煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主排水泵選型計(jì)算設(shè)計(jì)一、概述本礦井承受主斜井、副立井、回風(fēng)立井綜合開(kāi)拓方式，主斜井井口標(biāo)高為+922m，副立井、回風(fēng)立井井口標(biāo)高均為+1195m，副立井、回風(fēng)立井落底標(biāo)高均為+220m，主斜井與暗主斜井斜交，暗主斜井落底標(biāo)高為+206m，初期大巷最低點(diǎn)標(biāo)高為+205m。807m3/h，最大涌水量為1234m3/h，正常涌水量大于120m3/h，最大涌水量大于600m3/h排水系統(tǒng)。二、礦井主排水〔一〕設(shè)計(jì)依據(jù)地質(zhì)報(bào)告供給礦井正常涌水量807m3/h，最大涌水量為1234m3/h，考慮礦井井下灑的排水量，因此在設(shè)備選型時(shí)按正常涌水量857m3/h，1284m3/h計(jì)算；礦井水處理所需要增加15m揚(yáng)程?！捕撑潘到y(tǒng)方案方案進(jìn)展了比較：相對(duì)較短，降低了管路投資，但是由于副立井較主井井口標(biāo)高高出約273m，年排水電560余萬(wàn)元，且送往井下的灑水管路水壓大，需增加管路壁厚，管路投資增加100萬(wàn)元，綜合運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高?！餍本卜笤O(shè)，273m，排水設(shè)備工況揚(yáng)程低，水泵級(jí)數(shù)少，設(shè)備投資省，電耗低。方案二，即主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點(diǎn)，井下涌水由主井排出方案?！踩车V井主排水泵房排水設(shè)備1、設(shè)計(jì)依據(jù)+205m水平副立井井底車場(chǎng)四周的初期大巷最低點(diǎn)，排水管路經(jīng)管子道、沿主斜井井筒敷設(shè)至地面。地質(zhì)報(bào)告供給礦井正常涌水量807m3/h，最大涌水量為1234m3/h，考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿滲水增加水量50m3/h，因此在設(shè)備選型時(shí)按正常涌水期排水量857m3/h，最大涌水期排水量為1284m3/h+205m排水垂高715m，考慮礦井水處理所需要增加的15m揚(yáng)程后，排水總垂高為732m，排水5800m。2、排水設(shè)備方案泵應(yīng)具有的排水力量：正常涌水量Q1=×857=1028.4m3/h;最大涌水量Q2=×1284=1540.8m3/h排水揚(yáng)程H=×〔717+5〕=830.3m排水設(shè)備初選MDS420-96系列礦用耐磨離心式排水泵，其額定揚(yáng)程應(yīng)不小于830.3m。排水管路初選D=〔4×420/××3600〕1/2=0.287m取 DN=0.30m即DN300mmD325型復(fù)合鋼管，吸水管路選用D377型復(fù)合鋼管。排水管阻力損失：式中：1－－速度壓頭系數(shù)，1；－－直管阻力系數(shù)，2－－彎管阻力系數(shù)，～；3－－閘閥阻力系數(shù)，～；4－－逆止閥阻力系數(shù)，5～14；56n－－彎管數(shù)量，個(gè)；3n－－閘閥數(shù)量，個(gè)；4n－－逆止閥數(shù)量，個(gè)；5n－－管子焊縫數(shù)量，個(gè)；6－－水與管壁的阻力系數(shù)；L －－排水管路總長(zhǎng)度，m；dV－－排水管流速，m/s；d舊管時(shí)：H：sf式中：”－－直管阻力系數(shù)，2”－－彎管阻力系數(shù)，～；3”－－濾水器阻力系數(shù)，2～3；4”－－偏心異徑管阻力系數(shù)，～；5n”－－彎管數(shù)量，個(gè)；3－－水與管壁的阻力系數(shù)；L－－吸水管路總長(zhǎng)度，m；sV－－吸水管流速，m/s；sHsf舊

1.7H”sf

1.70.3350.57m排水系統(tǒng)阻力系數(shù)則排水系統(tǒng)Q-H特性曲線方程為H=722+10-4Q23、水泵及管路的計(jì)算機(jī)優(yōu)化37-3-1。從方案表中可以看出，方案三所選排水系統(tǒng)設(shè)備，排水力量大，但水泵運(yùn)行工況效率低，年電耗高，基建投資多，年綜合營(yíng)運(yùn)費(fèi)用也較高，故設(shè)計(jì)不予推舉；方案二所設(shè)備，基建投資低，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)效率高，年電耗少，年綜合運(yùn)行費(fèi)用最低。故設(shè)計(jì)推舉方案一作為本礦井主排水設(shè)備方案。內(nèi)容單內(nèi)容單技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)排水設(shè)備正常涌水期工況最大

