煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、主排水泵選型計(jì)算設(shè)計(jì)一、概述本礦井采用主斜井、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根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，本礦井正常涌水量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 ，對(duì)照現(xiàn)行煤礦防治水規(guī)定，屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井。按照現(xiàn)行煤礦防治水規(guī)定及煤礦安全規(guī)程要求，本礦井應(yīng)當(dāng)在井底車(chē)場(chǎng)周?chē)O(shè)置防水閘門(mén)， 或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝配備排水能力不小于最大涌水量的潛水電泵排

2、水系統(tǒng)。根據(jù)本礦井開(kāi)拓方式，結(jié)合現(xiàn)有成熟的防水閘門(mén)產(chǎn)品參數(shù)，設(shè)置防水閘門(mén)抗災(zāi)暫無(wú)合適的設(shè)備， 因此設(shè)計(jì)在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上配備潛水電泵抗災(zāi)排水系統(tǒng)。二、礦井主排水（一）設(shè)計(jì)依據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供礦井正常涌水量807m3/h ，最大涌水量為1234m3/h ，考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿析出水增加50m3/h 的排水量，因此在設(shè)備選型時(shí)按正常涌水量857m3/h ，最大涌水量為1284m3/h計(jì)算；礦井水處理所需要增加15m揚(yáng)程。（二）排水系統(tǒng)方案根據(jù)本礦井的開(kāi)拓布置， 礦井涌水量和排水高度等資料， 設(shè)計(jì)對(duì)本礦井的排水系統(tǒng)方案進(jìn)行了比較：方案一： 主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點(diǎn)， 排水管路沿副立井井筒敷

3、設(shè)， 將礦井涌水排至地面副立井工業(yè)場(chǎng)地， 在副立井工業(yè)場(chǎng)地設(shè)置水處理站。 該方案雖然排水管路相對(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,年排水電費(fèi)約增加 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，管路投資增加約 100萬(wàn)元，綜合運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高。方案二：主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點(diǎn)，排水管路沿西大巷-主斜井井筒敷設(shè),將礦井涌水排至主井場(chǎng)地。 該方案雖然排水管路較長(zhǎng)， 管路損失較大， 但主井較副立井 井口低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。經(jīng)上述綜合分析比較， 設(shè)計(jì)推薦本礦井排水系統(tǒng)采用布置合理， 綜合運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低的方案二，即主排水

4、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。（三） 礦井主排水泵房排水設(shè)備1、設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)確定的排水系統(tǒng)方案,本礦井主排水泵房設(shè)置在+205m水平副立井井底車(chē)場(chǎng)附 近的初期大巷最低點(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)告提供礦井正常涌水量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 計(jì)算； 初期大巷最低點(diǎn)標(biāo)高+205m， 主斜井井口標(biāo)高+922m，排水垂高715ml考慮礦井水處理所需要增加的15m揚(yáng)程后，排水總垂高為732ml排水

5、 管路敷設(shè)長(zhǎng)度約5800m。2、排水設(shè)備方案水泵及管路的初選（ 1）泵應(yīng)具有的排水能力：正常涌水量 Q i=X857=1028.4m3/h;最大涌水量 Q 2=x 1284=1540.8m3/h排水揚(yáng)程H= X （ 717+5） =830.3m（ 2）排水設(shè)備初選MDS420-9繇列礦用耐磨離心式排水泵，具額定揚(yáng)程應(yīng)不小于830.3m。（ 3）排水管路初選D= （4X420/ XX 3600） 1/2 =0.287m 取 DN=0.30m 即 DN300mm排水管路選用D325型復(fù)合鋼管，吸水管路選用 D377型復(fù)合鋼管。（ 4）排水系統(tǒng)阻力系數(shù)排水管阻力損失：式中：1 速度壓頭系數(shù)， 1；2

