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1、XX 矿业井底泵房排水设计总工程师：机电矿长：生产科：机电科：编制：机电科2015年 6月 15日一、概述：XX矿业核定生产能力90 万 t/a ，斜井开拓方式，一采两掘生产布局，走向长臂式采煤方法，综采放顶煤生产工艺，水文地质条件简单类型，矿区所在区域蒸发量较大，大气降水对矿井影响较小。井底泵房位于矿井最低位置，设计承担整个矿井排水任务。二、总体排水方案：矿井单水平开采， 设计采用集中排水法， 管路敷设简单， 设备、设施维护管理费用低， 同时考虑排水经济性， 选择多泵联合工作方式，结合简单、可靠原则，选用排水点直排至地面的一级排水方式。但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。三、设
2、计原始资料根据生产科提供的井底水仓设计图纸和涌水量预计 中相关资料：正常涌水量 60m3 /h ；最大涌水量 550m3 /h ，持续时间 90d；矿井水弱碱性， PH值为 7.1 ，重度为 10000N/m3 ，水温为 8；井底水仓泵房预计标高 +1661m，井口标高 +1795m，垂直高差 135m，排水路线长度约 660m。水仓容积计算矿井在 2011 年曾发生突水，最大突水量 550m3 /h ，呈不断减小趋势，至 2013 年 8 月矿井涌水量稳定在 60m3 /h 左右，分析充水水源为邻近大平滩矿井火烧区积水，充水通道为近南北向的构造裂隙带。 A6 煤层回采过程中的疏放水工作已将大
3、平滩煤矿火烧区积水水位降低，但并未疏干，未来开采 A6 以下煤层时，邻近大平滩煤矿火烧区积水可能成为矿井的重要充水水源，充水强度将大于回采A603工作面时的突水强度。预测矿井最大涌水量不小于550m3 /h 。矿井正常涌水量和最大涌水量相差较大，根据矿井最大涌水量550m3 /h 。水仓有效容积 V=8*Q*a=7040m3其中 ,V- 水仓有效容积 ,m3 ；Q-矿井正常涌水量， m3 /h;a-安全系数，取 1.6 。五、水泵的选型与计算煤矿安全规程规定：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） 。
4、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 的最大涌水量，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。1、水泵必须排水能力计算正常涌水期Q B24 q z201.2qz1.26072 m3/ h最大涌水期Q24 q1.2q1.2 550 660m3 / hmax20maxmax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 ； qma
5、x 矿井最大涌水量， m3 /h 。2 、水泵所需扬程计算井口标高 +1795m，井底泵房标高 +1661m，水泵需用扬程：Hsy1795 1661 4H B179.2mg0.77式中H B 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 +4m （水泵与吸水井最低水位距离）；g 管路效率。 当管路在立井中铺设时，g =0.9 0.89 ；当管路在斜井中铺设， 且倾角 30o 时, g =0.83 0.8 ； 30o 20o 时， g 0.8 0.77 ； 20o 时， g 0.77 0.74 。3 、水泵型号及台数选择 水泵型号
6、的选择根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。查泵产品目录选取MD450-60系列水泵。水泵级数的确定H B179.23i2.99H i60取 i=4 级式中i 水泵的级数；H i 单级水泵的额定扬程，m。水泵台数的确定工作泵台数 :n 1 Q B=72/450=0.16取 n1=1Qe备用泵台数： n20.7n 1取 n2=1n 2Qmax/Qe-n 1 = 660/450-1=0.47 ，满足规程“工作水泵和备用水泵的总能力，应能在 20h 内排出矿井 24h 的最大涌水量”的规定。检修水泵台数n30.25n 1=0.25 1=0.25取 n3=1考虑到矿井临近库车河， 受季节性地表降水、
7、突发性洪水影响严重，故另曾设同型水泵两台，用于防止突发性洪水。共选择 MD450-604 型水泵 5 台。五、管路的选择煤矿安全规程规定：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h 内排出矿井 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。选择五泵二趟排水管路系统，一用一备。管路材料和管径的选择由于排水高度接近 200m，且服务年限较长，从安全、维护角度考虑，选用无缝钢管。初选管径：选择排水管径是针对一定的流量寻找运转费用和初期投资费用两者之和最低的管径。 由于管路的初期投资费用与管径成正比，而运转费所需的电
8、耗与管径成反比。所以，通常用管内流速的方法求得，经济流速 Vp=2.0m/s。吸水管、排水管内径从五金手册中，选取近似的标准管径，初选 12 吋管径，外径为 325mm，壁厚 =8.5mm，DN300型。壁厚验算Z0.5dp（Z0.4p1.3p1） C式中 d p所选标准内径， cm； Z管材许用应力。60MPa；p管内水压，考虑流动损失，作为估算p0.011a ；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。=（ 600.4 * 0.011* 179.21） 0.20.5* 201.3* 0.01
9、1* 179.260=0.49cm=4.9mm8.5mm因此所选壁厚合适。吸水管管径根据水泵吸水口直径，选择 10 吋吸水管 DN250型 DN300型排水管直径，符合规程规定。六、工况点的确定及验算管路布置管路布置参照下图所示的方案。 这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过二趟管路中任意一趟排水。管路阻力系数计算沿程阻力系数对于流速v1.2m/s ，其值可按舍维列夫公式计算，即0.021d 0.3吸水管：排水管：附件名称90。 弯头附件名称闸阀逆止阀四通90。 弯头异径管0.021x0.2000.30.0340.021p0.0340.30.200吸水管附件及局部阻力系数数量局部阻力系数20.
