時(shí)，為減少井筒內(nèi)管路敷設(shè)的趟數(shù)，也常采用分段排水系統(tǒng)。單水平開(kāi)采時(shí)，若井筒較深，排水所需壓頭超過(guò)了水泵可能產(chǎn)生的揚(yáng)程時(shí)，可以采用分段排水系統(tǒng)。有兩種方案：其一是在井筒中部開(kāi)拓泵房，并且開(kāi)有水倉(cāng)（圖2-2），首先將礦水排至中央水倉(cāng)，然后再由該泵房的水泵，將水排至地面；其二是只開(kāi)中間泵房，不開(kāi)水倉(cāng)，上、下部的排水裝置，按間接串聯(lián)方式工作，將水排至地面兩者比較，前者的優(yōu)點(diǎn)是上、下裝置互不

21、影響，缺點(diǎn)是必須開(kāi)拓中間水倉(cāng)；后者的優(yōu)點(diǎn)是不需要中間水倉(cāng)，缺點(diǎn)是要求上、下互相配合，其中上、下任意兩臺(tái)水泵都應(yīng)能串聯(lián)工作，這使管路布置十分復(fù)雜，而且下部的排水裝置，可能受到相當(dāng)于全井深的水壓。因此為保證工作的可靠，應(yīng)盡可能采用前一方案圖2-2 單水平開(kāi)采的排水系統(tǒng)Fig.2-2 Single level mining drainage system2.2.2 多水平同時(shí)開(kāi)采排水方案兩個(gè)或多個(gè)水平同時(shí)開(kāi)采，各水平可分別設(shè)置水倉(cāng)、泵房和排水裝置，將各水平的水分別直接排至地面（圖2-3a）。此方案的優(yōu)點(diǎn)是上、下水平互不干擾，缺點(diǎn)是裝置多、管路多。當(dāng)水平的涌水量較小，沒(méi)有必要單獨(dú)設(shè)置排水裝置時(shí)，可將上

22、水平的水放到下水平，而后由該水平的排水裝置直接排至地面（圖2-3b）。此方案的優(yōu)點(diǎn)是只需一套排水設(shè)備，缺點(diǎn)是上水平的水下放后再上提，損失了誰(shuí)的位能，增加了電耗。圖2-3 多水平同時(shí)開(kāi)采的排水系統(tǒng)Fig.2-2 More levels at the same time, mining drainage system多水平同時(shí)開(kāi)采時(shí)，除采用上述直接排水系統(tǒng)外，還可以采用分段排水系統(tǒng)。如圖（圖2-3c）所示，此系統(tǒng)常用于開(kāi)采具有下山的緩傾斜煤層的礦井中。若下水平的水量較小，則該水平可以設(shè)置輔助排水裝置，將水排至上水平的大型排水裝置的水倉(cāng)中。這種系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是上下水平排水裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)，兩水平都有被淹

23、沒(méi)的危險(xiǎn)。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，操作和維修管理等因素，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)。根據(jù)上述的有關(guān)規(guī)定,本著盡量減少水泵數(shù)量的原則,并且考慮基建、維護(hù)、運(yùn)行成本的簡(jiǎn)易程度，初步選用單水平開(kāi)采集中排水作為本設(shè)計(jì)的排水方法。管路敷設(shè)有兩種方案，一種是沿斜井井筒敷設(shè)，另一種是垂直鉆孔管路敷設(shè)方案。斜井垂直鉆孔管路排水是在與井下水泵房位置對(duì)應(yīng)的地面，選擇最近垂直距離打一鉆孔，在鉆孔內(nèi)敷設(shè)排水管通向泵房，這種排水方法，比斜井排水優(yōu)越。一條斜井管與一條垂直管路的比較，垂直管路阻力大為減少，較斜井排水

24、的工況點(diǎn)向右偏移，管路特性趨向平緩，提高排水系統(tǒng)效率，節(jié)約電能，同時(shí)可節(jié)約大量鋼材。在經(jīng)濟(jì)上受益很大。但也有以下幾個(gè)問(wèn)題：鉆孔盡量布置在巖石相對(duì)穩(wěn)定地段，以免巖石移動(dòng)而破壞鉆孔；鉆孔不應(yīng)直接設(shè)在水泵房或運(yùn)輸大巷正上方，這樣會(huì)破會(huì)頂板，應(yīng)布置在水泵房?jī)蓚?cè)附近；需要布置兩個(gè)或兩個(gè)以上鉆孔時(shí)，孔的間距不少于10m，以免鉆孔偏斜引起相互干擾。綜合考慮大飯鋪礦地質(zhì)條件等眾多因素，礦井主排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用中央集中式排水，各盤(pán)區(qū)涌水進(jìn)入井底車(chē)場(chǎng)附近水倉(cāng)和主排水泵房，將井下涌水排放至地面礦井水處理站，排水管路沿副斜井井筒敷設(shè)的設(shè)計(jì)方法。3 排水設(shè)備選型計(jì)算3.1水泵的選型3.1.1 水泵必須排水能力依據(jù)煤礦安全

