矿井排水设备选型设计.docx

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1、设计题目：矿井排水设备选型设计综放工作面选型设计本次设计是根据煤矿的实际情况、环境条件而制定的。好的煤矿机械设备选 型设计和供电系统，对于企业来说，可以更好的利用和合理分配电力资源， 促进 安全生产和降低生产成本。所有的设计方案都要以煤矿安全规程、煤矿井下 供电设计规范、煤矿电工手册等为准则。本设计介绍了矿井排水设备选型、综放工作面供电系统；排水设备选型主要 介绍确定排水系统、选择排水设备、给出指标经济核算、绘制水泵房布置图、绘 制管路系统图等；紧力及选用的电机功率的计算等；综放工作面供电系统主要是 介绍采煤工作面供电系统拟定、电缆选型校验、低压供电系统开关整定校验、高 压系统整定校验、接地保

2、护系统、漏电保护系统。总之，所有的煤矿机械设备选型和供电系统都是以井下安全生产所服务为 目的。设计一套完整、完善的煤矿机械设备选型设计和井下供电系统， 对煤矿安 全生产是必不可缺少的。关键词：机械设备选型；排水设备选型；选型设计；井下；综放工作 面；供电。目录2绪论4第一部分矿山固定设备选型设计 6矿井排水设备选型设计 61 .概述62 .排水设备及系统的选择 72.1 设计的原始资料72.2 水泵的型号及台数选择682.3 管路的选择83 .工况点的确定及校验 103.1 管路系统103.2 校验计算124 .电耗计算错误！未定义书签。4.1 年排水电耗错误！未定义书签。4.2 吨水百米电耗

3、校验错误！未定义书签。第二部分 综放工作面供电设计错误！未定义书签。1 .概述错误！未定义书签。1.1 综放工作面供电系统拟定2 错误！未定义书签。1.2 综放工作面负荷统计错误！未定义书签。1.2.1 材料道供电系统负荷：(660V) 错误！未定义书签。1.2.2 溜子道供电系统负荷：(660V)错误！未定义书签。1.2.3 工作面1140 V 供电系统负荷： 错误！未定义书签。2 .设备的选择、整定计算、校验10 11:错误！未定义书签。2.1 功率因数3： 错误！未定义书签。2.2 各变压器容量校验： 错误！未定义书签。3 .材料道供电系统： 错误！未定义书签。3.1 设备选择： 错误！

4、未定义书签。3.2 电缆的选择5错误！未定义书签。3.2.1 干线 错误！未定义书签。3.2.2 负荷线 错误！未定义书签。3.3 电压损失检验12： 错误！未定义书签。3.4 材料道开关整定方f算、校验： 错误！未定义书签。3.4.1 材料道配电点(3-5 # KBD-200A)整定：(动力)错误！未定义书签。3.4.2 材料道分支馈电(3-4 # KBD # - 400A )错误！未定义书签。3.4.3 材料道总馈电(3-1 # KBD-400A)错误！未定义书签。4 .溜子道供电系统： 错误！未定义书签。4.1 设备选择、校验： 错误！未定义书签。4.2 1#移变(660V)供电系统：

5、错误！未定义书签。4.2.1 电缆选择、校验1错误！未定义书签。4.3 电压损失检验： 错误！未定义书签。4.4 溜子道开关整定计算、校验： 错误！未定义书签。5 .工作面1140V系统： 错误！未定义书签。5.1 电缆的选择、校验：错误！未定义书签。5.2 开关整定计算、校验（2#移变系统）：错误！未定义书签。6 .高压供电系统: 错误！未定义书签。6.1 高压配电装置选择 错误！未定义书签。6.2 、移变高压电缆的选择、校验： 错误！未定义书签。6.3 高防开关整定计算、校验： 错误！未定义书签。6.3.1 242-148 移变高防（PBG25-6）整定错误！未定义书签。6.3.2 242

6、-125 高防（PBG25-6）整定错误！未定义书签。6.3.3 高防（PBG25-6）整定（材料道负荷） 错误！未定义书签。7 .接地保护措施错误！未定义书签。8 .漏电保护措施 错误！未定义书签。结论错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。附录错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。电力是现代煤炭工业的主要动力，在煤炭生产中占有十分重要的地位。 电力 可以方便、经济地远距离输送和分配，也可以方便地和其他各种能量形式相互转 换，并且在使用中还具有便于调度、 测量和实现自动控制的优点。根据我国的能 源发展战略，以煤矿为主体的矿山企业将得到优先发展，而矿山固定设备和矿山 供电系统在矿山企业的

