煤矿排水系统设计

主排水泵选型计算设计一、概述本矿井承受主斜井、副立井、回风立井综合开拓方式，主斜井井口标高为+922m，副立井、回风立井井口标高均为+1195m，副立井、回风立井落底标高均为+220m，主斜井与暗主斜井斜交，暗主斜井落底标高为+206m，初期大巷最低点标高为+205m。依据地质报告，本矿井正常涌水量807m3/h，最大涌水量为1234m3/h，正常涌水量大于120m3/h，最大涌水量大于600m3/h，比照现行《煤矿防治水规定》，属水文地质条件简单矿井。依据现行《煤矿防治水规定》及《煤矿安全规程》要求，本矿井应当在井底车场四周设置防水闸门，或者在正常排水系统根底上安装配备排水力量不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。依据本矿井开拓方式，结合现有成熟的防水闸门产品参数，设置防水闸门抗灾暂无适宜的设备，因此设计在正常排水系统根底上配备潜水电泵抗灾排水系统。二、矿井主排水〔一〕设计依据地质报告供给矿井正常涌水量807m3/h，最大涌水量为1234m3/h，考虑矿井井下洒水和黄泥灌浆析出水增加50m3/h的排水量，因此在设备选型时按正常涌水量857m3/h，最大涌水量为1284m3/h计算；矿井水处理15m扬程。〔二〕排水系统方案依据本矿井的开拓布置，矿井涌水量和排水高度等资料，设计对本矿井的排水系统方案进展了比较：方案一：主排水泵房设置在初期大巷最低点，排水管路沿副立井井筒敷设，将矿井涌水排至地面副立井工业场地，在副立井工业场地设置水处理站。该方案虽然排水管路相对较短，降低了管路投资，但是由于副立井较主井井口标高高出约273m，年排水电费约增加560余万元，且送往井下的洒水管路水压大，需100万元，综合运营费用较高。方案二：主排水泵房设置在初期大巷最低点，排水管路沿西大巷→主斜井井筒敷设，将矿井涌水排至主井场地。该方案虽然排水管路较长，管路损失较大，但主井较副立井井口低273m，排水设备工况扬程低，水泵级数少，设备投资省，电耗低。经上述综合分析比较，设计推举本矿井排水系统承受布置合理，综合运营费用低的方案二，即主排水泵房设置在初期大巷最低点，井下涌水由主井排出方案。〔三〕1、设计依据依据确定的排水系统方案，本矿井主排水泵房设置在+205m水平副立井井底车场四周的初期大巷最低点，排水管路经管子道、沿主斜井井筒敷设至地面。地质报告供给矿井正常涌水量807m3/h，最大涌水量为1234m3/h，考虑矿井井下洒水和黄泥灌浆渗水增加水量50m3/h，因此在设备选型时按正常涌水期排水量857m3/h，最大涌水期排水量为1284m3/h计算；初期大巷最低点标高+205m，主斜井井口标高+922m，排水垂高715m，考虑矿井水处理所需要增加的15m扬732m5800m。2、排水设备方案水泵及管路的初选泵应具有的排水力量：正常涌水量 Q1=1.2×857=1028.4m3/h;最大涌水量 Q2=1.2×1284=1540.8m3/h排水扬程 H=1.15×〔717+5〕=830.3m排水设备初选MDS420-96系列矿用耐磨离心式排水泵，其额定扬程应不小于830.3m。排水管路初选D=〔4×420/3.14×1.8×3600〕1/2=0.287m 取DN=0.30mDN300mm排水管路选用D325型复合钢管，吸水管路选用D377型复合钢管。排水管阻力损失：式中：－－速度压头系数，1；1－－直管阻力系数，2－－弯管阻力系数，0.76～1.0；3－－闸阀阻力系数，0.25～0.5；4－－逆止阀阻力系数，5～14；5－－管子焊缝阻力系数，0.03；6n－－弯管数量，个；3n－－闸阀数量，个；4n－－逆止阀数量，个；5n－－管子焊缝数量，个；6－－水与管壁的阻力系数；L －－排水管路总长度，m；dV－－排水管流速，m/s；d旧管时：H：sf式中：”－－直管阻力系数，2”－－弯管阻力系数，0.76～1.0；3”－－滤水器阻力系数，2～3；4”－－偏心异径管阻力系数，0.16～0.36；5n”－－弯管数量，个；3－－水与管壁的阻力系数；L－－吸水管路总长度，m；sV－－吸水管流速，m/s；sHsf旧

