陈培阳排水系统

1、排水系统设计报告第一章 矿井概况- 4 -一、水文地质- 4 -第二章 矿井主排水设备选择计算- 4 -一、固定排水设备的要求- 4 -二、设计依据- 5 -三、 排水系统的确定- 6 -四、水泵的确定- 6 -1、工作水泵的排水能力- 6 -2、水泵所需扬程的估算- 7 -3、初选水泵的型号- 7 -五、 排水管路的确定- 8 -1、管路趟数- 8 -2、选择排水管- 8 -3、验算壁厚- 10 -4、选择吸水管- 10 -5、计算管路特性- 11 -管路布置- 11 -估算管路长度- 11 -阻力系数计算- 11 -管路特性方程- 14 -绘制管路特性曲线，确定工况点，- 14 -六、 校

2、验计算- 15 -1、由旧管工况点验算排水时间 旧管状态时，每台水泵的流量最小 ：- 15 -2、经济性校核- 16 -3、稳定性校核- 16 -4 、计算允许吸水高度- 17 -七、电动机功率计算- 17 -八、电耗计算- 18 -1、全年排水电耗- 18 -2、吨水百米电耗校验- 18 -第三章 水泵房及水仓- 19 -一、泵房位置- 19 -二、泵房尺寸- 19 -1、泵房的长度：- 19 -2、泵房的宽度- 20 -3、泵房的高度- 20 -三、水仓的确定- 21 -四、水仓容量的确定- 21 -第四章 排水设备的组成- 22 -1、离心泵- 22 -2、滤水器和底阀- 23 -3、闸

3、阀- 23 -4、逆止阀- 25 -5、水介质电液球阀- 26 -6.压力表- 26 -7.真空表- 27 -结 束 语- 28 -致 谢- 29 -参 考 文 献- 30 -第一章 矿井概况一、水文地质本工作面水文地质条件简单，充水源主要为上覆地层层间裂隙水下渗，预计最大涌水量825m3/h，正常涌水量425m3/h，队组需在巷道低洼处备泵排水。第二章 矿井主排水设备选择计算一、固定排水设备的要求1) 工作水泵应能在20小时内排出24小时的正常涌水量；备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；工作和备用水泵的总能力，应在20小时内，排除矿井24小时的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水

4、泵能力的25%。2) 工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出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24小时的最大涌水量。3) 配电设备应同水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。主排水泵房的供电线路不得少于两回路，当一回路停止供电时，另一回路应能担负全部负荷的供电。4) 主排水设备应有预防用水突然增加致使设备被淹没的措施。5) 需采取防爆措施地区安装的排水系统，其电器设备应是防爆的。二、设计依据1）矿井年产量：420万吨/年2）矿井正常涌水量：425m3/h3）矿井最大涌水量：825m3/h4）矿井物理化学性质：PH=75）主井地面标高

5、：+138M6）付井地面标高：+135M7）付井倾角：23°8）付井筒直径：6M9）主井筒直径：5M10）开采水平：-150M11）沼气等级：低12）矿井供电电压：6000V13）矿井最大涌水量持续时间：70h14）涌水为中性，水温为15，重度为10006Nm³三、 排水系统的确定矿井的排水系统分为：直接排水和分段排水1、直接排水系统的特点：具有泵房少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量小，需要的人员少。2、分段排水系统的特点：泵房数量多，排水设备多，技术管理复杂，基建投资和运行费用多，工作人员多。根据上述排水系统的特点，在采用直接排水时，由于只使用一套排水设备

6、，所需用于排水的基本设备费和生产费较少，管理也比较简单。同时,依据矿井的开拓方式和涌水的大小等给定的条件，只需在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面，故本设计的排水系统采用直接排水系统。四、水泵的确定1、工作水泵的排水能力水泵必须具备的总排水能力，根据煤矿安全规程的要求，在正常涌水期，工作水泵具备的总排水能力为： 在最大涌水期，工作和备用水泵具备的总排水能力为：式中：工作水泵具备的总排水能力，；工作与备用水泵具备的总排水能力，；矿井的正常涌水量，；矿井最大涌水量，。2、水泵所需扬程的估算由于水泵和管路均未确定，因此就无法确切知道所需的扬程，一般可由下面公式来进行估算：式中：