25、規(guī)程規(guī)定，水泵應(yīng)具備以下排水能力： 正常涌水期: m3/h （3-1） 最大涌水期: m3/h 3.1.2水泵所需揚(yáng)程的估算 (3-2)式中： 測(cè)地高度，即吸水井最低水位至排水管出口間的高度差 m ； 泵排水高度 295m ； 吸水高度，取=4m ； 管子高出井筒的深度，取 m ； 管路效率，對(duì)于斜井，當(dāng) 時(shí)，取 ；（一般取較大者為宜，所以取0.8）。3.1.3 初選水泵 礦用水泵的種類(lèi)是多種多樣的，從類(lèi)型上看多屬于離心泵，只有在個(gè)別情況下才使用軸流式水泵。 離心泵在工作時(shí)，依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，液體在慣性離心力作用下獲得了能量以提高了壓強(qiáng)。離心泵在工作前，泵體和進(jìn)口管線必須罐滿液體介質(zhì)，防止氣

26、蝕現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片促使介質(zhì)很快旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的介質(zhì)在離心力的作用下從葉輪中飛出，泵內(nèi)的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。一面不斷地吸入液體，一面又不斷地給予吸入的液體一定的能量，將液體排出。離心泵便如此連續(xù)不斷地工作。 不同型號(hào)的水泵適用的工作場(chǎng)合也不一樣，MD型耐磨水泵具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、效率高、抗氣蝕性能好、振動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)可靠、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，適用于礦井排水，輸送固體含量不大于1.5%、粒度小于0.5mm的礦井水，以及類(lèi)似其他的污水，但被輸送的液體溫度不得高于80；PJ型是高揚(yáng)程多級(jí)離心泵，適用于輸送固體含量不大于1.5%、粒度小于0.5mm的中性礦井水以及類(lèi)似的其他液體

27、；SGD型多級(jí)離心泵可以輸送溫度為80以下的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似于清水的其他液體，適用于工礦企業(yè)給、排水。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，參照參考文獻(xiàn)1可初步選擇該礦井所需水泵的型號(hào)為： 方案一： PJ1506型號(hào)泵，其額定流量=300m3/h，額定揚(yáng)程=384.9m。 方案二： MD280-656型號(hào)泵，其額定流量=280m3/h，額定揚(yáng)程=390m。 方案三： SGD3006型號(hào)泵，其額定流量=300m3/h，額定揚(yáng)程=384.9m。 查閱參考文獻(xiàn)1可知PJ1506、MD280-656、SGD3006的額定參數(shù)如表3-1所示。表3-1水泵的額定參數(shù)表Tab.3-1The pump rated param

28、eters of the table型號(hào)流量揚(yáng)程轉(zhuǎn)速軸功率配帶電動(dòng)機(jī)效率必需汽蝕余量泵重QHnPa功率型號(hào)m3/hmr/minkWkW%mkgPJ1506300384.91480408.4500JSQ-1410-4（6kV）773.01450MD280-6562803901480407.4500YB24501-4（6kV）733.75158SGD3006300384.91480408.2500JSQ-1410-4（6kV）773.542103.1.4水泵的臺(tái)數(shù)1）PJ1506型泵臺(tái)數(shù)的選擇工作泵臺(tái)數(shù) ，取n1=1。 （3-3）備用水泵臺(tái)數(shù) 和故取n2=1。（3-4）檢修泵臺(tái)數(shù) ，取n3=1。