6、 直管阻力系數(shù)，3 彎管阻力系數(shù)，；4 閘閥阻力系數(shù)，；5 逆止閥阻力系數(shù)，514；6 管子焊縫阻力系數(shù)，；7 3 彎管數(shù)量，個(gè)；山一一閘閥數(shù)量，個(gè)；8 5 逆止閥數(shù)量，個(gè)；飛管子焊縫數(shù)量，個(gè)；水與管壁的阻力系數(shù)；Ld 排水管路總長(zhǎng)度，m；Vd 排水管流速，m/s；舊管時(shí)：吸水管路及局部水頭損失之和 H sf ：式中：2' 直管阻力系數(shù)，' 一 一 一3彎管阻力系數(shù)，；' . 一 .-4 濾水器阻力系數(shù)，23;' - 一 一5偏心異徑管阻力系數(shù)，；< .n3' 彎管數(shù)量，個(gè)；水與管壁的阻力系數(shù)；Ls 吸水管路總長(zhǎng)度，m；Vs 吸水管流速，m/s；舊

7、管時(shí)：HSf舊 17Hsf 1.7 0.335 0.57m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+x 10-4C23、水泵及管路的計(jì)算機(jī)優(yōu)化根據(jù)礦井排水系統(tǒng)和參數(shù)，經(jīng)我院通過(guò)部級(jí)鑒定的礦井排水設(shè)備選型優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算程序設(shè)計(jì)計(jì)算，選出了適合本礦井主排水泵房的3個(gè)排水設(shè)備方案，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)參 數(shù)詳見(jiàn)表7-3-1。從方案表中可以看出，方案三所選排水系統(tǒng)設(shè)備，排水能力大，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)不予推薦；方案二所 選排水系統(tǒng)設(shè)備，雖然電動(dòng)機(jī)容量較小，但水泵臺(tái)數(shù)多，年電耗較高，基建投資也較多, 因水泵運(yùn)行工況效率低、綜合營(yíng)運(yùn)費(fèi)用也較高，

8、設(shè)計(jì)也不予推薦；方案一所選排水系統(tǒng) 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)推薦方案一作為本礦井主排水設(shè)備方案。礦井主排水設(shè)備選型方案比較表表 7-3-1內(nèi) 容單 位技 術(shù) 參 數(shù)方案一方案二方案三設(shè) 計(jì) 依 據(jù)礦井正常涌量m3/h857礦井最大涌量m3/h1284排水垂局m732排 水 設(shè) 備水泵型號(hào)MDS420-96X 9MD360-92X9MD420-96X 9（原PJ200系列）水泵臺(tái)數(shù)臺(tái)787電機(jī)型號(hào)YB系列4極YB系列4極YB2系列4極電機(jī)參數(shù)10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325 X 215-D

9、325 X184-D325 X 21正 常 涌 水 期 工 況水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)343排水管工作趟數(shù)343m3/h343揚(yáng)程m效率%吸程m軸功率kW1050日排水時(shí)間h/d最 大水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)454排水管工作趟數(shù)454涌 水 期 工 況m/h343揚(yáng)程m效率%吸程m軸功率kW1050日排水時(shí)間h/d年電耗kWh/a_ 4義10_ 4X 10_ 4義10噸水百米電耗 kWh/(t 城基建投資力兀綜合營(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。(1)排水管路壁厚按下式計(jì)算:式中：6排水管路管壁計(jì)算厚度，cm；P管路最大工作壓力，設(shè)計(jì)取為；D管路管材外徑，cm；山-管路焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼

10、管取1;d 管材需用應(yīng)力，MPa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 厚。排水管路由+205m水平主排水泵房一管子道一主斜井井筒敷設(shè)至地面。正常涌水期 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)行工況經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化，并結(jié)合前期可研設(shè)計(jì)時(shí)專(zhuān)家的評(píng)審建議， 本礦井主排水系統(tǒng)設(shè)備選 用MDS420-96<9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 10kV 1600kW礦用隔爆電動(dòng)機(jī)。正常涌水期3臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修，

11、最大涌水 期4臺(tái)水泵工作。鑒于本礦井的涌水水質(zhì)較差，考慮到延長(zhǎng)排水管路的使用壽命，減小管路維護(hù)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），分段選擇壁厚。排水管路經(jīng)管子道、主斜井井筒敷設(shè)至地面。正常涌水期 3泵3管運(yùn)行，最大涌水期4泵4管運(yùn)行。礦井排水設(shè)備運(yùn)行特性曲線詳見(jiàn)圖7-3-1 o礦井排水系統(tǒng)布置詳見(jiàn)圖7-3-2 o礦井排水設(shè)備運(yùn)行工況詳見(jiàn)表7-3-2。水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表表 7-3-2參數(shù)運(yùn)行 方式Q (m3/h)揚(yáng)程H1 (m)效率刀（）計(jì)算軸功率N* （kW）理論最大 吸水高度Hs （m）日排水 時(shí)間t （h/d）正常«r3泵3管497涌水期舊管

