寸草塔矿排水系统及设备选型设计

摘要本设计是对寸草塔矿的初步设计所给定基本条件进行的矿井排水系统及排水设备选型设计。通过技术和经济性比较确定了矿井排水系统形式，进行了矿井排水设备选型设计计算，确定选用所选的离心式水泵。然后根据寸草塔矿井下涌水情况、井底车场布置情况，选择水泵、管路及管路附件等设备的类型和具体型号。进行管路布置、计算管路阻力损失、确定管路特性方程、确定水泵工况点。在进行排水设备选型计算的时候，通过分析原始资料，选取了可能适合矿井的不同水泵。通过对不同型号水泵工况点的计算比较，通过对经济流速、排水时间和吸水高度等的校验，排除不合适的水泵，选取一个相对来说符合要求的水泵以及管路。再根据水泵工况点参数，计算所需功率，选择配用电动机，计算经济指标费用。然后对对所选水泵进行介绍。最后设计水泵房、水仓，确定其各项基本参数，绘制水泵房布置图。关键词水泵；排水系统；管路；工况点。ABSTRACTTHISDESIGNISTHEBASICCONDITIONSFORTHEPRELIMINARYDESIGNOFTHEBASICCONDITIONSFORTHEDESIGNOFTHECOALMINEDRAINAGESYSTEMANDTHEDRAINAGEEQUIPMENTSELECTIONDESIGNTHROUGHTHECOMPARISONOFTECHNOLOGYANDECONOMY,THEMINEDRAINAGESYSTEMISDETERMINED,ANDTHESELECTIONOFMINEDRAINAGEEQUIPMENTISCALCULATEDTHENACCORDINGTOTHEINCHGRASSTOWERMINEGUSHINGWATER,BOTTOMYARDLAYOUTSITUATION,SELECTPUMPS,PIPINGANDPIPEACCESSORIESEQUIPMENTTYPESANDSPECIFICMODELSTHEPIPELINELAYOUT,CALCULATIONOFTHEPIPELINERESISTANCELOSS,DETERMINETHEPIPELINECHARACTERISTICS,DETERMINETHEPUMPPOINTINTHEDRAINAGEEQUIPMENTSELECTIONCALCULATION,THROUGHTHEANALYSISOFTHEORIGINALDATA,SELECTTHEMINEMAYBESUITABLEFORDIFFERENTPUMPSTHROUGHTHECALCULATIONOFDIFFERENTTYPESOFPUMPOPERATINGPOINTCOMPAREDTHROUGHTHEECONOMICFLOWVELOCITYANDDURATIONOFDRAINAGEANDIMBIBITIONHEIGHTCHECK,EXCLUDETHEINAPPROPRIATEPUMP,SELECTARELATIVELYCONFORMTOTHEREQUIREMENTSOFPUMPSANDPIPINGACCORDINGTOTHEPUMPOPERATINGPOINTPARAMETERS,CALCULATETHEREQUIREDPOWER,SELECTTHEMOTOR,THECALCULATIONOFTHEECONOMICINDEXCOSTANDTHENINTRODUCETHESELECTEDPUMPFINALLY,THEDESIGNOFTHEPUMPROOM,WATERWAREHOUSE,DETERMINEITSBASICPARAMETERS,DRAWINGTHELAYOUTOFTHEPUMPROOMKEYWORDSWATERPUMPDRAINAGESYSTEMPIPELINEOPERATINGPOINT目录1绪论111矿井概述112设计的目的和意义113排水系统发展状况与所需解决的问题2131排水系统的现状2132排水系统需解决的问题214设计任务32寸草塔矿的排水设备选型设计421矿井设计原始资料422确定排水系统4221排水系统要求4222确定排水系统523水泵的选型7231水泵必须排水能力计算7232估算水泵扬程8234排水设备初选8235水泵台数824管路选择11241选择管材11242确定管径11243计算管壁厚度12244吸水管的内径计算13245估算管子的长度1425计算工况点15251水泵工况点的概念及调节方法15252计算管路特性15253管路的阻力系数18254确定工况1826水泵装置效率的计算2227排水时间校验2328经济性校核2429稳定性校核24211吸水高度的校核25212电动机功率25213经济指标计算262131电费262132年折旧费272133年工资费282134维修费282135其他费用282136年排水费292137年排水费用指标293水泵房、水仓的确定3031水泵房简介3032计算泵房3033水仓、吸水井的计算32331吸水井尺寸32332分水沟和水仓接口高度计算3234计算水仓3335起重梁3436管子道和管子间34361管子道的布置34362井筒内管路的布置344MD280439型水泵概述3541型号意义3542运行条件及寿命3543结构特点3544水泵的空蚀现象36441空蚀的概念36442空蚀的危害3645故障分析和排除3746安装要求38结论39致谢40参考文献41附录A42附录B481绪论11矿井概述（1）井田位置寸草塔井田位于伊克昭盟洛旗境内，属于内蒙古自治区。