1、18 矿井排水8.1 概述矿井排水是保证矿井正常生产的必要条件，是关系矿工生命安全的主要环节。矿井总的正常涌水量为100m 3/h，最大涌水量为180m 3/h。井下水的PH植为7.38.5，矿水溶重=1050kg/m3 ，矿井年正常涌水天数Zn=300天，最大涌水天数Zm=65天。矿井年产量为120万吨。井口标高为+250米。本矿采用集中排水系统，其系统简单，基本费用底。中央泵房布置在井底车场，靠近副井井筒，和中央变电所共用一个硐室，中间由防水闸门隔开，管子道布置在副井井筒中。水仓采用人工清理，水仓内铺设600毫米轨道，全长铺设。清理水仓用绞车牵引矿车，人工清理。井底车场中水仓的底板开凿成6
2、%的坡度，便于当采用排泥罐清扫时，泥沙自动流入排泥罐，便于清扫节省人力。本矿井为单水平立井开拓，因此采用直接排水。水泵房位于井底车场远离主井侧副井的附近，与井下中央变电所相通，其间用防火门隔开。在泵房中部用一斜度为 3%的斜巷直通主、副井，内铺轨道，并高出通道与车场连接处车场底板 0.5 米，以便泄水。泵房内设轨道转向器，工字梁和起重设备等。水仓布置在泵房一侧，设主水仓和副水仓各一个，互相平行，间距为 25 米。水仓清理采用耙斗装岩机和 1.5 t 固定矿车，水仓内敷设轨道，水仓入口设置绞车。8.2 排水设备选型8.2.1 水泵的初选1、排水设备能力与台数的确定（1）主要排水设备必须有工作、备
3、用、检修水泵。其中工作水泵的能力，应能在 20h内排出 24h 的涌水量；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的 70，并且工作和备用水泵的总能力，应能在 20h 内排出矿井 24h 内最大涌水量；检修水泵能力应不小于工作水泵能力的 25。（2）水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。（3）排水管路能力应和工作，备用水泵能力相适应；配电设备能力应与水泵总能力相适应。（4）箕斗井、罐笼井和胶带输送机提升井的井底水窝，其排水泵应设两台，一台工作，一台备用。2、初选水泵（1）水泵房最小排水能力的确定 2按照煤矿安全生产试行规程第 278 条规定：每组
4、水泵的排水能力必须保证 20h 内将一昼夜的正常涌水排干。因此，正常涌水时水泵所需最小排水能力计算为：QB1.2Q r式中：Qr 水泵担负的矿井正常涌水量 m3/h。代入数据 QB1.2100 120m 3/h最大涌水时，工作水泵的最小排水能力。QBm1.2Q rm式中：Q rm本水泵担负的矿井最大涌水量 m3/h代入数据 QBm1.2180216m 3/h（2）水泵扬程的计算水泵的扬程为： SPBH式中：H P排水高度 m；HS吸水高度 m；初选为 5-5.5m管道效率，与排水管道敷设倾角有关，取 =0.90代入数据 HB（3505.5）/0.9395m（3）水泵型号及台数的确定根据 QB
5、及 HB 从 D 型泵性能曲线图表中初选 8GD909 型水泵，该水泵的额定流量为QH=220 m3/h，单级额定扬程 Hh=90m，扬程为 216m，对应允许吸上真空度 HS=7.2m，最大效率 75。正常涌水时水泵工作台数 HBn1hBi1式中：Q H所选水泵额定流量 m3/h；Hh所选水泵单级额定扬程 m ；n1正常涌水时工作水泵台数；i1初选水泵级数；3代入数据 ，取 n1=154.0211HBQn，取 i1=539.1hBi根据煤矿安全规程规定：必须有工作、备用、检修的水泵，备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的 70%，并且工作和备用水泵的总能力应在 20h 内排出矿井 24h 的最
