矿山排水设计

1、煤矿主排水系统设计竖井正常涌水量：331m3/h ，最大涌水量 545m3/h ，井口标高：Hh=446，最大涌水期65d,矿水中性，涌水密度1010kg/m3.本设计根据煤炭部制定的煤矿安全规程及煤矿工业设计规 范，在保证及时排除矿井涌水的前提下。使排水总费用最小，选择 最优方案。根据煤矿安全规程的要求，水泵必须有工作、备用和检修水泵，其中工作水泵应能在20h内排出24h的正常涌水量（包括充填水 及其它用水）。备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的 70%工作和备用水泵的总排水能力，应能在 20h内排出矿井24h的 最大涌水量。检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%。水文地

2、质条件复杂或有突水危险的矿井， 可根据具体情况， 在主水泵 房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。1、水泵最小排水能力的确定根据煤矿安全规程的要求，工作水泵的能力应能在 20h 内排 出矿井 24h 的正常涌水量(包括充填水及其他用水) 。因此正常涌水 时，工作水泵最小排水能力应为QB=24/20qz=1.2qz=1.2 x 331nS/h=397.2m3/h在最大涌水期，工作和备用水泵必须的排水的排水能力为QBmax = 24/2 0q max= 1 . 2 q max= 1 . 2 x 545m3/h=654m3/h式中Q b工作水泵具备的总排水能力，n3/h ;QBma工作

3、和备用水泵具备的总排水能力，n3/h ;qz 矿井正常涌水量， n3/h；qnax 矿井最大涌水量， n3/h 。2、水泵所需扬程的计算Hb =HSy/ n g= (446+4) /0.9=500mn g管道效率，与排水管敷设倾角a角有关，一般为：当a=90°时，n g=0.90.89 ；当 a>30° 时，n g=0.830.8 ； a=30° 20 ° 时， n g=0.80.77 ; a<20° 时，n g=0.770.74。3、水泵型号及台数选择根据计算的QB、HB,从水泵的技术规格表中初选效率较高的D450-60X9型水泵

4、。该水泵额定流量 Qe=450«/h，额定扬程,He=513m(a) 正常涌水时水泵工作台数n1=CB/Qe>397.2/450 取 m=1 台(b) 水泵级数i=H B/He=500/60 取 i=9 级(c) 备用水泵台数n2=0.7QB/Qe=0.7 x397.2/450 取 m=1 台(d) 检修水泵台数n3=0.25QB/Qe=0.25 x 397.2/450=0.2125 取 n3=1 台(e) 最大涌水时工作水泵台数n4= QBmaXQe=545/450 取 “4=2 台因为 ni+n2=1+仁2所以 m+n2>n4(f) 水泵总台数n= ni+n2+n3=

5、i+i+i=3 台管路的选择1、管路趟数及泵房内管路布置形式。根据泵的总台数，选用典型 的三泵两趟管路系统，一条管路工作，一条管路备用。正常涌水时， 一台水泵向一趟管路供水，最大涌水时，只要两台泵工作就能达到在 20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用两台泵向 两趟管路供水，从而可知每趟管内流量Qe等于泵的流量。2 、管路系统泵房内管路布置图3、管路材料。由于井深大于200m确定采用无缝钢管 4、排水管内径排水管直径 d'p=0.0188 Qe=0.282m式中vp 排水管内的流速，通常取经济流速 vp =1 . 52 . 2(m/ s)来计算。此处选 vp = 2m/

6、s查表9-5，选325x13无缝钢管，外径325mm壁厚13mm则排水管 内径dp=(325-2 X 13) mm=299mm壁厚验算同书上5、吸水管直径：根据选择的排水管内径。吸水管选用351x8无缝钢管排水管长度可估算为：L p二Hy+ （4050） m=450+（4050） m= （490500）m取Lp=500m，吸水管长度可估算为Lx=7m管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管入x =0.021 ._ 0.021=0.0292dx0.30.33P3排水管入p =0.021 .=0.021 =0.0302dp0.30.2990.3局部阻力系数吸、排水管及其阻力系数分别列于表1-3、表1