矿井属于神华集团金峰有限公司，东西倾向宽3KM。（2）交通距离寸草塔矿井30KM的位置有一个最大城镇阿腾席热镇，交通方便。（3）地理环境海拔高度为12001300M。最高点高度为1378M，最低点高度为1174M，其最大高度差为204M，整个井田呈现坡状地形。井田内的沟谷较多，没有常年的地表径流，在雨季的时候水增多，持续时间较短。乌兰木伦河是一条地表径流，距离井田不远。大气降水不同，水量不同。（4）电源条件鄂尔多斯的电网正在改造，伊金霍洛旗电网已改造完成，在乌兰木伦有220KV的变电所，在马家塔有110KV的变电所，乌兰木伦的变电所提供电源。（5）水源条件井田附近河水受随着大气降雨的改变而改变，是常年地表水。井田在河流交汇处的下游，流量较大，能够当成矿井的取水水源。12设计的目的和意义（1）设计目的一直以来，我国最主要的能源就是煤炭，它是不可再生的。需要进行大量的开采，但是在开采的过程中矿难事故时有发生，其中透水事故就是其中之一。在进行煤矿建设的时候，从各种渠道来的水源源不断地涌入矿井，而煤炭开采往往会伴随着矿井涌水，如果矿井涌水不能及时排除，就会影响到煤炭的正常开采。另外，一般的矿山地质条件都比较复杂，有可能因为遭到突然大量矿井涌水而淹没矿井，甚至会危及工作人员的生命安全。在这个时候，需要排水设备抢险排水，以尽快恢复矿井生产。为了确保安全生产，必须及时使用排水设备将不断汇集于井下的矿井水排出。除此之外，矿井涌水在井下流动的过程中，溶解了许多矿物质，同时也含有煤屑，流砂等杂质，容易磨损水泵零件。而且矿井涌水中还含有游离酸，对水泵及管路有腐蚀作用，所以必须对排水系统和设备进行选择，不仅减少矿井涌水的危害，也可以使排水设备使用更长的时间。（2）设计意义排水设备是在煤矿建设中和重要的一环。是煤矿生产中不能够缺少的重要设备，它对于正常生产、安全生产有着十分重要的作用。排水设备工作的目的是矿井的建设和生产，直到矿井设备完全消耗，不能使用时才会停止。排水设备对于煤矿建设是不可缺少的重要设备，它的正常使用能够使矿井正常、安全生产。13排水系统发展状况与所需解决的问题相关资料表明，水泵是一种高能耗的设备。合理选择水泵，直接关系到水泵站工程的投资，运行费用以及泵站的安全状况，水泵选型是整个过程中有重要意义的一个环节。131排水系统的现状我国已经有一部分煤矿有了自动化排水系统，但是仍有一部分矿井采用传统的人工操作进行排水。两种方式都是以离心式水泵为中心来进行对矿井水的抽排，但是人工方式的排水方法落后，水泵启动与停止完全由人工观察水仓水位和经验决定，并且反应时间长。当工人观察到水仓水位到达设定的开启水泵的高度的时候，首先要把闸阀关闭，人工开启射流泵为水泵进行抽真空环节的工作，等到检测其真空度的真空表的压力值达到要求值时，开启水泵。水泵开始运转之后观察离心泵的出水口压力表读书，当其达到预设值时，把排水管路上的闸阀打开，排水工作开始正式运行起来。井下排水泵房一般都配有多个水泵，工人往往不知道开启几台水泵排水合适，只能根据经验开启相应的台数的水泵，在排水期间工人要观察水仓的水位变化，当水位高度到达设定的最低位置时要停止排水。这时就要先把闸阀关住防止水锤事故发生，然后再停止水泵的运转。自动化排水方式下有3种控制方式，分别为全自动模式、半自动模式、手动模式。在全自动模式下系统会综合参考所检测的数据来决定水泵的开启和停止；手动模式可以人工通过按动按钮开启和停止水泵，在特殊情况下有可能需要人工控制水泵的开启台数。132排水系统需解决的问题传统的人工控制操作的排水系统存在如下的许多问题1）可靠程度不够，效率低。传统的人工操作排水方法认为因素占绝对的主导地位，一旦进行排水工作时，工人按照安排好的顺序对各个执行部分的操作；2）工人劳动强度大。负责排水的工人由于要时刻观察水仓水位变化所以要一直在水泵房工作，在开启水泵前要关闭闸阀，水泵启动后并且出水口压力达到要求的大小时再把闸阀打开进行正常排水。阀门转动时需要的力矩比较大，一般需要两个工人一同转动阀门手柄才能正常开启和关闭闸阀；3）检修维护困难。当整个排水系统出现问题不能正常排水时，需要工人逐个检查排水设备，确定故障设备，进而进行维修。14设计任务（1）确定寸草塔矿井的排水系统根据寸草塔矿井田的开拓方式，确定排水系统的方案。（2）进行排水设备的选择根据寸草塔矿井下涌水情况、井底车场布置情况，选择水泵等设备的具体型号和类型。（3）校验排水设备能力进行管路布置、计算管路阻力损失、确定管路特性方程、确定水泵工况点，校验水泵选择的是否合理。（4）选择水泵所需的电动机。根据水泵的工况点各个参数，计算所需功率，选择配套的电动机。（5）设计水泵房、水仓。2寸草塔矿的排水设备选型设计21矿井设计原始资料（1）矿井开拓方式矿井是斜井开拓，井筒长度1032M，倾角为16。（2）正常涌水量和最大涌水量正常200M3/H；最大300M3/H。（3）正常和最大涌水期正常涌水期300天；最大涌水期65天。（4）矿水的密度及化学性能（值）PH矿水密度1020KG/M3；化学性能中性，7。