7、安全生产中有处于十分重要的地位。本设计主要针对综采工作面的供电系统、矿井排水设备进行选型设计。1、矿井排水设备的选型设计。涌入矿井的水称为矿水。矿水主要有大气降水、地表水、含水层和老空区水 等。矿水积聚在巷道中不但影响到生产， 而且影响着工作人员的健康和安全， 因 此需要把矿水及时的排出。有时也需要向井下提供生产用水，如喷雾除尘、喷水 降温等。矿井生产无论是排水或供水，都由排水系统来完成。(1)排水设备的组成排水设备主要由水泵、电机、启动设备、管路、各种仪表和闸阀等组成。(2)排水设备的分类煤矿井下多是利用巷道的坡度，使矿水沿水沟自流汇集于水仓，然后由水泵 排至地面。排水设备按能否移动可分为固

8、定式和移动式；按泵的级数不同可分为单级泵 和多级泵。固定排水设备安装在泵房内，一般用于主排水系统和水平排水系统； 移动式排水设备用于下山掘进头、 井底水窝等地点的局部排水系统，它可随掘进 头延伸或水面下降而移动。(3)排水系统的确定矿井排水系统由矿井的深度、开拓系统、以及各水平涌水量的大小来确定。 排水系统主要分为：集中排水系统、分段排水系统。(4)水泵选型设计应做工作在对水泵选型设计之前首先统计工作面的正常涌水量、 最大用水量、测地高 度等。通过统计的参数进行分析、核算、校验，从而选择水泵的型号、所需台数、 趟数及管径的确定。排水系统又可以分为单水平开采的排水系统和多水平开采的排水系统。2、

9、煤矿供电系统1)供电系统是将发电厂或附近区域变电站的电源，通过输、变、到配电，再到 达受电用户的一整体供电网络。电是煤矿生产所必需的主要能源，供电的安全与 质量的高低，不仅会影响矿山企业的高效生产，而且会对矿井和矿井中工作人员 的安全构成严重的威胁。2)供电要求供电安全：供电安全有两个方面的意义，即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯、 煤尘爆炸事故。因此，为了避免事故 的发生，在井下供电方面应严格按照规程的有关规定，确保供电安全。供电质量：用电设备在额定值下运行时性能最好。因此，衡量供电质量高 低的技术指标是频率的稳定性和电压的偏移量。 供电频率由发电厂保证。对于频

10、 率为50Hz的工业用交流电，其偏差不允许超过额定值 0.2Hz 0.5Hz。对于 供电电压，送到用电设备的端电压与额定值总有一些偏差， 此偏差值称为电压偏 移。一般情况下，各种电气设备都能适应一定范围内的电压偏移，但是如果电压偏移超过允许范围，电气设备的运行情况将显著恶化， 甚至损坏设备。如交流电 机，当电压降低时，电动机转矩急剧下降，使电动机启动困难，运行温度高，加 速了绝缘的老化，甚至烧毁电机。因此一般规定电动机允许电压偏差范围为 5%。供电经济：使供电系统在运行中尽量减少损耗、提高效率，尽量降低供电 系统的基本建设投资和维护费用。 此外，在设备选型上应尽量选用低能耗、 功率 因数高的节

11、能产品。总之，要在安全生产安全用电的前提下，使用户得到可靠、 优质、经济的电能，并且在保证技术、经济指标符合要求的同时，尽可能的使系 统结构简单、便于安装维护、易于操作。3）电气设备的结构要求煤矿井下电气设备必须具有防爆和隔爆性能； 设备的外壳必须有足够的机械 强度和较好的防潮和防锈性能；具有良好过载能力；设备必须有机械、电气闭锁 及专用接地螺丝。常用的煤矿供电系统是：地面变电所一井下中央变电所一采区变电所 （一移 动式变电站）一工作面配电点。煤矿供电的电压等级：交流电包括 36V、127V、380V、660V、1140M 3KV 6KV 10KV等；直流电包括110M 220M 440M 2

12、50M 550V等等。井下采区供电方式有以下三种1 .地面变电亭：煤层埋藏较浅的矿井，在地面设变电亭，低压动力线经钻眼 送到顺槽及工作面。这种供电方式只适合小型矿井；2 .固定的采区变电所供电方式：动力变压器安装在采区变电所，通过放射式 电缆向用电比较集中的配电点供电，由配电点再向各采煤、掘进、运输等机械的 电动机供电；3 .综采及高档普采工作面：广泛采用的是移动变电站深入顺槽的供电方式。 采用移动变电站供电的优点：1 ）高压6KV或10KV深入负荷中心，供电容量大、距离短，电压损失小；2 ）提高了低压供电电压的等级，相应减小了电动机的体积，降低了电缆的截面积，在允许的电压损失范围内增大了供电