6、大涌水量。检修水泵的能力不小于工作水泵能力的 25%。为此，备用水泵台数：备用水泵台数：n2=0.7*120/220=0.38,取 n2=1最大涌水时，工作水泵台数：n4=0.7*216/220=0.69,取 n4=1n1+n2=2n4=1，故满足要求。检修水泵台数：n3=0.25*120/220=0.136，取 n3=1水泵总台数：n=n1+n2+n3=3水泵的总台数为 3 台同类型水泵，1 台工作，1 台备用，1 台检修。8.2.2 管路布置煤矿安全规程规定：必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在 20h 排出矿井 24h 的正常涌水量。工作和备用的水管的总能力应能配
7、合工作和备用水泵在 20h 内排出矿井 24h 的最大涌水量。根据规定，若一台水泵联结一趟管路工作，则管路总趟数应和最大涌水时工作水泵的台数相等，由此，可确定有 2 趟管路，正常涌水时一趟管路工作，一趟备用。最大涌水量时两趟工作。1、管径计算排水管直径：式中：v P排水管内经济流速，一般取 vP1.52.2m/s代入数据对于吸水管，为减小吸水阻力，提高吸水性能、防止气蚀发生，其管径一般比排水管径大 25mm，即吸水管径为 223mm，或取比标准排水管管径大一号的管径为吸水管直径。pHpVQd018.97.2018.pd4管壁厚计算: cpdzp13.405.0式中：D g管子内径，cm。Rk许
8、用应力，对于铸铁钢管取 200kg/cm2；焊接钢管取 600kg/cm2，无缝钢管取 800 kg/cm2。Pg管路最低点压力，kg/cm2 。a考虑管道有腐蚀及管路制造有误差时的附加厚度，铸铁管取0.70.9cm；无缝钢管取 0.10.2cm。选定标准无缝钢管排水管外径 210mm，厚度 8mm，内径 202mm；吸水管外径 245mm，厚度 8mm，内径 237mm。8.2.3 管道特性曲线及工况的确定1、允许吸水高度吸水管内流速 smdQvHz /39.127.0143902 式中：d z所选标准吸水管内径。吸水管的阻力损失 hwz gvdlhzzwx2)(式中： z吸水管沿程阻力系数
9、，0.0316；Lz吸水管长，取 lz810m；z吸水管上各局部装置的局部阻力系数之和，为 10.9。代入数据 hwx=（0.031610/0.237+10.9）1.39/2/9.8=0.87m允许吸水高度 Hx=Hs-v2x/2g-hwx ，mHs水泵工业利用区内最大流量时对应的允许吸上真空度，m ，查水泵性能曲线。查8GD909性能曲线，工业利用区内最大流量时得H s= 5.7m，故Hx= 5.7-1.392/（ 29.8）-0.87=4.76m2、水管阻力损失 hwp 的计算5式中：p排水管沿程阻力系数，取 0.0316；从泵房内最远的一台水泵算起的排水管总长度，pl=30+20+350
10、+20=420m4321ll泵房内排水管长，取 30m；l斜管道中排水管长，一般取 20m；2 井筒内管长，350 m；3l地面上排水管长，一般取 20m；4排水管中水的流速，1.91m/s ；pv smdQpHp /91.20.143902 所选标准排水管内径，202mm；pd 排水管上各局部装置的局部阻力系数之和。查表得， 闸 =0.08， 逆 =4.5， 90=0.4， 30=0.55p=0.08+4.5+30.4+20.55=6.88hwp=（0.0316*420/0.202+6.88）1.91 2/2/9.8=13.51m3、所需总扬程及管道阻力系数的确定根据设计规范规定，确定水泵扬
11、程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以 1.7 系数，则水泵所需总扬程 H 应为H=（H p+Hx）+1.7(h wx+hwp+vp2/2g)=(350+5)+1.7(0.87+13.51+1.912/19.6)=379.76 m管道阻力系数：R=（H-H p） /Qh2=(379.76-350)/2202=0.6110-34、管道特性曲线方程gvdlhppwp2)(26管道特性方程为H=Hs+RQ2=355+0.6110-3 Q2Q（ m3/h）0 50 100 150 200H（ m） 355 356.525 361.1 368.725 379.4验算水泵级数i=H/Hk