7、水泵扬程，；测地高度，一般取井底与地面标高差，；管路效率。当管路架设在斜井，且倾角时，；3、初选水泵的型号依据计算的工作水泵排水能力和估算的所需扬程及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量，从泵产品样本中选取D280100×5型号泵，其额定流量，额定扬程，转数，电机功率，效率高达。则：工作泵台数 ，取。备用泵台数 ，取。检修泵台数 ，取水泵总台数 台五、 排水管路的确定1、管路趟数根据泵的总台数，在满足煤矿安全规程的前提下，在井筒内布置以不增加井筒直径的原则，选用典型五泵三趟管路的布置方式（如图1所示），其中二条管路工作，一条管路备用。2、选择排水管因为管径的大小涉及排水所需的电耗

8、和装备管道的基本投资，若管径偏小，水头损失大，电耗高，但初期投资少；图1 泵房管路布置图若管径选择偏大，水头损失小，电耗低，所需的初期投资费用高。综合两方面考虑，可以找到最经济的管径，通常用试取管内流速的方法来求得，。式中：排水管内径，；通过管子的流量，；排水管内的流速，经济流速取从标准YB23170钢管规格表中预选钢管，则排水管内径。3、验算壁厚因此所选壁厚合适。式中：标准管内径，；许用应力，无缝钢管取；管内水压，估算，；附加厚度，无缝钢管取4、选择吸水管由和从标准YB23170钢管规格表中选取的无缝钢管，内径。验算流速5、计算管路特性管路布置采用五泵三趟管路（如图1所示）的布置方式，。任何

9、一台水泵都可以经过三趟管路中任一趟排水，（如图2所示）。估算管路长度排水管长度可估算为，取,吸水管长度可估算为。阻力系数计算计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为：图2 管路布置图局部阻力系数，对于吸、排水管路附件其阻力系数分别列于表1、表2中。表1 吸水管路附件其阻力系数吸水管附件名称数 量系 数 值底 阀13.790°弯头10.294收缩管10.1 表2 排水管路附件其阻力系数排水管附件名称数 量系 数 值闸 阀2止回阀1四 通190°弯头4直流三通4扩大管130弯头2 管路阻力损失系数，其值为： 式中：、吸、排水管的长度，；、吸、排水管的内径，；、吸、排水管的沿程阻力

10、系数，对于流速，其值可按舍维列夫公式计算如下：、吸、排水管附件局部阻力系数之和，可查阻力损失系数表得，g重力和速度，。管路特性方程新管旧管绘制管路特性曲线，确定工况点，根据新、旧管路特性方程，取六个流量求得相应的损失（表3所示）。表3 290.64292.69295.56299.25303.76309.09291.79295.27300.15306.43314.09323.15利用表3中各点数据绘出管路特性曲线（如图3所示），图3 管路特性曲线与泵特性曲线管路特性曲线与扬程特性曲线的交点M1、M2，即为新、旧管工况点，由图中可知，新管工况点参数为，旧管工况点参数为，因均大于0.7，允许吸上真空

11、度符合煤矿井下排水设计技术规定要求。六、 校验计算1、由旧管工况点验算排水时间 旧管状态时，每台水泵的流量最小 ：正常涌水期，采用2泵2管排水，则每天必须的排水时间为和最大涌水期，采用4泵3管排水，则每天必须的排水时间为式中：工况点流量正常涌水量最大涌水量无论正常涌水期和最大涌水期，每昼夜的排水时间均不超过20小时，符合煤矿井下排水设计技术规定规定。2、经济性校核工况点效率应满足。故经济性满足要求。3、稳定性校核单级平均额定扬程必须大于管路的测地高度。4 、计算允许吸水高度在新管状态下，允许的吸水高度最小。取，则允许的吸水高度为： 七、电动机功率计算根据工况参数，可算出电机必须的容量为：根据产