P（5）矿井年产量和服务年限矿井的年产量270万吨；服务的年限43年。22确定排水系统221排水系统要求由于煤矿自然环境特殊，所以煤矿对排水设备的要求要比其他生产条件要严格的多。不仅要考虑防火、防爆、通风；还要考虑水文地理条件、水的酸碱性等问题，设计选用合理的设备，充分发挥设备的生产能力，是选型设计的关键。1）必须要有工作水泵、备用水泵和检修水泵。2）工作水泵的排水能力，是应该能在20小时内排除矿井24小时的正常涌水量；备用水泵的排水能力，应不小于工作水泵的排水能力的70，并且工作和备用水泵的总能力，应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量；检修水泵的能力，应不小于工作水泵的排水能力的25。3）水文地质条件复杂的矿井，可以根据具体情况，在主要泵房内预留一些位置去安装一定数量水泵，可以方便增设水泵。4）对于正常涌水量50M3/H,且最大涌水量100M3/H的矿井，可选用2台水泵，其中一台工作，一台备用。5）主要排水设备必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力配合工作水泵在20小时内排除矿井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。222确定排水系统对于巷道低于地面的矿井，要求涌入矿井中的水，需要用排水设备将水排到地面。目前我国的大部分矿井都是采用这种排水方式。根据不同开采水平以及各水平大小不同的涌水量，可以采用不同的排水系统。竖井时，采用单水平开采的时候，可以采用直接排水系统将井下全部涌水集中到井底车场的水仓内，然后用矿井排水设备将矿水排到地面。当有两个或更多水平的开采时，可有多种方案供选用。就两个水平而言，有3种方案。1）直接排水系统直接排水系统，是指矿井中的涌水通过矿井排水的设备直接排到地面上。或者说当各水平的涌水量都很大的时候，可以在矿井中设置如水仓、泵房等设施，将不同水平的矿水排到地面。优点其系统比较简单，开拓量比较小，基建投资较低，同时上、下两个水平的排水设备不会产生干扰；缺点井筒内敷设管路多。图21直接排水系统FIGURE21DIRECTDRAINAGESYSTEM2）集中排水系统上水平有较小的涌水量时，可以把上水平的矿井涌水下放到下水平，然后用下水平的矿井排水装置将矿水直接排到地面上。比如说采用单水平开采的矿井，就会使用直接将矿水排到地面的系统。优点系统只需要一套排水设备；缺点如果将上水平的矿井涌水排到下水平后再往上提，损失能量，增加电耗。3）分段排水系统此系统指的是矿井中的涌水经过几段排水设备排出地面。通常应用在一些矿井比较深，又受到排水能力大小限制的矿井排水。即下水平的水量小或者井过深，可以将下水平的水排到上水平的水仓，然后一起排出地面。缺点当上水平的矿井排水设备因故停止运行，而又急需要排水时，两个水平均存在被水淹没的可能性。图22分段排水系统FIGURE22SEGMENTEDDRAINAGESYSTEM考虑到本设计煤矿的原始资料，矿井是斜井开拓，矿井涌水量较小，可以由下水平的矿井排水装置将矿水直接排出地面。因此确定采用集中排水系统，可以在矿井井底车场的附近设立中央水泵房，将井底所有矿水集中直接排至地面。23水泵的选型231水泵必须排水能力计算根据参考文献煤矿安全规程的要求，可以计算水泵的排水能力为1）正常涌水时水泵应具备的排水能力为12200240M3/H21ZZBQQ210/42）最大涌水时水泵应具备的排水能力为12300360M3/H22MAXAX/MAXB式中工作水泵具备的总排水能力，M3/H；BQ工作和备用水泵具备的总排水能力，M3/H；AX矿井的正常涌水量，M3/H；ZQ矿井的最大涌水量，M3/H。AX232估算水泵扬程377M23GXPGSYBLH7014285式中测地高度，M；SYHLXPG矿井的深度，285M；PH矿井的吸水高度，取M；X4X管子高于井筒的深度，取M；L1L管路效率，矿井为斜井时，当时，取，取077。G20740G234排水设备初选根据以上参数，参照参考文献泵产品样本可以初步确定矿井需要的水泵型号，见表21。表21水泵型号、参数表TABLE21PUMPTYPE,PARAMETERLIST流量扬程转速轴功率配用功率效率必需汽蚀余量QHNPA型号M3/HMR/MINKWKWMMD155676155402295022922807450PJ15063003849148040845007730MD280439280387148038314507747235水泵台数方案一MD155676型水泵额定流量155M3/H，额定杨程402M。则EQEH工作泵台数，N12。512401EBN备用水泵台数472，故N22。30156MAX2NQE检修泵台数，N31。5213总台数N5。方案二PJ1506型水泵额定流量300M3/H，额定杨程3849M。则EQEH工作泵台数，N11。80241EBN备用水泵台数7712，故N21。0361MAX2NQE检修泵台数，取N31。51251总台数N3。方案三MD280439型水泵额定流量280M3/H，额定杨程387M。则EQEH工作泵台数，N11。