12、=379.76/90=4.21，取i=58GD909型水泵性能曲线坐标上，绘出管道曲线，如下图所示8.2.4 校验计算1、校验经济性、稳定性经济性：m0.9max m=0.737， max=0.75， 0.9max=0.90.75=0.675故 M0.9 max故满足经济性条件。稳定性 8GD90型 水 泵 性 能 曲 线 图 Q(m3/h) H（ m） （ %）80765430218240162420648612403687Hs0.9iHoHs=355，0.9iH o=0.9890=648，故 HgiHo，满足稳定性要求。2、校验排水时间及排水管中实际流速正常涌水时一昼夜排水时间：Tn=24
13、Qr/QM=24100/220=1120h最大涌水时一昼夜排水时间：Tm=24Qrm/QM=24180/220=19.620h排水管中的实际流速：vp=Qm/(900dp2)=220/(9003.140.2022)=1.9m/s3、校验电机功率K富裕系数，当Q M=300m 3/h时，取1.05；当Q M300m 3/h时，取1.10c传动效率，一般取0.95 098查8GD909能规格表，所配电动机功率为680kW ，故满足要求。8.3 水仓及水泵房8.3.1 水泵房水泵房和井下中央变电所连在一起，中间有防火门隔开，水泵房布置两个出口。一个与井底车场相通的水平通道，为工作人员及设备进出用，设
14、有向外开启的防火门及防水的密闭门和栅栏门；另一个与平巷和井筒相通。水泵房内地面标高比井底车场轨道面高0.5m，水泵房地面向吸水井侧有 1%的下坡。技术特征及参数计算1、水泵房长度L=nL0+L1(n+1)，m=34.8+2(3+1)=22.4m 取 25m式中 n-水泵台数L0-水泵机组（泵和电动机）的总长度，取 4.8ml1-水泵机组的净空距离，一般为 1.52m2、水泵房宽度B=b0+b1+b2，m321.8kW0.96.76/1052961.053610 cHkN8=1.5+2+1=4.5m 取 5m式中 b0-水泵基础宽度，取 1.5mb1-水泵基础边到轨道一侧墙壁的距离，以通过泵房内
15、最大设备为原则，一般为 1.52mb2-水泵基础另一边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为 0.81m3、水泵房高度水泵房高度应满足检修时起重要求。可根据水泵叶轮直径确定。所以本次设计取H3m。8.3.2 水仓水仓由主仓和副仓组成，一个进行清扫时另一个正常工作，均布置在泵房一侧。水仓的作用一个是储存矿井涌水，一是沉淀泥沙。水仓进口处设置铁笼子，阻挡大块杂物进入仓内。水仓底板开凿成 6%的坡度，使泥沙自动流向排泥罐中。1、水仓容积按设计规程第 2-7 条规定，大型矿井水仓按矿井 8 小时正常涌水量计算，因此水仓最小有效容积：Q仓 =8Q2=8100=800m32、水仓长度为了使涌水中的泥沙得到充分的沉淀，水在水仓中的流速应不大于 0.005m/s，在水仓中流动时间应不少于 6h，故每个水仓的长度 L 为L=3600vt=36000.0056=108m 取 100 m式中 v -水在水仓中的流速， m/st-水在水仓中流动时间，h3、水仓断面s=V/L=800/100=8m2式中 V-水仓总容量，m 3图 82 中央水泵房布置图1图 8-1中 央 水 泵 房 布 置 图水 泵 基 础 电 缆 沟 3托 管 梁 4起 重 梁 5轨 道 6-转 盘 7电 器 壁 龛吸 水 小 井 9配 水 井 0配 水 巷 道 水 仓 2密 闭 门 13主 变 电 所