12、品样本取。八、电耗计算1、全年排水电耗式中：、年正常和最大涌水期泵工作台数；、正常和最大涌水时期泵工作昼夜数；、正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数；、电机效率，电网效率，传动效率。2、吨水百米电耗校验第三章 水泵房及水仓一、泵房位置泵房设在-150井底车场，与井下中央变电所相联，并用防火门隔离。泵房设有两个出口，一个与井底车场连通的水平通道，这个通道设一个即能防火又能防水的密封门，另一个通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底车场8米，泵房的地面高度应高出井底车场0.5米，并向吸水井侧有1%的下坡。二、泵房尺寸根据煤矿安全规程规定，水泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房

13、底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形、通道宽度和安装检修条件等确定。1、泵房的长度：式中：水泵的台数；水泵机组（泵和电机）总长度；A水泵机组的净空距离，一般取1.52.0m。2、泵房的宽度式中：水泵基础宽度；水泵基础边到有轨道一侧墙壁的距离，一般取1.52.0m；水泵基础边到吸水井一侧墙壁距离，一般取0.81.0m。故泵房宽度取4m。3、泵房的高度水泵房的高度应满足检修时的起重要求（一般取3.04.5m）和水泵工作轮直径的尺寸要求来确定。当工作轮直径时，泵

14、房的高度为4.5米，因为D280100×5工作轮直径为430mm，故取4.5m。当工作轮直径时，取泵房的高度为3米。三、水仓的确定水仓：水仓的容量必须遵守矿井安全规程第244条的规定。水仓的断面可采用单轨标准巷道。设计时应考虑清理水仓的需要，除了在水仓底板铺轨外，在水仓入口处要有设置清理水仓绞车的峒室，峒室的尺寸必须满足安装绞车及操纵的方便为原则，一般绞车峒室的有效体积不少于30 m3。所以水仓的断面采用单轨标准巷道；为了清理水仓的需要，在水仓底板铺设轨道，并且在水仓入口处设置清理水仓绞车的峒室，绞车峒室的有效体积等于30 m3。根据煤矿安全规程规定，在井底车场建二个水仓，即建一个主

15、仓，建一个副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。水仓的断面采用了拱形断面。四、水仓容量的确定按能容8小时正常涌水量的要求设计，为了使矿水中的大部分颗粒沉淀于仓底，水仓中的水位以小于0.005米/秒的速度在仓中流动，而且在水仓中的流动时间应小于6小时。水仓巷道长不应小于108m，即，取水仓的长度115m。水仓容量：第四章 排水设备的组成井下排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成 1、离心泵 井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成。如图4-

16、1所示。1.起动设备 2.电动机3.水泵 4.抽水管 5.滤水器 6.负压表 7.压力表8.闸阀9.逆止阀10.射流泵 11.排水阀 12.静压水管 13.射流泵电磁阀 图4-1 离心式水泵工作系统2、滤水器和底阀滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于0.5m 。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。3、闸阀 是指启闭体(阀板)由阀杆带动阀座密封面作升降运动的阀门，

17、可接通或截断流体的通道。当阀门部分开启时，在闸板背面产生涡流，易引起闸板的侵蚀和震动，也易损坏阀座密封面，修理困难。闸阀通常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。手动闸阀示意图手动闸阀实物图自动闸阀目前自动闸阀主要有两种形式：电动执行的电动闸阀和液压执行的液动闸阀。 调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为:（1）调节水泵的流量和扬程；（2）起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在