860241EBN备用水泵台数771，故N21。302861MAX2NQE检修泵台数，N31。51513总台数N3。三种型号所需水泵台数，见表22。表22不同型号所需水泵数量TABLE22NUMBEROFPUMPSREQUIREDFORDIFFERENTTYPESOFMODELS型号工作泵台数备用泵台数检修泵台数MD155676221PJ1506111MD280439111根据计算，对于MD155676，5台水泵，铺设3趟管路，其管路系统布置见图22；对于PJ1506，3台水泵，铺设2趟管路，管路系统布置图见图21；对于MD280439，3台水泵，铺设2趟管路，管路系统布置图见图21。图23三台水泵管路布置方式FIGURE23THREEPUMPPIPINGARRANGEMENT1三台水泵和两条管路的布置方式，见图23。其中当一台水泵开始工作的时候，可以使用其中任一趟管路排水，另外一趟管路作备用；当两台水泵同时开始工作的时候，可以分别使用一趟管路排水。图24五台水泵管路的布置FIGURE24FIVEPUMPLINELAYOUT2）五台水泵及三条管路的布置，见图24。在正常涌水时期时，当两台泵开始工作的时候，可以使用其中任意两趟管路分别进行排水，另外一趟管作备用；在最大涌水期时，当四台泵开始工作的时候，使用三趟管路进行排水，水泵在并联的管路上开始工作。24管路选择排水管管径需要考虑在一定的流量下，使运转费用和初期投资费用两者之和最低。由于管路的初期投资费用与管径成正比，但是运转所需的电耗与管径成反比。因此如果管径选择偏小，则水头损失大，电耗高，但初期投资少；若管径选择偏大，则水头损失小，电耗低。管径是确定运转费用在总费用中所占比重的决定因素，选择时应该综合两方面考虑找出最佳的管径。241选择管材选择管材主要取决于管道所需承受的压力大小。由于矿井排出的水一般会进入水池或水沟，因此压力与井深成正比。通常情况，在井深不超过200M的情况下，多采用的是焊接钢管；当井深超过200M时，采用的是无缝钢管。吸水管采用的是无缝钢管。分析矿井的原始资料可知，矿井井深超过200M，所以采用的是无缝钢管。242确定管径排水管的管径选择是需要考虑的是，在一定的管路流量下，使运转的费用和初期的投资费用之和最低。因为管路的初期的投资费用和管径是正比的关系，但是运转的电耗和管径是反比的关系。因此管径一旦选择偏小，会使水头损失变大，电耗变高，但是初期的投资较少；若管径的选择偏大，会使水头损失变小，电耗变低，但是初期的投资费用变高。因此，管径选择是决定运转费用在总费用中所占比重的重要因素，选择的时候需要综合考虑找出最合适的管径。排水管的内径计算24PPPVQVD018364式中排水管的内径，M；PQ排水管具有的流量，M3/H；排水管中具备的流速，一般取经济流速（M/S）。PVPV251所选水泵的排水管内径，见表23表23水泵排水管内径表TABLE23INNERDIAMETEROFTHEPUMP型号MD155676PJ1506MD280439额定流量M3/HEQ155300280MPPVD018015801910219026502120257243计算管壁厚度25CPDZP134050式中标准管的内径，CM；PD管材的许用应力，无缝钢管取80MPA；ZZP管内水压，；BHP01C管壁附加的厚度，无缝钢管C0102CM，取015CM。方案一MD155676型水泵初选壁厚8MM进行计算，此时，所需壁厚MDP187203CZP45计算可得，8MM的壁厚能够满足要求，采用型号为2038的排水管。方案二PJ1506型水泵初选壁厚8MM进行计算，此时，所需壁厚MDP29845CZP1300计算可得，8MM的壁厚能够满足要求，采用型号为2458的排水管。方案三MD280439型水泵初选壁厚8MM进行计算，此时，所需壁厚MDP29845CZP1300计算可得，8MM的壁厚能够满足要求，采用型号为2458的排水管。所选水泵排水管规格，见表24。表24水泵排水管规格表TABLE24SPECIFICATIONFORPUMPDRAIN型号MD155676PJ1506MD280439排水管规格（MM）203824582458244吸水管的内径计算为了提高水泵吸水的性能，预防产生气蚀现象，吸水管的直径一般会比排水管的直径大，流速大约在0815M/S范围内，所以吸水管的内径26025PXD所选水泵的吸水管内径，见表25表25水泵吸水管内径表TABLE25INNERDIAMETEROFPUMPSUCTIONPIPE型号MD155676PJ1506MD280439额定流量EQHM/3155300280025PXD01830216024402902370282查阅手册可得壁厚与排水计算一样，所选水泵吸水管规格见表26。表26水泵吸水管规格表TABLE26SPECIFICATIONSOFPUMPSUCTIONPIPE型号MD155676PJ1506MD280439吸水管规格（MM）203827382738245估算管子的长度水泵管路布置图，见图25。图25水泵管路布置图FIGURE25PUMPPIPINGLAYOUT估算排水管的管道长度2732157LHLP式中水泵房中排水管的管道长度，通常取L12030M；1管子道中管子的长度，通常取L22030M；2L井口出水管的长度，一般取L31520M。