礦井排水設(shè)備選型設(shè)計(jì)

1、礦井排水設(shè)備選型設(shè)計(jì)說明書姓 名： X X學(xué) 號(hào)： X X課程名稱： X X指導(dǎo)老師： X X時(shí) 間：X年X月礦井排水設(shè)備選型設(shè)計(jì)一、述概此井開拓方式為立井，地面標(biāo)高為+20m，第一水平井底標(biāo)高為-500m。正常涌水量為470m3/h；最大涌水量為750m3/h；持續(xù)時(shí)間70d。礦水PH值為中性，重度為10006N/m3，水溫為15。該礦井屬于低沼氣礦井，年產(chǎn)量為80萬噸。二、設(shè)計(jì)的原始資料正常排水量為470m3/h，排水高度為520m。三、排水方案的確定在我國(guó)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(shè)簡(jiǎn)單，管理費(fèi)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(dāng)?shù)V井較

2、深時(shí)可采用分段排水。涌水量大和水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能淹沒礦井。因此，當(dāng)主水泵房設(shè)在最終水平時(shí)，應(yīng)設(shè)防水門。在煤礦生產(chǎn)中，單水平開采通常采用集中排水；兩個(gè)水平同時(shí)開采時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井的具體情況進(jìn)行具體分析，綜合基建投資、施工、操作和維護(hù)管理等因素，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后。確定最合理的排水系統(tǒng)。從給定的條件可知，該礦井只有一個(gè)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(chǎng)附近設(shè)立中央泵房，就可將井底所有礦水集中排至地面。四、水泵的選型與設(shè)計(jì)根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，主要排水設(shè)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(yīng)能在20h內(nèi)排除礦井24h的正常

3、涌水量（包括充填水和其他用水）。備用水泵的能力應(yīng)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力，應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大泳水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25%。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可根據(jù)具體情況在主水泵房?jī)?nèi)預(yù)留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或另增設(shè)水泵。排水管路必須有工作和備用水管。工作水管的能力應(yīng)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(yīng)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。1、水泵必須排水能力計(jì)算正常涌水期 最大涌水期 式中 工作水泵具備的總排水能力，；工作和備用水泵具備的總排水能力，； 礦井正常涌水量，；

4、 礦井最大涌水量，。2、水泵所需揚(yáng)程計(jì)算由于水泵和管路均未確定，無法確切知道所需的揚(yáng)程，所以需進(jìn)行估算，即 式中 估算水泵所需揚(yáng)程，； 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=井底與地面標(biāo)高差+4（井底車場(chǎng)與吸水井最低水位距離），； 管路效率。當(dāng)管路在立井中鋪設(shè)時(shí)，=0.90.89；當(dāng)管路在斜井中鋪設(shè)，且傾角>時(shí), =0.830.8；時(shí)，0.80.77；時(shí)，0.770.74。3、水泵的型號(hào)及臺(tái)數(shù)的確定1）、水泵的級(jí)數(shù)確定 取=8級(jí)式中 水泵的級(jí)數(shù)； 單級(jí)水泵的額定揚(yáng)程，。2）、水泵型號(hào)的選擇根據(jù)計(jì)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D450-600&#

5、215;10型號(hào)泵，額定流量為450m3/h，額定揚(yáng)程為600m。則：工作泵臺(tái)數(shù) 取n1=2備用水泵臺(tái)數(shù)n20.7n1=0.7×2=1.4和n2Qmax/Qe-n1=900/450-2=0取n2=2檢修泵數(shù)n30.25 n1=0.25×2=0.5，取n3=1因此，共選5臺(tái)泵。五、管路的選擇1、管路趟數(shù)及泵房?jī)?nèi)管路布置形式根據(jù)泵的總臺(tái)數(shù)，選用典型五泵三趟管路系統(tǒng)，二條管路工作，一條管路備用。正常涌水時(shí)，二臺(tái)泵向二趟管路供水；最大涌水時(shí)，只需要三臺(tái)泵同時(shí)工作就能達(dá)到20h內(nèi)排出24h的最大涌水量，故從減少能耗的角可采用三臺(tái)泵向三趟管路供水，從而可知每趟管路內(nèi)流量Qe等于泵的流量

6、。2、管材的選擇由于井深遠(yuǎn)大于200m ，確定采用無縫鋼管。3、排水管內(nèi)徑式中排水管內(nèi)徑，；排水管中的流量，；排水管內(nèi)的流速，通常取經(jīng)濟(jì)流速1.5到2.2（s）來計(jì)算。從表1預(yù)選325×13無縫鋼管，則排水內(nèi)徑=（325-2×13）mm =299mm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/mm893.524.01464.536.0273 7.050.0953.524.01524.536.02998.075.01023.528.01594.536.03258.075.01083.528.01685.045.03518.0

7、75.01144.028.01805.045.03779.075.01214.032.01945.045.04029.075.01274.032.02036.050.04269.075.01334.032.02196.050.04599.075.01404.536.02457.050.04809.075.0常用壁厚尺寸系列2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 754、壁厚驗(yàn)算式