10、588x0.588排水管附件及局部阻力系数数量局部阻力系数211.511.70613123.52810.5直流三通42.830。 弯头22 0.294 30/ 90 0.196p23.23R8xl xxpl p(1p )125454gdxd xd pd p 2840.58866014 h2/ m50.0340.30050.30040.0345(1 23.23)9.810.3000.300=300.1s 2/m5 =0.2310-4 h2/m5式中R 管路阻力系数，s2 / m5 ；lx 、l p吸、排水管的长度， m；dx 、 d p 吸、排水管的内径， m；管路特性方程H=Hc + RtkQ
11、2=134+0.2310-4 Q2式中： Hc排水高度134m；R 管路阻力损失系数 h 2/m5Q通过管路的流量m3/hK管内径变化而引起阻力损失变化的系数，对于新管 K=1管路特性参数表3）300400500600700800Q（m/hH1 /m136.07136.68139.75142.28145.27148.72管路特性曲线与泵特性曲线利用上图中各点数据绘制出管路特性曲线如图所示，管路特性曲线与扬程特性曲线的交点，即为管路水泵的工况点。由图中可知：新3管的工况点参数为QM=427m/h,N=360kW，M=0.72 0.7 ，允许上吸真空高度 Hx=6.2m，符合规范要求。八、排水时间
12、校验正常涌水量期间一昼夜内水泵工作时间：Q* 246024Tr13.37 ( h )20hZ * Qm1427最大涌水期间一昼夜内水泵工作时间：Qmax * 2455024T215.46 ( h ) 20hZ * Qm1427符合规程要求。九、经济性校核 M=0.72 0.85 max 0.85 0.8=0.68，满足要求。十、稳定性校核Hsy =1340.9iH 0=0.9 60*4=216m，满足要求。十一、电机效率验算Nd KdQMHM1.1* 10000* 427 * 212373.81000 * 3600* M1000 *3600 * 0.72Nd500kw，满足要求。式中Kd电动机
13、容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW时，取 Kd=1.1 。十二、年电耗计算EQMHMnZTZ Z nmaxTmax max1000 * 3600 * Mc d w=10000* 427* 2121* 3.37* 275 2 * 15.46* 901000* 3600* 0.72* 0.98* 0.94 * 0.92=1487335式中E 年排水电耗， kWh/a ；水的重度， N / m3 ；n 、 nmax 年正常和最大涌水期泵工作台数；Z 、max 正常和最大涌水期泵工作昼夜数；Tz 、 Tmax 正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数；c 传动效率，联轴器联接取 0.95 0.98
14、 ；d 电动机效率，对于大电动机取 0.9 0.94 ；w 电网效率，取 0.92 ；十三、最大排水能力计算水泵最大排水能力3根据水泵工况点，单泵排水能力427m/h ，检修泵除外， 4 台备用泵最大排水能力33。427m/h4=1708m/h排水管路最大排水能力查管径流量对照表得，DN300无缝钢管 2.0m/s 经济流速流量 508m3 /h ，最大流速按 3.0m/s 计算，最大流量 763m3 /s ，二趟排水管路最大流量 763m3 /s 2=1526m3 /h 。井底泵房设计最大排水能力 1526m3 /h 。目前泵房安装需用的5 台 MD450-60*4型水泵及配套控制设施均已购置到矿，待水仓施工完毕即可开始安装。