7、-4中表1-3吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数底阀13.790。弯头10.294异径管10.1x 4.094表1-4排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀22 5.5 11逆止阀13.2转弯三通11.590。弯头44 0.294 1.176异径管10.5直流三通44 0.7 2.830。弯头22 0.294 30/900.196p 20.412(12g89.81lxxdl0.029220.412)10.2994xdr750.3355 h2 / m5Ipp 5dP4.0940.3354(10.030250050.29951045s2 / m51045 (-)2h2/

8、m5 36008.06 10 5h2/m5式中 R 管路阻力系数，s2/m5 ;lx、lp 吸、排水管的长度，mdx、dp 吸、排水管的内径，m吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v> 1.2m/s，其值可按舍维列夫公式计算，即0.0210.3p吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表1-3、1-46.4管路特性方程新管1 sy KRQ2450 1 5.016 10 5 Q2旧管syKRQ2450 1.7 5.016 10 5 Q2失增大的系数，对于新管K=1，对挂污管径缩小10% 取K=1.7, 般要同时考虑 K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。6.5

9、绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表1-5中。表1-5管路特性参数表31Q/(m -h )200250300350400450500550Hi/m452.0453.11454.5456.11458.0460.1462.5465.114142647268.6270.1271.9274.1276.5279.3282.5285.9H/m禾U用表1-5中各点数据绘制出管路特性曲线如图1-7所示，新、 旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为 M和M2，即为新、旧 管路水泵的工况点。由图中可知：新管的工况点参数为 Q=565m/h,H M=466m

10、n m=0.76,Hs M=5mN=1000KV；旧管的工况点 参数为 QM=516 m3/h , H.2=283mn m2=0.81,Hs M2=5.3m,NM2=492KVy 因 n M1、n M2均大于0.7 ,允许吸上真空度H91=5m符合规范要求。6.6校验计算排水时间的验算管路挂污后，水泵的流量减小，因此应按管路挂污后工况点流量校核正常涌水时，工作水泵ni台同时工作时每天的排水小时数24qzniQM 2竺空0h 14.9h 20h1 516最大涌水期，工作水泵n1、n2台同时工作时每天的排水小时数max_24qmax_(n1 n2)QM 2_24_650_(1 1) 51615.1

11、h20h即实际工作时，只需2台水泵同时工作即能完成在 20h内排出24h的最大涌水量经济性校核工况点效率应满足 n M1=0.8 > 0.85 n max > 0.85 x 0.78=0.66 , n m2=0.81 >0.69。稳定性校核Hsy =450< 0.9iH 0=0.9 x 513=461.7m式中 0单级零流量扬程，m。664经济流速校核吸水管中流速VQM 1900 dj5652 m/s9000.33521.78m/s排水管中流速VpQm 1900 dp9005650.3092m/ s2.09m/s吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求注：吸、排水管

12、的经济流速通常取1.52.2m/s吸水管高度校核SM182gx 5dxx 1dxQM15.233.142 9.810.029274.094 10.33550.3354522 236005.234.21m0.82式中H smi = H sm- (10-ha) - (hn-0.24 )=5.23注：ha 不同海拔高度Z时大气压值见表:m;hn 不同水温t时的饱和蒸汽压力值m实际吸水高度Hx=4RKHx，吸水高度满足要求。电机功率计算NdKdM 11000 36009908 565 466=1.1 -1000 3600 0.8996kw式中 Kd电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW寸，取Kd=1.1 ;当水泵轴功率为10100KW寸，取 Kd =1.1 1.2。水泵配套电机功率为Nd 1000KW，大于计算值，满足要求。667电耗计算1）年排水电耗nzTzQQm 2 H M 21000 3600 m 1 c d w10003 516 2831000 3600 0.8 1 0.9 0.95m 1 14.9 305 2 15.1 603.771 106kw?h/a式中 E年排水电耗， kw?h/a ;水的重度，N/m3;由给定条件可知 =10003N /m3nz、nmax年正常和最大涌水期泵工作台数；rz、max