12、最大«r4泵4管497涌水期舊管備注新管指管路未淤積時(shí)，舊管指管路淤積后。水泵運(yùn)行時(shí)，日排水時(shí)間均 20h,排水能力滿足要求；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。為了節(jié)約能源，設(shè)計(jì)選用ZPB-G型高壓氣液兩用射流裝置，使水泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥運(yùn) 行。射流泵接井下壓縮空氣管路作為備用能源。設(shè)計(jì)選用MZ941H-10卵礦用電動(dòng)隔爆閘閥，實(shí)現(xiàn)水泵房自動(dòng)化控制；選用 Jd745X-100型多功能水泵控制閥，減小水垂對(duì)排水系統(tǒng)的沖擊。泵房?jī)?nèi)設(shè)置起重梁，配置手動(dòng)單軌小車(chē)和環(huán)鏈?zhǔn)掷漠a(chǎn)，以便于設(shè)備安裝和維 修。根據(jù)本礦井開(kāi)拓方式及井下輔助運(yùn)輸無(wú)軌化的特點(diǎn)

13、，傳統(tǒng)的人工挖掘，清倉(cāng)絞車(chē) 清運(yùn)水倉(cāng)淤泥方法，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適合本礦井高產(chǎn)高效的要求，同時(shí)煤泥 （含有水）運(yùn)輸也不方便，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-EY型水倉(cāng)自動(dòng)清挖系統(tǒng)1套，用于井下水倉(cāng)清理。該系統(tǒng)含有淤泥攪拌設(shè)備、 MQB6型泥漿抽排泵、脫水設(shè)備、濃縮設(shè)備及裝車(chē)系統(tǒng)，能將水倉(cāng)淤積的煤泥轉(zhuǎn)化為煤餅，裝載到井下無(wú)軌膠輪車(chē)上，運(yùn)到地面，操作方便，使用可靠，己在多對(duì)礦井中成功應(yīng)用，反應(yīng)較好。ZQ-IHY型水倉(cāng)自動(dòng)清挖系統(tǒng)總裝機(jī)容量約35kW（四）礦井主排水設(shè)備的供配電與控制根據(jù)現(xiàn)行 礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范 、煤礦安全規(guī)程 要求， 井下主排水泵為一級(jí)負(fù)荷，主排水泵電機(jī)

14、由井下中央變電所一對(duì)一供電，10kV高壓電源線路采用 MYJV-10kV3 乂 70 煤礦用交聯(lián)聚乙烯電力電纜。井下主排水泵電機(jī)，采用高壓軟起動(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C1361G1261 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)采用防爆PLC控制，能根據(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。現(xiàn)場(chǎng)控制器采用S7系列PLG完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。并配置工業(yè)智能圖形工作站，作為數(shù)據(jù)顯示和操作監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)控制點(diǎn)設(shè)于井下中央變電所中， 為二合一控制站， 即井下排水三遙系統(tǒng)和中央變電所三遙系統(tǒng)共用硬件平臺(tái)。1、操作方式：系

15、統(tǒng)控制具有自動(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)倒換等順序控制功能。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)備性能等參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高、低壓配電及 MC僚統(tǒng)等的連續(xù)實(shí)時(shí)顯示以及報(bào)表打印、數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)功能。4、水泵監(jiān)控系統(tǒng)與井下控制網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)度室進(jìn)行三遙。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/h ， 最大涌水量為1234m3/h ， 對(duì)照現(xiàn)行 煤礦防治水規(guī)定 ，水文地質(zhì)類(lèi)型為復(fù)雜， 涌水量在西北地區(qū)較大， 對(duì)采掘工程、 礦井安全構(gòu)成一定水害威脅。 為此設(shè)計(jì)考慮

