礦井排水設計

1、第一部分礦井排水設備選型設計述1概:略2設計的原始資料開拓方式為立井，其井口標高為+1215m，開采水平標高為+1173m,正常涌水量為80ma/h；最大涌水量為650ma/h；持續(xù)時間60d。礦水PH值為中性，重度為10003N/m3,水溫為15°C。該礦井屬于高沼氣礦井，年產(chǎn)量為5萬噸。3排水方案的確定在我國煤礦中，目前通常采用集中排水法。集中排水開拓量小，管路敷設簡單，管理費用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出,則增加了電耗。當?shù)V井較深時可采用分段排水。涌水量大和水文地質(zhì)條件復雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能淹沒礦井。因此，當主水泵房設在最終水平時，應設防水門。資料個人收集在

2、煤礦生產(chǎn)中，單水平開采通常采用集中排水；兩個水平同時開采時，應根據(jù)礦井的具體情況進行具體分析，綜合基建投資、施工、操作和維護管理等因素，經(jīng)過技術和經(jīng)濟比較后。確定最合理的排水系統(tǒng)。資料個人收集整理勿做商業(yè)用途從給定的條件可知，該礦井只有一個開采水平，故可選用單水平開采方案的直接排水系統(tǒng)，只需要在2343車場附近設立中央泵房，就可將井底所有礦水集中排至地面。4水泵的選型與計算根據(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

3、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。41水泵必須排水能力計算正常涌水期最大涌水期式中Qg工作水泵具備的總排水能力，m3/h；Qmax工作和備用水泵具備的總排水能力，m3/h；3/II礦井正常涌水量，m3/h；qmax礦井最大涌水量,m3/h。個人收集整理一僅供參考學習4.2水

4、泵所需揚程估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，即式中H估算水泵所需揚程，m；BHsy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H二井底與地面標高差+4（井底車場與吸水sy井最低水位距離），m；管路效率。當管路在立井中鋪設時，耳=0.90.89；當管gg路在斜井中鋪設，且傾角a>30時，耳=0.830.8；ag=3020時,=0.80.77；aV20時，=0.77gg0.74。4.3水泵的型號及臺數(shù)選擇根據(jù)計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D280-100X4型號泵，流量300250ma/h額定揚程392420m。則:取i

5、=5級式中i水泵的級數(shù)；H單級水泵的額定揚程，m。'Q、384nn0.85工作泵臺數(shù)1Q450取n=le1備用水泵臺數(shù)n$0.7n=0.7X1=0.7和n$Q/Q-n=780/450-1=0.73212maxe1取n=12檢修泵數(shù)n$0.25n=0.25X1=0.25，取n=1313因此，共選3臺泵。5管路的選擇5.1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，一臺泵向一趟管路供水；最大涌水時,兩臺泵同時工作就能達到20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減少能耗的角可采用兩臺泵向兩趟管路供水，從而可知每趟管路內(nèi)流量Qe等于泵

6、的流量。5.2管材的選擇由于井深遠大于200m，確定采用無縫鋼管。5.3排水內(nèi)徑式中d排水管內(nèi)徑，m；P排水管中的流量，m3/h；排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟流速V=1.52.2P(m/s)來計算。從表11預選325X8無縫鋼管，則排水內(nèi)徑d=(325-2X8)mm=p309mm表1-1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/mm893.524.01464.536.02737.050.0953.524.01524.536.02998.075.01023.528.01594.536.03258.075.01083.528.01685.045.0351

7、8.075.01144.028.01805.045.03779.075.01214.032.01945.045.04029.075.01274.032.02036.050.04269.075.01334.032.02196.050.04599.075.01404.536.02457.050.04809.075.0常用壁2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5&0&59.09.510厚尺寸111213141516171819202225283032364050567/11個人收集整理一僅供參考學習系列606370755.4壁厚驗算式中d所選標準內(nèi)徑，cm

8、；pc管材許用應力。焊接鋼管。=60MPa，無縫鋼管c=80MPa；zzzp管內(nèi)水壓，考慮流動損失，作為估算p二0.011HMPa；BC附加厚度。焊接鋼管C二0.2cm，無縫鋼管C二0.10.2cm。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。5.5吸水管徑據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用351X8無縫鋼管。13/116工況點的確定及校驗6.1管路系統(tǒng)管路布置參照圖1-2所示的方案。這種管路布置方式任何一臺水泵都可以經(jīng)過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估算管路長度排水管長度可估算為：L=H+（4050）m

9、=266+（4050）m二（306316）mPsy取L=315m，吸水管長度可估算為L=7m。px6.3管路阻力系數(shù)R的計算沿程阻力系數(shù)0.0292吸水管入二°°21=°°21xdx°.30.3350.30.0299排水管入二皿二°.°21Pdp0-30.3090.3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

10、。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)，S2/m5；1、1吸、排水管的長度，m；pd、d吸、排水管的內(nèi)徑，m；xp九、九一一吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速v$l.2m/s，其值xp可按舍維列夫公式計算，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,見表1-3、1-4。6.4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)，對于新管K=1，對掛污管徑縮小10%，取K=1.7，般要同時考慮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根據(jù)求得的新、舊管路特性方程，取8個流量值求得相應的損

11、失，列入表1-5中。表1-5管路特性參數(shù)表Q/(m3h-1)200250300350400450500550H/m1267.5268.4269.5270.7272.2273.8275.7277.7H/m268.6270.1271.9274.1276.5279.3282.5285.92利用表1-5中各點數(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程特性曲線的交點分別為M和M,即為新、舊12管路水泵的工況點。由圖中可知：新管的工況點參數(shù)為Q=532ma/h,H=277m,n=0.8,Hs=5.1m,N=498KW；舊管的工況點M1M1M1M1M1參數(shù)為Q=516ma/h，H=283

12、m,n=0.81,Hs=5.3m,N=492KW，因M2M2M2M2M2n、n均大于0.7，允許吸上真空度Hs=5.1m，符合規(guī)范要M1M2M1求。6.6校驗計算管路掛污后，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n1臺同時工作時每天的排水小時數(shù)最大涌水期，工作水泵n1、n2臺同時工作時每天的排水小時數(shù)即實際工作時，只需2臺水泵同時工作即能完成在20h內(nèi)排出24h的最大涌水量。工況點效率應滿足n=0.8$0.85n$0.85X0.81=0.69，m1maxn=0.8120.69。M2sy0式中H單級零流量揚程，m。0H=266W0.9iH=0.9X5X72=324

13、m由D450-60型水泵特性曲線圖可知H=72m0Q吸水管中流速vx=90檢xm/s=1.68m/s900x兀x0.3352排水管中流速：QM1900兀d2m/s=1.97m/s900x兀x0.3092吸、排水管中的流速在經(jīng)濟流速之內(nèi)，故滿足要求。注：吸、排水管的經(jīng)濟流速通常取1.52.2m/s式中H=H-(10-h)-(h-0.24)SM1SM1an=5.1-(10-10.3)(0.17-0.24)=5.47m注：h不同海拔高度z時大氣壓值見表m；ahn不同水溫t時的飽和蒸汽壓力值m；實際吸水高度Hx=4mVHx，吸水高度滿足要求。=1.1x10003x532x2771000x3600x0.8=563kw式中Kd電動機容量富余系數(shù)，一般當水泵軸功率大于d100KW時，取K=1.1；當水泵軸功率為d10100KW時，取K=1.11.2。d水泵配套電機功率為N=680KW，大于計算值，滿足要求。d