8、中 所選標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑，cm； 管材許用應(yīng)力。焊接鋼管=60MPa，無縫鋼管=80MPa； 管內(nèi)水壓，考慮流動(dòng)損失，作為估算；C附加厚度。焊接鋼管，無縫鋼管。所選標(biāo)準(zhǔn)壁厚應(yīng)等于或略大于按上式計(jì)算所得的值。吸水管壁厚不需要驗(yàn)算。因此所選壁厚合適。5、吸水管管徑據(jù)根選擇的排水管徑，吸水管選用351×無縫鋼管。6、驗(yàn)算流速六、工況點(diǎn)點(diǎn)的確定及校驗(yàn)1、管路系統(tǒng)管路布置參照?qǐng)D（a）所示的方案。這種管路布置方式任何一臺(tái)水泵都可以經(jīng)過三趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖（b）所示。 (a)五臺(tái)泵三趟管路(b)管路布置圖2、估算管路長(zhǎng)度排水管長(zhǎng)度可估算為： Lp=Hc+（4050）m=+（4050）

9、m=（564574）取Lp=570m ，吸水管長(zhǎng)度可估算為L(zhǎng)x=7m 。3、阻力系數(shù)Rt的計(jì)算沿程阻力系數(shù)吸水管 x = = = 排水管 p = = 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收縮管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止回閥11.7四通11.5X2=390。彎頭4擴(kuò)大管10.5直流三通430。彎頭2 式中 R管路阻力系數(shù)，；、吸、排水管的長(zhǎng)度，m； 、吸、排水管的內(nèi)徑，m； 、吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對(duì)于流速v1.2m/s，其值可按

10、舍維列夫公式計(jì)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。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(duì)于新管K=1，對(duì)掛污管徑縮小10%，取K=1.7，一般要同時(shí)考慮K=1和K=1.7兩種情況，俗稱新管和舊管。5、繪制管路特性曲線，確定工況點(diǎn)根據(jù)求得新、舊管特性方程，取八個(gè)流量值求得相應(yīng)的損失，列入表1-5中。表1-5管路特性參數(shù)表Q/（m3·h-1）200250300350400450500550H1/m524.8526.1527.6529.5531.6534.1536.8539.8

11、H2/m526.4528.6531.3534.4538.1542.2546.8551.2利用表1-5中各點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖（c）所示，新、舊管路特性曲線與揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)分別為M1和M2，即為新、舊管路水泵的工況點(diǎn)。由圖中可知：新管的工況點(diǎn)參數(shù)為QM1=522m3/h,HM1=538m,M1=0.79,HsM1=5.4m,NM1=980KW；舊管的工況點(diǎn)參數(shù)為QM2=500 m3/h，HM2=547m,M2=0.8,HsM2=5.85m,NM2=960KW，因M1、M2均大于0.7，允許吸上真空度HsM1=5.5m，符合規(guī)范要求。（c）管路特性曲線與泵特性曲線6、校驗(yàn)計(jì)算1）由舊管

12、工況點(diǎn)驗(yàn)算排水時(shí)間管路掛污后，水泵的流量減小，因此應(yīng)按管路掛污后工況點(diǎn)流量校核。正常涌水時(shí)，工作水泵臺(tái)同時(shí)工作時(shí)每天的排水小時(shí)數(shù) 最大涌水期，工作水泵、臺(tái)同時(shí)工作時(shí)每天的排水小時(shí)數(shù) 即實(shí)際工作時(shí)，只需3臺(tái)水泵同時(shí)工作即能完成在20h內(nèi)排出24h的最大涌水量。2）經(jīng)濟(jì)性校核工況點(diǎn)效率應(yīng)滿足=0.790.850.85×0.8=0.68，=0.80.68。3）穩(wěn)定性校核H=5240.9iH0=0.9×700=630m4）吸水管中流速排水管中流速吸、排水管中的流速在經(jīng)濟(jì)流速之內(nèi)，故滿足要求。注：吸、排水管的經(jīng)濟(jì)流速通常取1.52.2m/s7、計(jì)算允許吸水高度 則允許的吸水高度為： 8、電機(jī)功率計(jì)算= 式中電動(dòng)機(jī)容量富余系數(shù)，一般當(dāng)水泵軸功率大于100KW時(shí)，取=1.1；當(dāng)水泵軸功率為10100KW時(shí)，取=1.11.2。水泵配套電機(jī)功率為，大于計(jì)算值，滿足要求。9、電耗計(jì)算1）、全年排水電耗式中 年排水電耗， ； 水的重度，； 、年正常和最大涌水期泵工作臺(tái)數(shù)； 、 正常和最大涌水期泵工作晝夜數(shù)； 、正常和最大涌水期泵每晝夜工作小時(shí)數(shù)；傳動(dòng)效率，對(duì)直聯(lián)接取1，聯(lián)軸器聯(lián)接取0.950.98；電動(dòng)機(jī)效率，對(duì)于大電動(dòng)機(jī)取0.90.94，小電動(dòng)機(jī)取0.820.9；電網(wǎng)效率，取0.95；2)噸水百米電耗校驗(yàn)七、參考文獻(xiàn)【1】、張景松，陳更林編，流體力