3排水管道的长度，LP348M。吸水管管道的长度，LX8M。25计算工况点251水泵工况点的概念及调节方法1）概念水泵的压头特性曲线与管路特性曲线有一交点，这个交点就是水泵的工作状况点，简称工况点。2）调节方法A闸门节流法当把排水阀闸门关小时，相当于在管路中附加了一个局部阻力，则管路特性曲线变陡，泵的工况点就沿着扬程曲线向流量减小的方向移动。B减少叶轮的数目减少叶轮数目，可降低多级泵的扬程，从而改变泵的扬程特性曲线。C削短叶轮直径削短叶轮直径后，水泵的扬程、流量和功率都将减小，从而改变泵的特性曲线，使工况点也发生变化。D变频调速法当水泵叶轮转速变化时，水泵性能曲线将相应的上下移动，其工况点随之相应改变，从而达到改变工况的目的。252计算管路特性对于已经选定管路的系统，可以用以下公式计算其管路特性新管（28）21RQHSY旧管（29）27S沿程阻力系数吸水管（210）3021XD排水管（211）30P式中吸水管的内径，M；XD排水管的内径，M。P吸、排水管的局部阻力系数，见表27。表27局部阻力系数表TABLE27LOCALDRAGCOEFFICIENTTABLE名称简图局部阻力系数X/D1/8，3/8，5/8，7/8，1闸板阀978，552，081，007，00170，55，45，40止回阀17，32，46，66，95，14DSMM75，150，250，350，400底阀（带滤网）85，6，44，34，31渐缩管01543021507，扩大管98762RR/908760543021，弯头90408197406142906153，弯头弯头阻力系数90三通5137转弯分流汇流直流方案一MD155676型水泵排水管型号2038；吸水管型号2038。00347P00347X方案二PJ1506型水泵排水管型号2458；吸水管型号2738。00327P00316X方案三MD280439型水泵排水管型号2458；吸水管型号2738。00327P00316X253管路的阻力系数管路的阻力系数可以通过下式来计算TR（212）1844552XPPXDDLG方案一MD155676型水泵排水管型号2038；吸水管型号2038。R410方案二PJ1506型水泵排水管型号2458；吸水管型号2738。R144410方案三MD280439型水泵排水管型号2458；吸水管型号2738。R144410管路特性方程方案一MD155676型水泵新管2411029QH旧管7方案二PJ1506型水泵新管2411029旧管5QH方案三MD280439型水泵新管241102旧管5254确定工况方案一MD155676型水泵管路流量与杨程数据表，见表28。表28水泵流量与杨程数据表TABLE28PUMPFLOWANDYANGCHENGDATASHEET/13HMQ0100200250300350H12902941430656315883272634072/229029731823343533637624方案二PJ1506型水泵管路流量与杨程数据表，见表29。表29水泵与流量杨程数据表TABLE29PUMPFLOWANDYANGCHENGDATASHEET/13HMQ0100200250300350H129029144295762993029630764/22902924529983053131205320方案三MD280439型水泵管路流量与杨程数据表，见表210。表210水泵与流量杨程数据表TABLE210PUMPFLOWANDYANGCHENGDATASHEET/13HMQ0100200250300350H129029144295762993029630764/22902924529983053131205320所选水泵工况点用图来表示方案一MD155676型水泵，见图26。图26MD155676型水泵工况点FIGUREMD15567626PUMPOPERATINGPOINT从图中可以得到新管工况点M3/H，M，210MQ081MH6701MMHSM281260KW。1MP旧管工况点M3/H，M，M52M2M92M2SM245KW。2M方案二PJ1506型水泵，见图27。图27PJ1506型水泵工况点FIGUREPJ150627PUMPOPERATINGPOINT从图中可以得到新管工况点M3/H，M，M，4501MQ19MH7401M251SMH90KW。1MP旧管工况点M3/H，M，M2M382M2M2SM560KW。2M方案三MD280439型水泵，见图28。图28MD280439型水泵工况点FIGUREMD28043928PUMPOPERATINGPOINT从图中可以得到新管工况点M3/H，M，10MQ041MH7801MMHSM251400KW。1MP旧管工况点M3/H，M，M2M2M92M062SM390KW。2M根据参考文献煤矿井下排水设计技术规定，水泵工况点的效率，一般不低1M2于70，HSM不应该小于5M。MD155676型水泵，均不足70。所以舍弃方案一。6701M6902M26水泵装置效率的计算矿井排水的装置是由水泵、电机。管路等组成。矿井排水时的装置的效率可以定义为排水装置输出的有效能量与排水装置的输入的能量310CQHE的比值。