29、（3-5）因此，共選擇3臺(tái)泵。2）MD280-656型泵臺(tái)數(shù)的選擇工作泵臺(tái)數(shù) ，取n1=1。備用水泵臺(tái)數(shù) 和故取n2=1。檢修泵臺(tái)數(shù) ，取n3=1。因此，共選擇3臺(tái)泵。3）SGD3006型泵臺(tái)數(shù)的選擇工作泵臺(tái)數(shù) ，取n1=1。備用水泵臺(tái)數(shù) 和故取n2=1。檢修泵臺(tái)數(shù) ，取n3=1。因此，共選擇3臺(tái)泵。三種水泵型號(hào)和數(shù)目見(jiàn)表3-2表3-2 水泵型號(hào)和數(shù)目表Tab.3-2 Water pump type and number of sheets 型號(hào)工作泵備用泵檢修泵總臺(tái)數(shù)PJ15061113MD280-6561113SGD300611133.2管路的選擇3.2.1 管路趟數(shù)及泵房?jī)?nèi)管路布置形式

30、根據(jù)泵的總臺(tái)數(shù)，選用經(jīng)典的三泵兩趟管路系統(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)，只要兩臺(tái)水泵同時(shí)工作就能達(dá)到20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減少能耗的角度可采用三臺(tái)泵向兩趟管路供水。 圖3-1是三臺(tái)泵兩趟管路的布置方式，一臺(tái)水泵工作時(shí)，可通過(guò)其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺(tái)水泵同時(shí)工作時(shí)，可分別通過(guò)一趟管路排水。圖3-1 三臺(tái)泵兩趟管路布置方式Fig.3-1 Three pump two piping arrangement 三種方案 PJ1506型泵、MD280-656型、，SGD3006型泵均采用3臺(tái)水泵，敷設(shè)2趟管路的布置方式。3.2.2

31、管材的選擇 選擇管材的主要依據(jù)是管子將要承受的水壓的大小。一般情況下，對(duì)于敷設(shè)的深度不超過(guò)200m豎井內(nèi)的排水管多采用焊接鋼管，深度超過(guò)200m是多采用無(wú)縫鋼管；對(duì)于敷設(shè)在斜井內(nèi)的排水管路，可按承壓的變化，由下向上分段采用無(wú)縫鋼管，焊接鋼管和鑄鐵管，管材充足時(shí)應(yīng)盡量統(tǒng)一。鑄鐵管最大承壓1MPa。 1）排水管路沿豎井敷設(shè)時(shí)，應(yīng)選用焊接鋼管或無(wú)縫鋼管。沿進(jìn)風(fēng)井敷設(shè)的鋼管所承受的工作水壓在4MPa以?xún)?nèi)時(shí)，一般采用焊接連接。 2）排水管路沿斜井敷設(shè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)其壓力大小選擇管材。一般情況下，壓力小于1MPa時(shí)，可選用鑄鐵管；壓力大于1MPa時(shí)，應(yīng)選用焊接鋼管或無(wú)縫鋼管；巷道易底鼓時(shí)，不宜采用鑄鐵管。由于

32、本礦井深遠(yuǎn)大于200m，確定采用無(wú)縫鋼管。3.2.3 排水管內(nèi)徑排水管內(nèi)徑計(jì)算根據(jù)煤礦安全規(guī)程相關(guān)規(guī)定，管徑常按經(jīng)濟(jì)流速m/s計(jì)算； （3-6）式中： 排水管內(nèi)徑，m； 排水管中的流量，m3/h； 排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟(jì)流速來(lái)計(jì)算。 可以得出兩種方案的排水管內(nèi)徑取值范圍表3-3表3-3排水管內(nèi)徑范圍表Tab.3-3 Drain pipe diameter range table 型號(hào)PJ1506MD280-656額定流量 / m3/h3002800.2190.2650.2020.256根據(jù)表3-3，排水管內(nèi)徑可預(yù)選以下四個(gè)方案，同時(shí)可以進(jìn)行壁厚驗(yàn)算，壁厚驗(yàn)算公式為： (3-7)式中： 所選

33、標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)徑，cm； 管材許用應(yīng)力。焊接鋼管=60MPa，無(wú)縫鋼管=80MPa； 管內(nèi)水壓； 附加厚度，焊接鋼管=0.2cm，無(wú)縫鋼管=0.10.2cm。方案一由參考文獻(xiàn)2查得外徑為219mm的無(wú)縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚8mm試算，此時(shí)mm，所需壁厚：求得壁厚為6mm滿足要求，可以采用。 方案二 由參考文獻(xiàn)2查得外徑為273mm的無(wú)縫鋼管管壁厚度中有8、 9、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚9mm試算，此時(shí)mm，所需壁厚：求得壁厚為 7mm 滿足要求，可以采用。 方案三 由參考文獻(xiàn)2查得外徑為245mm 的無(wú)縫鋼管管壁厚度中有8、9、10、1