13、距离；3 ）移动变电站移动方便，能减少开拓碉室及搬移的费用和工时；采用移动变电站供电的缺点：1）采区功率因数较低；4 ）采区电网的年运行费用不断增加。解决方法:1）采用静电电容器进行无功功率补偿，以提高采区供电的经济性；2）提高功率因数，将采区电网的功率因数从0.50.6提高到0.90.95四、本次设计的内容主要有：1）矿井排水设备的选型设计；2）矿用胶带运输机的选型设计；3）综放工作面的供电系统设计；依据煤矿的实际情况、环境条件，对煤矿固定设备选型设计和井下的供电 设计是非常有必要的。第一部分矿山固定设备选型设计矿井排水设备选型设计1 .概述1）排水设备矿井排水设备包括水泵、水管及附件。根据

14、煤矿安全规程的要求，矿 井主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在 20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力 应不小于工作水泵能力的70%并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在 20h 内排出矿井24h的最涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的 25%水 文地质条件复杂的矿井，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，或另增设水泵。排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在 20h内排完24h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20h内排出矿井24h的最大涌水量。2

15、）矿用水泵的分类水泵的种类是多种多样的，可以分为离心式泵和轴流式泵两大类型，矿用水 泵多属于离心式泵。矿用水泵又分为：卧式、单级、单吸水泵，卧式、单吸、多级分段式水泵，卧式、多级螺壳式水泵，潜水泵，深井泵，吊泵 .3）排水系统在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小，管路敷设简 单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。当矿 井较深时可采用分段排水。涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。因 此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同时开采时，应根 据矿井的具体情况进行具体分析，综

16、合基建投资、施工、操作和维护管理等因素， 经过技术和经济比较后。确定最合理的排水系统。2 .排水设备及系统的选择2.1 设计的原始资料开拓方式为立井，其井标口图为+20mrj开米水平标图为-380m,正常涌水量 为280n3/h ;最大涌水量为850m3/h ;持续时间70d。矿水PH值为中性，重度 为10003N/m3,水温为15C。该矿井属于低沼气矿井，年产量为 18万吨。从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统，只需要在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有矿水集中排至地面。1 .水泵必须排水能力正常涌水期八 243QBqz 1.2qz 1.2 2

17、80 336m3/h20最大涌水期八 243Qmax qmax 1.2qmax 1.2 850 1020m /h式中QB 工作水泵具备的总排水能力，m3 / h ；Qmax 工作和备用水泵具备的总排水能力，m3 / h ；qz 矿井正常涌水量，m3/h；qmax矿井最大涌水量， m3 / h。2.水泵所需扬程估算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算,H syH b-380204448.89 m0.9式中 H B 估算水泵所需扬程，m ;Hsy 侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取Hsy= 井底与地面标高差+4 （井底车场与吸水井最低水位距离），m

18、；g 管路效率。当管路在立井中铺设时，g=0.90.89 ;当管路在斜井中铺设，且彳角30时，g=0.830.8;=3020o时，g =0.8 0.77; V 20 时，g = 0.77 0.74。2.2水泵的型号及台数选择61）水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产品目录中选取D450-60X 8型号泵，额定流量400m3/h额定扬程492m则：2）水泵级数的确定H b 448.89i - 7.5H i60取i =8级式中 i 水泵的级数；H i 单级水泵的额定扬程，m。3）水泵台数确定工作泵台数 n1 Q包336 0.84取ni=1Qe 400备用水泵台数n2 0.7

19、ni=0.7Xl=0.7 和 n21QU/Qe-n 尸 1020/400-1=1.55 取 n2=2 检修泵数0 0.25 n 1=0.25 X 1=0.25 ,取 n3=1因此，共选4台泵。2.3 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，选用典型四泵三趟管路系统，一条管路工作两条管路 备用。正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时，三台泵同 时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可 采用三台泵向三趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Q等于泵的流里。2、管材的选择由于井深远大于200m ,确定采用无缝钢管3)排水内径4QQ400dp : 0.0188

20、 :0.0188 .m 0.2535 0.307 mp 3600 Vp Vp, 1.5 2.2式中dp 排水管内径，m；Q 排水管中的流量，m3/h；Vp 排水管内的流速，通常取经济流速Vp = 1 . 52 . 2(m/s )来计算。从表11预选299X 11无缝钢管，则排水内径dp= (299-2X 11) mm =277mm表1-1热轧无缝钢管(YB231-70)外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.5 24.01464.5 36.02737.0 50.0953.5 24.01524.5 36.02998.0 75.01023.5 28.01594.5 36

21、.03258.0 75.01083.5 28.01685.0 45.03518.0 75.01144.0 28.01805.0 45.03779.0 75.01214.0 32.01945.0 45.04029.0 75.01274.0 32.02036.0 50.04269.0 75.01334.0 32.02196.0 50.04599.0 75.01404.5 36.02457.0 50.04809.0 75.0常用壁厚 尺寸系列2.53.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.08.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 1