18、安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用4、逆止阀逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏5、水介质电液球阀 转动球阀防爆外壳液压管路入口 （a） 关闭状态 （a） 打开状态灌引水漏斗、放气栓和旁通管灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引

19、水，此时要将旁通管上的阀门打开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通部分和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。6.压力表压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60,100,150,200和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。7.真空表真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力

20、表一样，也分为60,100,150，200和250mm五种。真空表测量范围为0-0.1 MPa(一个大气压)。 六、供电系统设计 采区供电方式选择 采区变电所移动变电站工作面配电点 的方式。其中移动变电站选用2个，1#移变给采煤机供电，2#移变为刮板输送机和排水系统供电。 对供电系统进行设计需要完成以下计算： （1）采区用电设备负荷统计，确定变压器容量、台数。 （2）高低压电缆选择。 （3）短路电流的计算。 （4）高低压配电装置选择。（一）1#移动变电站选型 表3 回采工作面符合统计表1#移动变电站电压(V)设备数量设备容量总计（台）工作（台）总计(kW)工作(kW)采煤机1140113553

21、55PN=380 kW kd=0.4+0.6=1查表煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数得：cosav=0.7,则=507 kV·A选择KBSGZY-630、10/1.2kV、630kVA 移动变电站1台。（二）2#移动变电站选型2#移动变电站电压(V)设备数量设备容量总计（台）工作（台）总计(kW)工作(kW)1刮板输送机1140113203202排水114011400400PN=320+400=720 kW kd=0.4+0.6=0.73查表煤矿各组用电设备的需用系数和加权平均功率因数得：cosav=0.7,则=751 kV·A选择KBSGZY-800、10/1

22、.2kV、800kVA 移动变电站1台。（3） 高低压电缆选择（设计中电缆长度统一选择500m）（1） 从采区变电所到1#移变电缆选择 1)按经济电流密度选择电缆截面= 60.6A查表可得，经济电流密度Jec=2，故所选电缆的经济截面为：=30.3mm2初选MYPTJ-6/10-3×35型电缆。2）按长时允许电流校验截面。查得3*35型电缆的Iac=118 A，乘以修正系数0.94后为110.92 A，大于60.6A，故符合。3）按正常工作电压损失校验 10kV及以下高压线路中的电压损失按全国供用电规则，在正常负荷下的电压偏移不得超过7%。式中 高压电缆线路中的电压损失百分数； K兆

23、瓦千米符合矩电缆中电压损失百分数，查表5-9取0.059； P各串级连接的电缆段的长度，km；4）按短路热稳定条件校验。最大三相稳态短路电流为=2.75 kA 短路电流作用的假想时间ti=0.25 s 电缆最小热稳定截面为=14.7mm2<30.3mm2故所选MYPTJ-6/10-3×35型电缆满足要求。（2） 从采区变电所到2#移变电缆选择 1)按经济电流密度选择电缆截面= 80A查表可得，经济电流密度Jec=2，故所选电缆的经济截面为：=40 mm2初选MYPTJ-6/10-3×50型电缆。2）按长时允许电流校验截面。查得3*50型电缆的Iac=173 A，乘以修

24、正系数0.94后为162.62 A，大于80A，故符合。3）按正常工作电压损失校验。 10kV及以下高压线路中的电压损失按全国供用电规则，在正常负荷下的电压偏移不得超过7%。式中 高压电缆线路中的电压损失百分数； K兆瓦千米符合矩电缆中电压损失百分数，查表5-9取0.059； P各串级连接的电缆段的长度，km；4） 按短路热稳定条件校验。假定井下采区变电所10.5kv母线上的最大短路容量正好被限制在50MVA，其最大三相稳态短路电流为=2.75 kA 电缆最小热稳定截面为=14.7mm2<40mm2式中 ti短路电流的假想时间，即热等效时间，考虑井下的高压过电流保护为连续动作，取假想时间为0.25s C电缆的热稳定系数，铜芯橡套电缆C=93.4.故所