礦井主排水設(shè)備選型方案比較表礦井正常涌量位m3/h方案一方案二857方案三礦井最大涌量m3/h1284排水垂高m732水泵型號(hào)MDS420-96×9MD360-92×9MD420-96×9〔原PJ200系列〕水泵臺(tái)數(shù)臺(tái)787電機(jī)型號(hào)YB4極2YB4極2YB4極2電機(jī)參數(shù)10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325×215-D325×184-D325×21水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)343排水管工作趟數(shù)343流量m3/h343揚(yáng)程m效率%吸程m軸功率kW1050日排水時(shí)間h/d水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)454排水管工作趟數(shù)454揚(yáng)程m期工況效率吸程%m軸功率kW日排水時(shí)間h/d涌水流量涌水流量m3/h3431050年電耗噸水百米電耗kWh/a/ t·hm〕萬(wàn)元×104×104×104綜合營(yíng)運(yùn)費(fèi)用萬(wàn)元/a注：電價(jià)按元/度。基建投資僅作為方案比選使用。式中：Wδ－－排水管路管壁計(jì)算厚度，cm；D－－管路管材外徑，cm；ψ－－管路焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼管取1；[σ]－－管材需用應(yīng)力，MPa；W本公式已計(jì)入管材的制造誤差及腐蝕附加厚度。代入各參數(shù)后：則排水管路壁厚選擇為21mm。排水管路選用2趟D325×21型聚乙烯復(fù)合鋼管〔基材為無(wú)縫鋼管〕，分段選擇壁3泵3管運(yùn)行，最大涌水期4泵4管運(yùn)行。〔2〕選定方案的設(shè)備及運(yùn)行工況用型礦用耐磨離心式主排水泵7臺(tái)，每臺(tái)水泵配套1臺(tái)YB2系列4極期4臺(tái)水泵工作。量，主排水管路選用4趟D325礦用聚乙烯復(fù)合鋼管〔基材為無(wú)縫鋼管〕，分段選擇壁期44管運(yùn)行。7-3-1。礦井排水系統(tǒng)布置詳見(jiàn)圖7-3-2。礦井排水設(shè)備運(yùn)行工況詳見(jiàn)表7-3-2。7-3-2