1.7H”sf

1.70.3350.57m排水系统阻力系数则排水系统Q-H特性曲线方程为H=722+8.407×10-4Q23、水泵及管路的计算机优化37-3-1。设备，基建投资低，水泵运行工况点效率高，年电耗少，年综合运行费用最低。故设计推举方案一作为本矿井主排水设备方案。内容单内容单位技术参数方案一方案二方案三设计依据矿井正常涌量m3/h857矿井最大涌量m3/h1284排水垂高m732水泵型号MDS420-96×9MD360-92×9排水设水泵台数台78MD420-96×9系列〕7电机型号YB4极2YB4极2YB4极2

矿井主排水设备选型方案比较表备电机参数10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325×215-D325×184-D325×21正水泵工作台数台343常排水管工作趟数343流量m3/h413.81343390.6扬程m865.96837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48轴功率kW1282.4010501243.6日排水时间h/d16.5514.9917.55水泵工作台数台454排水管工作趟数454流量m3/h413.81343390.6扬程m865.96837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48轴功率kW1282.4010501243.6日排水时间h/d18.6117.9719.72年电耗kWh/a2922.9×1042920.7×1043005.0×104涌水期工况最涌水期工况最大涌水期工况吨水百米电耗kWh/〔t·hm〕万元0.39741794.50.40501968.70.41671794.5综合营运费用万元/a2058.82087.12108.1注：电价按0.6元/度。基建投资仅作为方案比选使用。式中：δ－－排水管路管壁计算厚度，cm；P－－管路最大工作压力，设计取为9.5MPa；DW－－管路管材外径，cm；1；[σ]－－管材需用应力，MPa；本公式已计入管材的制造误差及腐蚀附加厚度。代入各参数后：则排水管路壁厚选择为21mm。排水管路选用2趟D325×21型聚乙烯复合钢管〔基材为无缝钢管〕，分段选择壁厚。排水管路由+205m水平主排水泵房→管子道→主斜井井筒敷设至地面。正常涌水期3344管运行。〔2〕选定方案的设备及运行工况经计算机优化，并结合前期可研设计时专家的评审建议，本矿井主排水系统设备选用MDS420-96×9型矿用耐磨离心式主排水泵7台，每台水泵配套1台YB2系列4极10kV 1600kW矿用隔爆电动机。正常涌水期3台工作，3台备用，1台检修，最大涌水期4台水泵工作。鉴于本矿井的涌水水质较差，考虑到延长排水管路的使用寿命，减小管路维护工作量，主排水管路选用4趟D325矿用聚乙烯复合钢管〔基材为无缝钢管〕，分段选择壁厚。排水管路经管子道、主斜井井筒敷设3344管运行。矿井排水设备运行特性曲线详见图7-3-1。7-3-2。矿井排水设备运行工况详见表7-3-2。参数管路理论最大参数管路理论最大吸水高度H〔m〕s日排水时间t〔h/d〕正常涌水期7.0113.797.3216.55最大涌水期7.0115.57.3218.61备注管指管路未淤积时，旧管指管路淤积后。

