1、目录,第一章 矿井排水系统的确定第二章 水泵的选型及台数计算第三章 排水管道选型计算及管道的布置第四章 吸水管道选型计算及管道的布置第五章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定第六章 水泵工作合理性校验第七章 水泵电动机的选型计算第八章 主排水经济指标的计算第九章 水泵房、水仓的布置尺寸确定,第一章 矿井排水系统的确定,1.1分析本矿井特点：本矿年产量 90万吨，采用竖井开拓，井口标高 +50.00m，水平标高-265.00，正常涌水量4.5m3/min，最大涌水量7.2m3/min，矿水中性，矿水密度1020kg/ m3，最大涌水期按60天计算，服务年限30年。由此，可供选择的排水系统有以下两种
2、：,1.1.1方案一 直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。图（a）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（b）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。图（c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图（d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法
3、，将水直排地面。这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。（图1.1）。,图1.1,1.1.2 方案二 分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。图（a）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的
4、分段排水系统。图（b）是斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图1.2）。,图1.2,根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法.,第二章 水泵的选型及台数计算,2.1初选水泵的型号和台数选择水泵的型式和台数应符合规程和规范的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只
5、有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。,2.1.1.排水系统对水泵的要求：,a)水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工作水泵的排水能力应为：,由于该矿井,所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：,在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：,备用水泵的工作能力：,取二者较大值：,检修泵组的工作能力：,公式中：,1.2煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。,b)估算水泵必须的扬程：,式中 Hc排水高度，Hc=473.3 m; 干管倾斜敷设时的倾角。,2.1.2.初选水泵型号,参照泵产品样本,因为矿水呈中性，所以选择D型泵，依计算的工作水泵能力Qe可选择泵的型号为:泵 D450-60
6、 的级数为：i=HB/Hi=5.65.9 取i=6泵 D500-53 的级数为：i=HB/Hi=5.96.2取i=6则水泵的型号为：D450-60和D500-53 其详细资料如下：,表2.1 离心泵参数：,表2.2 D450-60,8型离心泵参数：,2.1.3.所需水泵的台数为：,式中,分别为工作、备用检修水泵的台数。,计算水泵装置效率 排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等组成。排水时的装置效率定义为：,输出地有益能量,与装置输入的能量,之比，,其比值用,表示，且,则装置效率为,式中 水泵工况点效率，81%； 管道效率，98%； 电机效率，92%； 传动效率，98%。 其他符号意义同前所
7、述。,为确保排水设备经济运行，对竖井其装置效率，,对斜井其装置效率，,根据式(3-17)，在合理工况中，分别计算出装置效率，选出装置效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。,2.6.1若电机效率d=0.92, 工况效率m1=0.78，管路效率 g1=HC/Hm1=320/330=0.97，则装置效率为： z1=m1dg1c =0.780.920.970.98 =0.68(z0.6),2.6.2若工况效率m3 =0.76，管路效率g3=HC/Hm3=320/328=0.98,则装置效率为： z3=m3dg3c,由此可选定 D500-57型水泵3台，排
8、水管路选 YB-231-70-2998 管 两趟，吸水管规格为 YB-231-70-3258 =0.80.920.980.98 =0.7(z0.6),第三章 排水管道选型计算及管道的布置,3.1排水管选择计算a）.计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=1.52.2m/s计算:,式中 dp排水管内径(计算),m. 对于D450-60水泵，额定流量为 450m3/h,对于D500-57水泵，额定流量为5003 m3/h,b）.壁厚度的计算：壁厚可按如下公式计算：,式中： dp排水管内径,cm p管内液体压强，作为估算p=0.011Hp(MPa)； Hp(m)为排水高度； z许用应力。铸铁
9、管 z=20 Mpa,焊接钢管 z =60 Mpa,无缝钢管 z =80 Mpa;C附加厚度,对于铸铁管C=0.70.9cm;焊接管C=0.2cm; 无缝钢管C=0.10.2cm,c)水管材质:对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水管多采用焊接钢管,深度超过200m时多用无缝钢管;对于敷设在斜井内的排水管路,可按承压的变化,由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。对于D450-60 水泵，,对于D500-57水泵，,表2.4 热轧无缝钢管 （YB231-70）（mm）,自表2.4中查得的无缝钢管如下：对于D450-60水泵选取 管2998或 管3258对于D500-57水泵选取 管299