水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表參數(shù)參數(shù)管路運(yùn)行方式流量揚(yáng)程效率計(jì)算軸功率Q〔m3/h〕H〔m〕η〔%〕理論最大吸水高度1N〔kW〕φH〔m〕s日排水時(shí)間t〔h/d〕正常涌水期管497舊管最大涌水期管497舊管備注管指管路未淤積時(shí)，舊管指管路淤積后。水泵運(yùn)行時(shí)，日排水時(shí)間均＜20h，排水力量滿足要求；水泵所需軸功率〔計(jì)算軸功率〕均小于所配電動(dòng)機(jī)容量1600kW，所選電動(dòng)機(jī)容量滿足水泵要求。行。射流泵接井下壓縮空氣管路作為備用能源。MZ941H-100J745X-100D?！尺\(yùn)輸也不便利，還影響井下環(huán)境。為此，設(shè)計(jì)考慮選用國(guó)內(nèi)近幾年開(kāi)發(fā)的ZQ-ⅢY1成功應(yīng)用，反響較好。ZQ-ⅢY35kW?！菜摹车V井主排水設(shè)備的供配電與掌握煤礦用交聯(lián)聚乙烯電力電纜。井下主排水泵電機(jī)，承受高壓軟起動(dòng)。同時(shí)，在水泵房設(shè)有就地操作箱。主排水泵供電系統(tǒng)圖詳見(jiàn)附圖C1361G1-261·2-1。為了實(shí)現(xiàn)礦井井下主排水自動(dòng)化，設(shè)計(jì)有自動(dòng)化排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)承受防爆 PLC掌握，能依據(jù)井下水倉(cāng)水位自動(dòng)起停水泵，工作泵故障時(shí)，備用水泵自動(dòng)投入?，F(xiàn)場(chǎng)掌握器承受系列作站，作為數(shù)據(jù)顯示和操作監(jiān)控設(shè)備。變電所三遙系統(tǒng)共用硬件平臺(tái)。1、操作方式：系統(tǒng)掌握具有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。2、程控功能：PLC主要實(shí)現(xiàn)主排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、動(dòng)態(tài)顯示及主排水泵自動(dòng)啟停、自動(dòng)倒換等挨次掌握功能。3、監(jiān)控功能：具有故障自診斷、流量、壓力、設(shè)備運(yùn)行工況和在線設(shè)備性能等參儲(chǔ)功能。4、水泵監(jiān)控系統(tǒng)與井下掌握網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)度室進(jìn)展三遙。五、抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)〔一〕概述本礦井正常涌水量807m3/h1234m3/h排水力量不小于最大涌水量的潛水電泵排水系統(tǒng)。鑒于本礦井井下水壓大于6MPa，高及目前潛水電泵設(shè)備進(jìn)展?fàn)顩r，承受增加潛水電泵排水系統(tǒng)以增加礦井的抗災(zāi)排水力量設(shè)至地面?！捕吃O(shè)計(jì)依據(jù)本礦井回風(fēng)立井井口標(biāo)高為 +1195m，井底車場(chǎng)主排水泵房水倉(cāng)四周的標(biāo)高為為+205m，排水管路沿西回風(fēng)大巷轉(zhuǎn)回風(fēng)石門至回風(fēng)立井井底，由回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面，井下水排出后留有3m水頭。1234m3/h993m1880m。〔三〕抗災(zāi)潛水電泵選型1、抗災(zāi)潛水電泵選型依據(jù)排水力量要求、估算水泵揚(yáng)程，本礦井抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)選用3臺(tái)2500kW礦用潛水泵專用隔爆型電動(dòng)機(jī)。排水管路直徑：4Q3600Vd4550D4Q3600Vd4550式中：Vd—設(shè)計(jì)排水管流速，m/s。3趟外徑為D325mm的聚乙烯復(fù)合鋼管〔基材為無(wú)縫鋼管，分段選擇壁厚。當(dāng)井下突水或涌水量增大時(shí)，3→管子道→回風(fēng)大巷→回風(fēng)石門→回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面。3、管路阻力系數(shù)計(jì)算〔1〕排水系統(tǒng)阻力系數(shù)①排水管路中阻力損失Haf按下式計(jì)算：1

—速度壓頭系數(shù)，取1

=1；—直管阻力系數(shù)，2—水與管壁的阻力系數(shù)，對(duì)于DN300mm=；L —排水管路總長(zhǎng)度，本礦井抗災(zāi)排水系統(tǒng)為1880m；dD—排水管路公稱直徑，本礦井抗災(zāi)排管路管徑為0.30m；—彎管阻力系數(shù)，～；3n—彎管數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個(gè)；3—閘閥阻力系數(shù)，～；4n—閘閥數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個(gè)；4—逆止閥阻力系數(shù)，5～14；5V—排水管流速，m/s；d則，抗災(zāi)排水泵排水管路阻力損失：抗災(zāi)排水管路舊管〔淤積〕時(shí)阻力損失：②吸水管路及局部水頭損失之和H，因潛水泵無(wú)吸水管，故可不考慮。sf③排水系統(tǒng)阻力系數(shù)〕〕時(shí)：則排水系統(tǒng)管〔管路未淤積時(shí)〕阻力特性方程為：H=H+RQ2=993+×10-4Q2t舊管〔管路未淤積時(shí)〕阻力特性方程為：H=H+R’Q2=993+×10-4Q2tH—吸水面至排水口幾何高差，m；本排水系統(tǒng)H=993m。t t4、水泵運(yùn)行工況按管〔管路未淤積時(shí)〕阻力特性方程和舊管〔管路未淤積時(shí)〕阻力特性方程，在礦井抗災(zāi)排水設(shè)備運(yùn)行工況點(diǎn)詳見(jiàn)表7-3-3?？篂?zāi)水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表7-3-3運(yùn)行流量揚(yáng)程效率計(jì)算軸功率方式Q〔m3/h〕H〔m〕η〔%〕N〔kW〕φ管舊管33管5935591061109822042145參數(shù)管路1日排水參數(shù)管路1日排水時(shí)間t〔h/d〕〔管路未淤積〕時(shí)，潛水電泵工況流量593電動(dòng)機(jī)容量滿足水泵排水要求。2500kW水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求。按抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)最大工作壓力狀況，計(jì)算管路壁厚：故所選外徑D325mm23mm