22、7 18 19 2022 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 754)壁厚验算.Up 1)+C式中 dp 所选标准内径，cm；z 管材许用应力。焊接钢管z=60MPa无缝钢管z=80MPa；p 管内水压，考虑流动损失，作为估算p 0.011 a；C附加厚度。焊接钢管 C 0.2cm,无缝钢管C 0.1 0.2cm。所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算6=0.5 2.77 X ( 80 丝 0.011 44889 1)+0.15: 80 1.3 0.011 448.89=0.981cm0 1.1 cm因此所选壁厚合适。5)吸水管径根据选

23、择的排水管径，吸水管选用325X 8无缝钢管。3.工况点的确定及校验3.1 管路系统1-2所管路布置参照图1-2所示的方案。这种管路布置方式任何一 台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如图 示。图1-2泵房管路布置图2、估算管路长度排水管长度可估算为：Lp=HSy+ (40 50) m=404+ (40 50) m =(444454) m取Lp=450m,吸水管长度可估算为 3、管路阻力系数R的计算4 沿程阻力系数：Lx=7m o吸水管0.021 = 0.021dx0.30.3090.3=0.0299排水管,0.0210.0213 R =-= 0.0309 dp 0.2770

24、.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1-4中。附件名称数 量局部阻力系数底阀13.790o弯头10.294异径 管10.1x 4.0940吸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22X 2.6=5.2逆止阀11.7转弯二通11.544X0.294=1.176异径管10.5直流三通23X 0.7=2.130弯头22X 0.294 X 30/90=0.196p 12.372p排水管附件及局部阻力系数即:x dr1-8一0.02999.8150.03094.0941 440.03090.0309450_ _50.2771(1 12.372)40.277h2/ m5

25、= 7.607 10-5 h2/m5式中 R 管路阻力系数，s2/m5;lx、dx、dpIp 吸、排水管的长度，m;-一吸、排水管的内径，m;-一吸、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,0.021 dp 吸、排水管附件局部阻力系数之和。4、管路特性方程 新管：1 sy2_5_2KRQ2 266 1 7.607 10 5 Q2旧管2_5_22 sy KRQ2 404 1.7 12.932 10 5 Q2对于新管式中K 考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数,K=1,对挂污管径缩小 10%取K=1.7, 一般要同时考虑 K=1和K=1.7两种

26、情况，俗 称新管和旧管。5、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Q/(m3 h-1)100150200250300350400450Hi/m404.8405.7407408.8410.82413.3416.2419.4H2/m405.3406.9409.2412.1415.6419.8424.7430.2利用表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M,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 CM=525m3/h,H M=42

27、6m,4 M=0.79,HsM=5.2m,NM=765KW 旧管的工况点参数为CM2=515 m3/h ,吊=438m,rM2=0.8,Hs M=5.4m,NM=703KW 13 TlM1、4 M2均大于 0.7 ,允许吸上真空度 H5M=5.2m, 符合规范要求。3.2校验计算(1)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m台同时工作好似每天的排水小时数为：24qz24 280z - h 13.05h 20hnCM21 515最大涌水时采用三台泵三条管路排水，作并联等效管路特性曲线与三台泵 并联等效管路特性曲线与三台泵并联等效泵的扬程

28、曲线，交点为等效泵工作 点。反推可求得每台泵的工况点，以该工况点的流量Q=515m3/h计算排水时间为：max24qmax(n1 n2)CM224 1020(1 2) 51515.84h20h即实际工作时，只需3台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大 涌水量。(2)经济性校核。工况点效率应满足“ M1=0.790.85 4 max 0.85 x 0.8=0.68 ,4 M2=0.8 0.68 0max(3)稳定性校核Hsy =404 0.9iH 0=0.9 X 8X 70=504m式中:0 单级泵最大扬程，m；(4)由D450 - 60型水泵特性曲线图可知 = 72m。经济流速校核。

29、吸水管中流速：VxQm12900 dx525 2 m/s 1.76m/ s 9000.3252(5)排水管中流速：vD pQM 1900 d2p525 2 m/s 2.08m/s 9000.2992吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求。(注：吸、排水管的经济流速通常取 吸水管高度校核。1.5 2.2m/s)Hx 巾 10 Pasm1pn 0.24lx-5 dx4 dx12Qm 1981005.210 9810167098100.243.142 9.80.029970.32554.094 10.3254530 236004.35m(6)实际吸水高度 电机功率计算。Hx=4mH x,吸水高度满足要求。Nd KdQm 1H m 11000 3600 M 1一 一 一 3 一 一一=1.19.81 10 525 426848.6kw1000 3600 0.79式中:K d 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=1.11.2 。水泵配套电机功率为Nd 850KW ,大于计算值，满足要求。