管路的效率有表示，则装置的效率为3210/CDQHEG2MCGH（213）CDMZ2式中水泵的工况点的效率；2M电机的效率，取092；D管道的效率；G传动的效率，取098。C方案二PJ1506型水泵80329G58098620752CGDMZ方案三MD280439型水泵3019G609832072CGDMZ为了保证排水设备的经济运行，对斜井的排水装置效率要求。方案二和方案50Z三均符合要求。27排水时间校验管路产生污垢后，水泵的流量会减小，因此排水时间应该按照管路产生污垢后工况点流量校核。方案二PJ1506型水泵（1）正常涌水时每天的排水小时数（2214MZZQNQT14）24240/144213HH20（2）最大涌水时每天的排水小时数（215）21MAXMAX4MQNQT24360/244298HH0方案三MD280439型水泵（1）正常涌水时每天的排水小时数214MZZQNQT24240/1300192HH0（2）最大涌水时每天的排水小时数21MAXMAX4MQNQT24360/2300144HH0以上计算，排水的时间都小于20H，符合参考文献煤矿安全规程规定。28经济性校核方案二PJ1506型水泵07408508508068，075068。1MMAX2M方案三MD280439型水泵07808508508068，079068。1AX229稳定性校核方案二PJ1506型水泵09412371（M）09IHSY方案三MD280439型水泵09460414（M）02ISY210经济流速校核方案二PJ1506型水泵吸水管的流速（M/S）4257094021XMXDQV排水管的流速（M/S）39221PP方案三MD280439型水泵吸水管的流速M/S612570021XMXDQV排水管的流速M/S993221PP通过计算可知，方案二不符合经济流速的规定，舍弃方案二。211吸水高度的校核水泵吸水高度的确定，应该用管路没有产生污垢时的工况为计算依据。取981PA，0235PA，981N/，允许的吸水高度是AP410NP410310M（216）2145218MXXNASMXQDLGPH带入数据24523602709831608940981235025X435M实际的吸水高度，符合要求。4XXHM212电动机功率为了保证电动机运行可靠，电动机功率应该由新管工况点来决定。（217）11360MDQKP式中电动机容量富余系数，当水泵轴功率大于KW时，取。DK0DK1带入数据，可得KW11360MDHQKP3697803641902MD280439型水泵使用配套的电动机为YB2450146KV，功率KW，大于450DP计算值，满足要求。213经济指标计算2131电费1）年电耗（）（218）E36051WDCMHQ12MAXARTNRZ式中105辅助用电的系数；矿水的重度，N/M3；水泵工况点流量，；2MQHM/水泵工况点扬程，M；H水泵工况点效率；1传动的效率，098；C电机的效率，092；D电网的效率，通常选取095097，取096；WW,正常和最大涌水时水泵的工作台数；ZNMAX,正常和最大涌水时水泵的工作天数；ZR,正常和最大涌水时水泵的工作时间。ZTMAXE36015WDCMHQ12MAXARTNRZ960873196541230（）6103YHKW/2）吨水百米电耗吨水的百米电耗与水泵的效率、传动的效率、电动机的效率、管路额效率的乘积是反比的关系，它反映的是矿井额排水系统的总效率，是一种能够比较科学、全面的评价排水设备运行情况的经济指标。参考文献煤矿井下排水设计技术规定规定排水设备的吨水的百米电耗规定上应小于05，否则就会认为是低效的设备，不建议采用。HKW（219）5067316732210GWDCMSYWDCMTHE式中吨水的百米电耗，。10TETHKW/GWDCMSYWDCMTH22106731673900981043计算可得吨水的百米电耗小于05，符合规定。3）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（220）ES1则年电费为013110631万元ECSD12132年折旧费折旧费应包括设备及建筑折旧费1）设备折旧费为（221）折旧率安装费设备费AS2）建筑折旧费（222）折旧率建筑费B折旧率一般可选取5。3）年折旧费（223）BAS2查阅参考文献煤矿生产经营费指标可以知道S2294万元2133年工资费工资应包括基本工资。辅助工资和附加工资。通常可以按下式概算（224）ZKNCS3式中每日应出勤的人数；N在册系数，K13；K工资单价，元/工、年。ZC查阅参考文献煤矿生产经营费指标可以知道S3069万元2134维修费维修费是指设备大、中、小修以及日常维修所需的工人工资及材料费。（225）FCS4式中设备费；F维修费占设备费的比例。C查阅参考文献煤矿生产经营费指标可以知道S4065万元2135其他费用其他费用是工程不可预见费，即（226）35SCA式中其他费用占工人工资的比例，一般可取15。AC查阅参考文献煤矿生产经营费指标可以知道S5017万元2136年排水费（227）54321SS312940690650173445万元54321SS2137年排水费用指标（228）YQB3M/元式中年排水费用，此处以元计；S年排水量，M3。