16、在井底車(chē)場(chǎng)周?chē)O(shè)置防水閘門(mén)， 或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝配備排水能力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高壓水閘門(mén)尚無(wú)定型設(shè)計(jì)產(chǎn)品， 超高壓防水閘門(mén)也還在研究階段， 考慮實(shí)際抗災(zāi)需要， 以 及目前潛水電泵設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r，采用增加潛水電泵排水系統(tǒng)以增強(qiáng)礦井的抗災(zāi)排水能力，設(shè)計(jì)在井底車(chē)場(chǎng)主排水泵房水倉(cāng)附近設(shè)潛水電泵系統(tǒng)，排水管路沿回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面。（二）設(shè)計(jì)依據(jù)本礦井回風(fēng)立井井口標(biāo)高為+1195m,井底車(chē)場(chǎng)主排水泵房水倉(cāng)附近的標(biāo)高為+205m排水垂高990m在主排水泵房水倉(cāng)附近設(shè)置潛水電泵碉室，潛水電泵碉室標(biāo)高 為+205m排水管路沿西回風(fēng)大巷轉(zhuǎn)回風(fēng)石門(mén)至回風(fēng)立

17、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。礦井最大涌水量1234mVh，總排水高度993m排水管路長(zhǎng)度1880ml（三） 抗災(zāi)潛水電泵選型1、抗災(zāi)潛水電泵選型根據(jù)排水能力要求、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)BQ550-1105/13-2500/W-S型，額定流量550m3/h,額定揚(yáng)程1105m的礦用隔爆臥式潛水 電泵，當(dāng)井下突水或涌水量增大時(shí)，3臺(tái)水泵同時(shí)工作，每臺(tái)水泵配用1臺(tái)4極、10kV、 2500kW礦用潛水泵專(zhuān)用隔爆型電動(dòng)機(jī)。2、排水管路選擇排水管路直徑：4Q4 550D J 0.304（m）,取 D=0.30m,公稱(chēng)直徑為 DN300mm。 3

18、600 Vd. 36002.1式中：Vd 設(shè)計(jì)排水管流速，m/so結(jié)合所選水泵臺(tái)數(shù)、水泵揚(yáng)程，排水管路選用 3趟外彳全為D325mm勺聚乙烯復(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趟管路同時(shí) 工作。排水管路由臥式潛水泵碉室 一管子道一回風(fēng)大巷一回風(fēng)石門(mén)一回風(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) 排水管路中阻力損失Haf按下式計(jì)算:式中：1 速度壓頭系數(shù)，取1 =1；2 直管阻力系數(shù)，一水與管壁的阻力系數(shù)，對(duì)于 DN300mm各，=;Ld 排水管路總長(zhǎng)度，本礦井抗災(zāi)排水系統(tǒng)為1880m；D 排水管路公稱(chēng)直徑，本礦井抗災(zāi)排管路管徑為 0

19、.30m；3 彎管阻力系數(shù)，；n3 彎管數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2 個(gè)；4一閘閥阻力系數(shù)，；n4 閘閥數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2 個(gè)；5一逆止閥阻力系數(shù)，514;Vd 排水管流速， m/s；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： 吸水管路及局部水頭損失之和 H sf ，因潛水泵無(wú)吸水管，故可不考慮。 排水系統(tǒng)阻力系數(shù)新管（管路未淤積）時(shí)：舊管（管路未淤積）時(shí)：則排水系統(tǒng)新管（管路未淤積時(shí)）阻力特性方程為： H=H+RQ=993+X 10-4Q2舊管（管路未淤積時(shí)）阻力特性方程為：H=H+R Q2=993+X 10-4Q2式中：H 一吸水面至排水口幾何高差，m；本排水系統(tǒng)H=993m4、水泵運(yùn)行工況按新管（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BQ550-1105/13型水泵特性曲線上繪出管路阻力特性曲線，得出水泵運(yùn)行工況點(diǎn)。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)表表 7-3-3參數(shù)管運(yùn)行 方式Q ( m3/h)揚(yáng)程H i (m)效率刀（）計(jì)算軸功率Nd （kW）日排水 時(shí)間t （h/d）3泵3管59310612204舊管55910982145備注新管指管路未淤積時(shí)，舊管指管路淤積后礦井抗