34、2、14、16、18mm等等。取壁厚9mm試算，此時(shí)mm，所需壁厚：求得壁厚為6.5mm 滿足要求，可以采用。 方案四 由參考文獻(xiàn)2查得外徑為273mm的無(wú)縫鋼管管壁厚度中有8、10、12、14、16、18mm等等。取壁厚9mm試算，此時(shí)mm，所需壁厚：求得壁厚為 7.1mm 滿足要求，可以采用。 綜上可得，各水泵的排水管的方案選擇如下表 3-4排水管管徑選擇方案Tab.3-4 Drain pipe diameter selection scheme型號(hào)MD280-656PJ1506SGD3006方案一方案二方案三方案四方案一方案二排水管規(guī)格/mm24582739245927392458273

35、93.2.4吸水管徑為了提高吸水性能，防止氣蝕發(fā)生，吸水管直徑一般比排水管直徑大一級(jí)，流速在0.81.5m/s范圍內(nèi)，因此方案一吸水管內(nèi)徑為 (3-8) =203+25=228mm根據(jù)選擇的排水管徑，吸水管選用2458無(wú)縫鋼管。同理，選出其他三種方案。由參考文獻(xiàn)2可得壁厚與排水計(jì)算一樣。表3-5 吸水管管徑選擇方案Tab.3-5 Suction pipe diameter option型號(hào)MD280-656PJ1506SGD3006方案一方案二方案三方案四方案一方案二吸水管規(guī)格/mm2739299927392999273929993.3 水泵工況點(diǎn)的確定及校驗(yàn)3.3.1管路系統(tǒng)管路布置參照?qǐng)D3

36、-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)兩趟管路中的任一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖所示。圖3-2 排水管路系統(tǒng)圖Fig.3-2 Drain system diagram3.3.2 估算管路長(zhǎng)度排水管道長(zhǎng)度可估算為：（3-9）取，吸水管長(zhǎng)度可估算為=8m。式中： 水流經(jīng)泵房?jī)?nèi)排水管的長(zhǎng)度，一般取=2030m ；管子道中的管子長(zhǎng)度，一般取=2030m ； 井口出水管長(zhǎng)度，一般取=1520m 。3.3.3 管路阻力系數(shù)R的計(jì)算 對(duì)于MD280-656型水泵和SGD3006型水泵選用方案一時(shí)沿程阻力系數(shù)吸水管 （3-10）排水管 （3-11） 對(duì)于MD280-656型水泵和SGD3006

37、型水泵選用方案二時(shí)吸水管 排水管 對(duì)于PJ1506水泵選用方案三時(shí)吸水管 排水管 對(duì)于PJ1506水泵選用方案四時(shí)吸水管 排水管 局部阻力系數(shù) 吸、排水管附件及其阻力系數(shù)分別列于表3-7、表3-8中，查閱管道管件局部阻力系數(shù)表3-6。表3-6 管件局部阻力系數(shù)Tab.3-6 Fitting coefficient of local resistance名 稱(chēng)簡(jiǎn) 圖局 部 阻 力 系 數(shù) 閘板閥x/d1/82/83/84/85/86/87/8197.8175.522.060.810.260.070.01止回閥25304045505560704230149.56.64.63.21.7濾水器（帶底閥

38、）mm40507510015020025030012108.57.66.05.24.43.7無(wú)底閥時(shí)=0.1漸縮管0.1擴(kuò)大管 以下0.20.50.60.70.80.9彎頭0.60.81.21.41.61.82.00.1580.2060.440.6610.9741.4081.978彎頭三通 由排水系統(tǒng)管路簡(jiǎn)圖，選擇其中局部阻力最多的一條管路做為計(jì)算的對(duì)象，列出下表：表3-7 吸水管附件及局部阻力系數(shù)Tab.3-7 Suction pipe accessories and local resistance coefficient附件名稱(chēng)數(shù)量局部阻力系數(shù)底閥1590彎頭10.294異徑閥10.1=

39、5.394表3-8 排水管附件及局部阻力系數(shù)Tab.3-8 Drain pipe accessories and local resistance coefficient附件名稱(chēng)數(shù)量局部阻力系數(shù)閘閥225.5=11.04逆止閥13.2轉(zhuǎn)彎三通11.590彎頭440.294=1.176異徑管10.5直流三通443=1230彎頭220.29430/90=0.196=29.612 管路阻力系數(shù)R可用下式計(jì)算： （3-12）將上述這些已知數(shù)，帶入上式公式：對(duì)于MD280-656型水泵和SGD3006型水泵（1）選用2458為排水管，2739為吸水管時(shí)：R=4.6110-4（h2/m2）（2）選用273