YQ元/M3YB18065240240153水泵房、水仓的确定31水泵房简介1一般规定（1）水泵房一般都会设置在靠近井底车场，要求其有良好的通风条件，可以方便去搬运设备。（2）通常来说，主水泵房和中央变电所之间，需要建有防火门来分隔两个部分。当矿井因为扩大开采和延伸，使有可能增加涌水量的时候，应该考虑留有增加多余水泵的地方。（3）对于排水量在100M3/H及其以上的水泵应该设有吸水井独立工作。（4）当有功率大于100KW的电动机时，主水泵房应该设置起重梁。（5）为了保证安全，水泵房必须有防水闸门。在闸门关闭的时候，泵房应该留有能够独立的通风巷道来通风。（6）水泵至少要设置两个出口其中一个出口通到井筒是通过斜巷，而且应该高出7M以上较于泵房底板；另外一个出口在井底车场，在这个出口通道内，应该设置方便关闭的密闭门。泵房和水仓的连接通道应该设置控制闸门，要求安全可靠。2水泵房是为了安装水泵、电动机等设备的硐室，主水泵房都靠近井底车场。这样布置的作用是（1）运输巷道朝着井底车场倾斜，有利于矿水沿排水沟流向水仓。（2）矿井排水设备方便运输。（3）水泵房靠近井筒，缩短了管路的长度，节约管材，减少了管路水头损失，增加了排水工作的可靠运行。（4）水泵房靠近井底车场，通风好，改善了水泵与电机的工作条件。（5）水泵房靠近中央变电所，供电线路较短，减少了供电损耗，这对那些耗电量很多，运转时间又比较长的排水设备而言，具有重要的经济意义。32计算泵房泵房的大小主要是根据泵机组的数量和外形尺寸来确定。各机组之间的距离，取M。泵与近壁距离不小于07M。泵与轨道的距离，不妨碍搬运设备。泵房高度按51照泵房内管路的实际高度、起吊设备和起吊时的伸缩高度来确定，取M。水泵房5403地面标高比水泵房出口与井底车场的底板标高高出05M。水泵顺着泵房的长度轴向排列。水泵房轮廓尺寸根据安装设备的最大外形尺寸、通道宽度和安装检修条件等来确定。水泵房主要尺寸遵守矿井安全规程规定。一般情况下泵房都是采用一条轴线布置法。图31三台水泵两趟管路泵房布置图FIGURE31THREEPUMPSPUMPINGSTATIONPIPELINELAYOUT2泵房的尺寸计算（1）泵房长度指泵房两端之间的距离（31）EAGNL1式中泵组台数；N泵基础长度；L泵基础之间的间距，取1820M，以能把设备拆下放在其间检修为准，且G不得小于抽出电机转子所需的长度；人行道的宽度，取1MA管子道的宽度，通常取A2035M。E由上文计算及泵的尺寸可知，泵房的长度为，取23M。MEAGNL1425325431因此，泵房长度为23M。（2）泵房宽度（32）321BB式中水泵的基础宽度，通常可以按水泵的底座外形的尺寸在它的长度以及宽1B度的方向上每边大约增加0102M；水泵的基础边与有轨的一侧的墙壁间的距离，一般可以选取1520M2选取20M；水泵的基础边与吸水井的一侧额墙壁间的距离，通常可以选取3B0810M，选取10M。带入数据，可以得到445MB3）泵房高度水泵的高度要符合检修时的起重的要求，通常为M，也可以根据水泵叶轮的5403直径确定当MM时，可以取45M，而且应该设置有能够承受的起重的质量是350DT的工字梁；当MM时，可以取3M，不需要设置起重梁。53MD280439水泵叶轮直径360MM，取水泵房高度为45M。33水仓、吸水井的计算331吸水井尺寸1）每台水泵宜单独使用一个吸水井，确定吸水井直径时应考虑水泵工作时吸水井內水面波动不太大，同时应考虑安装、检修、清理吸水井的需要。一般D1500MM2）吸水井的梯子的尺寸梯间的距离为03M，梯宽的大小为06M332分水沟和水仓接口高度计算高度H21820M，取19M宽度B21012M，取11M分水闸门的直径可按下式以通过的水量计算33268FFDQ式中分水闸门通过的水量，M3/H。FQ闸门的直径，见表31。表31闸门的直径表TABLE31DIAMETERGAUGE闸门的直径，因为水泵的排量为280M3/H，正常涌水量为200M3/H，取MM。40FD34计算水仓水仓是专门用来储存矿水的巷道。水仓有两个作用一个是储存、集中矿水，排水设备可以把水从水仓排到地面上。为了防止发生断电或排水设备发生故障被迫停止运行时，矿水淹没巷道，主泵房的水仓应该有足够大的容积，必须能容纳8H正常的涌水量。二是使矿水沉淀，因为矿水在从采掘工作面到水仓的流动过程中，矿水中会参杂有大量悬浮物和固体颗粒，为了防止排水系统堵塞，并且减轻排水设备的磨损，矿水在水仓中需要进行沉淀。根据颗粒沉降理论，为了能够达到把大部分细微颗粒沉淀于仓底，水在水仓中流动的速度必须小于0005M/S，流动时间要大于6H，因此水仓巷道不得小于100M。根据井底车场的布置方式、开拓方式及采煤方法的不同，水仓可以布置在水泵房的两翼或者一翼。水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，每年至少清扫两次，在雨季以前必须清扫一次。目前清仓的方法较多，有人工清仓法、机械清仓法，如铲斗装岩机清仓、射流泵和泥浆泵联合清仓、压气罐清仓以及水力清仓等方法。（1）主要水仓的有效容量2（200300）1000M3。