10、8或 管3258,3.2）管路趟数及布置方式的选择,a)管路趟数的选择 根据规程有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。,b)其管路系统布置如图,图3-4（a）,1）图3-4（a）是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵工作时，可通过其
11、中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。,图3-4 四台水泵管路布置方式（b）,2）图3-4(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵工作可各用一趟管路排水。,图3-4 五台水泵管路布置方式（c）,3) 图3-4（c）五台水泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管备用；最大涌水期四台泵工作，三趟管路排水，泵在并联管路上工作。,根据上述规定，对于此设计中的,D450-60,6,3台水泵，敷设2趟管路，其管路系统布置如上图3-4a所示
12、；,对于D500-57,6,3台水泵，敷设2趟管路，管路系统布置图如上图3-4a所示。,第四章 吸水管道选型计算及管道的布置,4.1吸水管道选型计算,计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=0.81.5m/s计算:,式中 dx吸水管内径(计算),m. Qe额定流量，m3/h。,对于D450-60水泵,a）由上述可知，对应管2998水泵吸水管选为：管3258b）由此对应管32510水泵吸水管选为：管3518,对于D500-57水泵选取,c）对应管2998水泵吸水管选为：管3258d）对应管3258水泵吸水管选为：管3519,4.2绘制管道系统图,估算管道长度排水管道长度可估算为：,取,吸
13、水管长度,水流经泵房内排水管的长度，一般取,=2030m；,管子道中的管子长度，一般取,=2030m；,井口出水管长度，一般取,=1520m。,第五章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定,5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线,由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，近似地按排水管径计算其特性，则：,b).选取沿程阻力系数:,对于D450-60水泵选取 选用管2998作为排水管时,0.0237,吸水管3258取,0.0307,选用管3258作为排水管时,0.0292,吸水管3518取,0.0237,管路特性方程式:对于D450-60水泵在选取管3258做为排水管时有： H=Hsy+
14、RQ2,=,挂垢后的管路特性方程为： H=Hsy+1.7RQ2,=,5.2确定工况点由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。对于D450-60水泵在选取管3258做为排水管时, 表2.7,在选取管3518做为排水管时有： 表2.8,将管路特性分别绘制在D450-608型水泵性能曲线上，由图2.5可见，工况点M2趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为M1 ，工况参数分别为Qm1= 500m3/h, Hm1 =330m, Nm1 =100KW, m1 =78%(NPSH)m1= 5对于D500-57 水泵选
15、取在选取管3258做为排水管时有： 表2.9,在选取管3518做为排水管时有： 表2.10,将管路特性分别绘制在D500-57型水泵性能曲线上，由下图可见，工况点M4趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为M3 ，工况参数分别为Qm3= 530m3/h, Hm3 =328m, Nm3 =105KW, m3 =80%, (NPSH)m3=5.6m,第六章 水泵工作合理性校验,6.1校验水泵稳定性,1）自特性查得Q=0时6级泵的扬程H0 = 69 该值大于HC =63 ，满足稳定条件0.9H0HC的要求。2）自特性查得Q=0时6级泵的扬程H0 =71 该值大于HC =53，满足
16、稳定条件0.9H0HC的要求。,6.2.1 D450-60水泵对于D280-65水泵在选取管3258做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz1= 24qz/n1Qm1=244.560/1500=12.96h 在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax1= 24qmax/(n1+n2)Qm1=247.260/2500=10.4h,6.2校验排水时间,6.2.2 D500-57水泵,对于D450-60水泵在选取管29910做为排水管时有：在正常涌水期每天所需排水时间为Tz3= 24qz/n1Qm3=244.560/530=12.23h 在最大涌水期每天所需排水时间为Tmax3= 24qmax
17、/(n1+n2)Qm3=247.260/2530=9.78h 经校验排水时间均小于20h，符合煤矿安全规程规定,第七章 水泵电动机的选型计算,所选水泵工作在工业利用区，可直接选用水泵厂家提供的配套电动机，型号为： JSQ-1512-6型高压三相高速鼠笼异步电动机,其参数如下表：,第八章 主排水经济指标的计算,8.1电费,a）年电耗由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数相同，则年电耗为,E=,（nzrzTznmaxrmaxTmax）,= 3.55,kw,式中 1.05辅助用电系数； 矿水重度，N/m3 ； Q工况流量m3/h； H工况扬程，m； 水泵工况效率； C传动效率； d电机效率；,b)年电费年电费等于当地工业电价Cd（元/度）与年电耗量之积，即 S1 = CdE =35.5万元,W电网效率，一般可选取W=0.95-0.97； nz ,nmax 正常和最大涌水期水泵工作台数； rz ,rmax 正常和最大涌水期水泵工作天数 ,d； Tz ,Tmax 正常和最大涌水期水泵工作时间 ,h；,8.2设备购置费,8.3安装工程费,8.4井巷工程费,