40、9為排水管，2999為吸水管時(shí)：R=1.8210-4（h2/m2） 對(duì)于PJ1506型水泵（1）選用2459為排水管，2739為吸水管時(shí)：R=3.1610-4（h2/m2） （2)選用2739為排水管,2999為吸水管時(shí): R=1.8210-4（h2/m2）綜合分析以上管路阻力系數(shù)對(duì)于MD280-656型水泵 取方案一對(duì)于PJ1506型水泵 取方案三對(duì)于SGD3006型水泵 取方案一3.3.4 管路特性方程 MD280-656型水泵和SGD3006型水泵方案一管路特性方程 新管 （3-13） 舊管 （3-14） PJ1506型水泵方案三管路特性方程 新管 舊管 3.3.5 繪制管路特性曲線并確

41、定工況點(diǎn) 1）選擇MD280-656型水泵方案時(shí) 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3-9，表3-9 管路特性參數(shù)表Tab.3-9 Pipeline characteristic parameter tableQ/m3.h-1100150200250300350400450H1/m303.6309.35317.4327.7340.4355.3372.6392H2/m306.82316.5330.2347.8369.3394.7424.1457.3 利用表3-9中各點(diǎn)數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線如圖3-3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、

42、舊管路水泵的工況點(diǎn)。由圖可知：MD280-656型泵在新、舊管路下的工況點(diǎn)參數(shù)為見(jiàn)表3-10。圖3-3 水泵的工況點(diǎn)Fig.3-3 The operation condition of the pump表3-10 水泵工況點(diǎn)參數(shù)Tab.3-10 Pump working condition parameters參數(shù)流量（Q）m3/h揚(yáng)程H/m效率/%允許吸上真空度/m功率/kW新管3253470.755.8468舊管2803610.746.7432校驗(yàn)計(jì)算（1） 排水時(shí)間驗(yàn)算。由舊管工況點(diǎn)驗(yàn)算。正常涌水時(shí)，若采用一臺(tái)泵一條管路排水，則 （3-15） 最大涌水時(shí)，采用兩臺(tái)泵兩條管路排水，并聯(lián)等效

43、管的總損失吸收為h2/m5。作并聯(lián)等效管路特性曲線與兩臺(tái)泵并聯(lián)等效泵的揚(yáng)程曲線，交點(diǎn)為等效泵工作點(diǎn)。反推可求得每臺(tái)泵的工況點(diǎn)，以該工況點(diǎn)的流量Q=280m3/h，計(jì)算排水時(shí)間為 （3-16）即實(shí)際工作時(shí)，只要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。（2） 經(jīng)濟(jì)性校核。 工況點(diǎn)效率應(yīng)滿足 ， （3-17） 滿足條件。（3） 穩(wěn)定性校核。 （m） （3-18）（4） 經(jīng)濟(jì)流速的校核。吸水管中流速 （m/s） （3-19）排水管中流速 （m/s） 吸、排水管中流速都在經(jīng)濟(jì)流速之內(nèi)，滿足要求。（5） 吸水高度校核。則允許吸水高度為 （3-20） =4.63m實(shí)際吸水高度，吸水高度滿足

44、要求。（6） 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。 （3-21）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.水泵配套電動(dòng)機(jī)功率為，大于計(jì)算值，滿足要求。（7） 電耗計(jì)算 (3-22) =2.805107（kWh/y）式中： 礦水重度，N/m3 ； Q工況流量，m3/h； H工況揚(yáng)程，m； 水泵工況效率； 傳動(dòng)效率； 電機(jī)效率； 電網(wǎng)效率，一般可選取=0.95-0.97； 正常和最大涌水期水泵工作臺(tái)數(shù)； 正常和最大涌水期水泵工作天數(shù)； 正常和最大涌水期水泵工作時(shí)間。噸水百米電耗為 (3-23)式中： 噸水百米電耗，。所有校驗(yàn)項(xiàng)目均滿足要

45、求。MD280-656型泵可以采用。 2）選擇PJ1506型水泵方案時(shí)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3-11，表3-11 管路特性參數(shù)表Tab.3-11 Pipeline characteristic parameter tableQ/m3.h-1100150200250300350400450H1/m302.16306311.64318.75327.44337.7349.56362.99H2/m304.4311320.5332.6347.3364.8384.95407.78利用表3-11中各點(diǎn)數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線如圖3-4所示，新、舊管路特性曲線與揚(yáng)程特性曲