302ZQV3M/HFQ305075100125200250300400FD150200250300400500（2）水仓的总容积82001600M3。ZQV8（3）由泵轴中心至吸水立管中心距离（34）2/GYBL式中泵基础宽度；B吸水井侧壁浇灌厚度；Y吸水井内侧壁至吸水管中心距，可取吸水底阀的最大半径加操作间隙2G01M，（无底阀者取滤水网半径）。25ML35起重梁起重梁通常选用工字梁，它的起重能力应按最重件计算，安全系数取4。此处，起重梁的起重能力应为5000。FKG36管子道和管子间361管子道的布置水泵房和井筒相连的一条倾斜的巷道是管子道，一般倾角是2530，排水管、电缆线等设施通过通道来敷入井筒。和井筒相接的地方，设置有平台，平台的钢梁上固定着排水管的弯头支座，平台应该高出7M以上较于泵房底板。而排水管的架设是在管子道的侧壁管墩上或者预先就先埋好的悬臂梁上，并且用管卡来固定。管子道的中间通常敷设有轨道，两条轨道之间设置人行台阶。管子道长度通常是1520M，宽度通常是在2M左右，其高度通常是1820M。362井筒内管路的布置斜井内的管路是靠着侧壁来一上一下设置，下面的一趟管路在水泥管墩上架设，上面的一趟管路在井壁的一侧的悬臂梁上固定，并且用管卡来固定。在管墩上或者斜柱上固定着管路的最下面的弯头支座，为了防止下滑，应该每隔一定的距离设置直支撑管。连接管路的方式，通常是敷设焊成的长管，法兰连接用在有局部管件的地方。4MD280439型水泵概述图41水泵排水示意图FIGURE41PUMPDRAINAGESCHEMATICDIAGRAM41型号意义MD280439MD耐磨多级单吸离心式水泵；280水泵额定流量为280M3/H；43水泵单级扬程为43M；9泵级数为9级（叶轮个数为9）。42运行条件及寿命（1）在清水条件下（含固体颗粒低于01），运行5000H无大修，效率下降不超过6（2）在含固体颗粒011以下污水条件下，运行3000H无大修，效率下降不超过5（3）在含固体颗粒15污水条件下，运行2000H无大修，效率下降不超过643结构特点MD280439卧式多级离心泵是输送清水以及物理化学性质类似于水的液体。广泛应用于矿山排水、工厂及城市给水之用。MD280439卧式多级离心泵产品结构MD280439卧式多级离心泵为多级分段式，其吸入口位于进水段上，成水平方向；出水口在水段垂直向上。MD280439卧式多级离心泵主要零件有进水段、中段、出水段、叶轮、导翼挡板、出水段导翼、轴、密封环、平衡环、轴套、尾盖及轴承体。进水段、中段、导叶挡板、出水段导翼、出水段及尾盖均为铸铁制成，共同形成泵的工作室。（1）叶轮是由优质铸铁制成，内有叶片，液体沿轴向单侧进入，由于叶轮前后受压不等，必然存在轴向力，此轴向力由平衡盘来平衡。（2）轴是由优质碳素钢制成，中间装有叶轮，用键、轴套及轴套螺母固定在轴上。轴的一端安装联轴器部件，与电动机直接连接。（3）密封环是由铸铁制成，防止水泵高压水漏回到进水部分，分别固定在进水段与中段之上，密封环是易损件，磨损后可用备件更换。（4）平衡环是由铸铁制成，固定在出水段上。它与平衡盘共同组成平衡装置。平衡盘是由耐磨铸铁制成，装在轴上，位于出水段与尾盖之间，用来平衡轴向力。（5）轴套是由铸铁制成，位于填料室处，用来固定叶轮和保护泵轴，轴套是易损件，磨损后可用备件更换。轴承是单列向心球轴承，采用钙基润滑脂润滑。（6）填料起密封作用，防止空气进入和大量液体漏出。填料密封由进水段和尾盖上的填料室、填料压盖、填料环及填料等组成，少量高压水流井进入填料室中起水封作用。填料的松紧程度必须适当，不可太紧亦不可太松，以液体能一滴一滴的渗出为准。如果填料太紧，轴套容易发热，同时耗费功率。填料太松，由于液体流失导致水泵效率降低。44水泵的空蚀现象441空蚀的概念水泵在运转时，由于一些原因使泵内局部位置的压力下降，使水发生气化，从水中产生大量的气泡。随着水的流动，低压区的这些气泡被带到高压区时，会突然凝结。气泡重新凝结后，体积突然收缩，便在高压区产生空穴。于是四周的高压水以很大的速度去填补这个空穴，此处会产生很大的水力冲击，不断进行循环。这种气泡破裂凝结发生在金属表面时，就会破坏金属表面，这个现象叫做空蚀。442空蚀的危害1）空蚀时产生的冲击频率很高，并集中作用在微小的金属表面上，使叶轮或泵壳蚀坏和断裂。2）空蚀发生时，周期性的压力升高和水流质点彼此间的撞击以及对泵壳、叶轮的打击，将使水泵产生强烈的噪音和震动现象。会引起共振，破坏设备。3）在产生空蚀的过程中，由于水流中含有大量气泡，破坏了液体的正常流动规律，因而叶轮与液体之间的能量交换的稳定性遭到破坏，能量损失增加，从而引起水泵的流量、杨程和效率的迅速下降，甚至出现断流状态。45故障分析和排除故障分析和排除，见表41。表41故障分析和排除表TABLE41FAULTANALYSISANDTROUBLESHOOTINGTABLE故障现象原因分析排除方法水泵不吸水、压力计显示值剧烈波动。注入水泵的水不够。进水管与仪表等处漏气。再往水泵内注水，拧紧堵塞漏气处。水泵不吸水、吸入压力显示高度真空。底阀没有打开或已淤塞，吸水管阻力太大，吸水高度太高。校正或更换底阀，清洗或更换吸水管，降低吸水高度。泵出口压力计显示有压力，而水泵不