水泵运行工况点参数表运行流量扬程效率计算轴功率方式Q〔m3/h〕H〔m〕1η〔%〕Nφ〔kW〕管旧管33管497413.81846.42865.9677.2377.621513.051282.31管旧管44管497413.81846.42865.9677.2377.621513.051282.31水泵运行时，日排水时间均＜20h，排水力量满足要求；水泵所需轴功率〔计算轴功率〕均小于所配电动1600kW，所选电动机容量满足水泵要求。行。射流泵接井下压缩空气管路作为备用能源。MZ941H-100J745X-100D运水仓淤泥方法，效率低、劳动强度大，不适合本矿井高产高效的要求，同时煤泥〔含ZQ-ⅢY1MQB-Ⅱ型泥浆抽排泵、脱水设备、浓缩设备及装车系统，能将水仓淤积的煤泥转化为煤饼，装载到井下无轨胶轮车上，运到地面，操作便利，使用牢靠，己在多对矿井中成功应用，反响ZQ-ⅢY35kW。〔四〕矿井主排水设备的供配电与掌握依据现行《矿山电力设计标准》、《煤矿安全规程》要求，井下主排水泵为一级负荷，主排水泵电机由井下中心变电所一对一供电，10kV高压电源线路承受MYJV-10kV3×70煤矿用交联聚乙烯电力电缆。井下主排水泵电机，承受高压软起动。同时，在水泵房设有就地操作箱。主排水泵供电系统图详见附图C1361G1-261·2-1。为了实现矿井井下主排水自动化，设计有自动化排水系统。该系统承受防爆PLC掌握，能依据井下水仓水位自动起停水泵，工作泵故障时，备用水泵自动投入。现场掌握器承受S7系列PLC，完成数据采集与掌握功能。并配置工业智能图形工作站，作为数据显示和操作监控设备。系统掌握点设于井下中心变电所中，为二合一掌握站，即井下排水三遥系统和中心变电所三遥系统共用硬件平台。1、操作方式：系统掌握具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。2、程控功能：PLC主要实现主排水系统的数据采集、动态显示及主排水泵自动启停、自动倒换等挨次掌握功能。3、监控功能：具有故障自诊断、流量、压力、设备运行工况和在线设备性能等参数、掌握系统状态、MCC系统等的连续实时显示以及报表打印、数据存储功能。4、水泵监控系统与井下掌握网联网，实现在矿调度室进展三遥。五、抗灾潜水电泵排水系统〔一〕概述本矿井正常涌水量807m3/h，最大涌水量为1234m3/h，比照现行《煤矿防治水规定》，水文地质类型为简单，涌水量在西北地区较大，对采掘工程、矿井安全构成肯定水害威逼。为此设计考虑在井底车场四周设置防水闸门，或者在正常排水系统根底上安装配备排水力量不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。鉴于本矿井井下水压大于6MPa，高压水闸门尚无定型设计产品，超高压防水闸门也还在争论阶段，考虑实际抗灾需要，以及目前潜水电泵设备进展状况，承受增加潜水电泵排水系统以增加矿井的抗灾排水力量，设计在井底车场主排水泵房水仓四周设潜水电泵系统，排水管路沿回风立井井筒敷设至地面。〔二〕本矿井回风立井井口标高为+1195m，井底车场主排水泵房水仓四周的标高为+205m，排水垂高990m。在主排水泵房水仓四周设置潜水电泵硐室，潜水电泵硐室标高为+205m，排水管路沿西回风大巷转回风石门3m水头。矿井最大涌水量1234m3/h，总排水高度993m，排水管路长度1880m。〔三〕1、抗灾潜水电泵选型依据排水力量要求、估算水泵扬程，本矿井抗灾潜水电泵排水系统选用 3台BQ550-1105/13-2500/W-S型，额定流量550m3/h，额定扬程1105m的矿用隔爆卧式潜水电泵，当井下突水或涌水量增大时，3台水泵同时工作，每台水泵配用1台4极、10kV、2500kW矿用潜水泵专用隔爆型电动机。2、排水管路选择445504Q36004Q3600VdDN300mm。

0.304(mD=0.30m，公称直径为式中：Vd

—设计排水管流速，m/s。结合所选水泵台数、水泵扬程，排水管路选用3趟外径为D325mm的聚乙烯复合钢管〔基材为无缝钢管〕，分段选择壁厚。当井下突水或涌水量增大时，3趟管路同时工作。排水管路由卧式潜水泵硐室→管子道→回风大巷→回风石门→回风立井井筒敷设至地面。3、管路阻力系数计算〔1〕①排水管路中阻力损失Haf按下式计算：式中：—速度压头系数，取1

=1；—直管阻力系数，2—DN300mm=0.027；L —排水管路总长度，本矿井抗灾排水系统为1880m；dD—排水管路公称直径，本矿井抗灾排管路管径为0.30m；—弯管阻力系数，0.76～1.0；3n—2个；3—闸阀阻力系数，0.25～0.5；4n—2个；4—逆止阀阻力系数，5～14；5V—排水管流速，m/s；d则，抗灾排水泵排水管路阻力损失：抗灾排水管路旧管〔淤积〕时阻力损失：②吸水管路及局部水头损失之和H，因潜水泵无吸水管，故可不考虑。sf③排水系统阻力系数则排水系统管〔管路未淤积时〕阻力特性方程为：H=H+RQ2=993+1.970×10-4Q2t旧管〔管路未淤积时〕阻力特性方程为：H=H+R’Q2=993+3.345×10-4Q2t式中：H—吸水面至排水口几何高差，m；本排水系统H=993m。t t4、水泵运行工况按管〔管路未淤积时〕阻力特性方程和旧管〔管路未淤积时〕阻力特性方程，在BQ550-1105/13型水泵特性曲线上绘出管路阻力特性曲线，得出水泵运行工况点。矿井抗灾排水设备运行工况点详见表7-3-3。抗灾水泵运行工况点参数表参数管路运行参数管路运行方式流量Q〔m3/h〕扬程效率η〔%〕计算轴功率H〔m