46、線的交點(diǎn)分別為M1和M2，即為新、舊管路水泵的工況點(diǎn)。由圖可知：PJ1506型泵在新、舊管路下的工況點(diǎn)參數(shù)為見(jiàn)表3-12圖3-4 水泵的工況點(diǎn)Fig.3-4 The operation condition of the pump表3-12 水泵工況點(diǎn)參數(shù)Tab.3-12 Pump working condition parameters參數(shù)流量（Q）m3/h揚(yáng)程H /m效率/%允許吸上真空度/m功率P/kW新管4153600.734.7522舊管3803730.784492 校驗(yàn)計(jì)算（8） 排水時(shí)間驗(yàn)算。由舊管工況點(diǎn)驗(yàn)算。正常涌水時(shí)，若采用一臺(tái)泵一條管路排水，則 最大涌水時(shí)，采用兩臺(tái)泵兩條管路

47、排水，并聯(lián)等效管的總損失吸收為。作并聯(lián)等效管路特性曲線與兩臺(tái)泵并聯(lián)等效泵的揚(yáng)程曲線，交點(diǎn)為等效泵工作點(diǎn)。反推可求得每臺(tái)泵的工況點(diǎn)，以該工況點(diǎn)的流量Q=410m3/h，計(jì)算排水時(shí)間為 即實(shí)際工作時(shí)，只要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。（9） 經(jīng)濟(jì)性校核。 工況點(diǎn)效率應(yīng)滿足 ， 滿足條件。（10） 穩(wěn)定性校核。（11） 經(jīng)濟(jì)流速的校核。吸水管中流速 (m/s)排水管中流速 m/s 吸、排水管中流速都不在經(jīng)濟(jì)流速之內(nèi)，不滿足要求。（12） 吸水高度校核。則允許吸水高度為 實(shí)際吸水高度，吸水高度不滿足要求。（13） 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。水泵配套電動(dòng)機(jī)功率為，大于計(jì)算值，滿足要求。

48、（14） 電耗計(jì)算 =4.014106（kWh/y）噸水百米電耗為 噸水百米電耗不滿足要求。噸水百米電耗與水泵效率、傳動(dòng)效率、電動(dòng)機(jī)效率、管路效率的乘積成反比，它反映了礦井排水系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的總效率，是一種能夠比較科學(xué)、全面地評(píng)價(jià)排水設(shè)備運(yùn)行情況的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。煤礦井下排水設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定 規(guī)定：排水設(shè)備噸水百米電耗應(yīng)小于0.5，否則便認(rèn)為是低效設(shè)備，不予采用。PJ1506型水泵噸水百米電耗驗(yàn)算不合格，吸水高度驗(yàn)算不合格，經(jīng)濟(jì)流速驗(yàn)算不合格，所以不予采用。SGD3006型水泵的驗(yàn)算方法和以上兩種型號(hào)水泵的驗(yàn)算方法相同，經(jīng)計(jì)算，此型水泵在工況點(diǎn)處工作時(shí)，經(jīng)濟(jì)流速校驗(yàn)不合格，不予采用，過(guò)程不再贅述。綜合以上計(jì)算及對(duì)比，最終選擇MD280-656型水泵的方案，排水管規(guī)格為2458，吸水管規(guī)格為2739。3.4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)概算礦井排水的經(jīng)濟(jì)核算，有各種指標(biāo)來(lái)衡量，這里用排1m3礦水所需要的總費(fèi)用(即元/m3)作為方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比?？傎M(fèi)用包括基本投資及運(yùn)行費(fèi)用之和，具體項(xiàng)目有：設(shè)備購(gòu)置,安裝工程,井巷工程；將以上各項(xiàng)費(fèi)用總和稱(chēng)為基本投資，折合成每年應(yīng)攤的費(fèi)用，稱(chēng)為設(shè)備及安裝工程折舊及井巷工程折舊費(fèi)；運(yùn)行費(fèi)用(以年計(jì)算)包括電費(fèi)、工資、維修費(fèi)及其他費(fèi)用(系指不直接構(gòu)成建筑及工程成本，而應(yīng)由基本建設(shè)投資解決的費(fèi)用)。3.4.1 設(shè)備初期總投資根據(jù)