煤矿主排水系统设计.docx
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煤矿主排水系统设计
煤矿主排水系统设计
第一章设计的原始资料和任务
第一节原始资料任务
某竖井正常涌水量：
110m³/h，最大涌水量130m³/h，井筒垂直高度：
Hh=243，水处理池高度：
Hc=8m，最大涌水期65d，矿水中性，涌水密度1000N/m³，试选择一个可行的排水方案。
第二章选型设计的步骤和方法
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。
第一节水泵的选型
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=1.2×110m³/h=132m³/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=24/20qmax=1.2qmax=1.2×130m³/h=156m³/h
式中QB—工作水泵具备的总排水能力，m³/h；
QBmax—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、水泵所需扬程的计算
HB=Hsy/ηg=（243+8+5）/0.9=284.4m
Hsy—排水高度，Hsy=hh+hc+Hx
Hx—吸水高度，初选Hx=5~5.5m；此处取Hx=5
ηg—管道效率，与排水管敷设倾角a角有关，一般为：
当a=90°时，ηg=0.9~0.89；当a>30°时，ηg=0.83~0.8；a=30°~20°时，ηg=0.8~0.77；a<20°时，ηg=0.77~0.74。
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150DM30型水泵。
该水泵额定流量Qe=155m³/h，单级额定扬程He=30m，最高效率77%，对应的允许吸上真空度为6.9m。
（a）正常涌水时水泵工作台数
n1=QB/Qe≥132/155=0.85取n1=1台
（b）水泵级数
i=HB/He=284.4/30=9.48取i=10级
（c）备用水泵台数
n2=0.7QB/Qe=0.7×132/155=0.595取n2=1台
（d）检修水泵台数
n3=0.25QB/Qe=0.25×132/155=0.2125取n3=1台
（e）最大涌水时工作水泵台数
n4=QBmax/Qe=156/155=1.01取n4=2台
因为n1+n2=1+1=2所以n1+n2>n4
（f）水泵总台数
n=n1+n2+n3=1+1+1=3台
第二节管路的选择
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
管路布置参照图如图1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。
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
=0.0188
=0.166m
式中vp——排水管内的流速，通常取经济流速vp＝１.５～２.２（ｍ／s）来计算。
此处选vp＝2m/s
查表2-1，因井深小于400m，选管壁最薄的无缝钢管，外径180mm，壁厚5mm，则排水管内径
dp=（180-2×5）mm=170mm。
5、吸水管直径：
d´x=d´p+0.025=0.166+0.025=0.191mm
选标准无缝钢管外径194mm，壁厚5mm，内径
为184mm。
表2-1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/mm
89
3.5～24.0
146
4.5～36.0
273
7.0～50.0
95
3.5～24.0
152
4.5～36.0
299
8.0～75.0
102
3.5～28.0
159
4.5～36.0
325
8.0～75.0
108
3.5～28.0
168
5.0～45.0
351
8.0～75.0
114
4.0～28.0
180
5.0～45.0
377
9.0～75.0
121
4.0～32.0
194
5.0～45.0
402
9.0～75.0
127
4.0～32.0
203
6.0～50.0
426
9.0～75.0
133
4.0～32.0
219
6.0～50.0
459
9.0～75.0
140
4.5～36.0
245
7.0～50.0
480
9.0～75.0
常用壁厚尺寸系列
2.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.5101112131415161718192022252830323640505660637075
6、吸水管阻力损失：
=
=0.94m
查表12-2，因dx=184，故
=5.2，
=0.37，
=0.1
=0.0349，取
=7m
允许吸水高度
查150DM30性能曲线，工业区最大流量时的
=5.8m，故
=5.8-
-0.94=4.73m
7、排水管阻力损失计算
估算管路长度
排水管长度可估算为：
Lp=Hsy+（40～50）m=243+8+5+（40～50）m=（296～306）ｍ
取Lp=３05m，吸水管长度可估算为Lx=7m。
8、管路阻力系数R的计算
沿程阻力系数
吸水管λx=
=
=0.0349
排水管λp==
=
=0.0357
局部阻力系数吸、排水管及其阻力系数分别列于表2-2、表2-3中
表2-2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
1
5.2
90。
弯头
1
0.37
异径管
1
0.1
表2-3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
2
2×0.08=0.16
逆止阀
1
5.5
转弯三通
1
1.5
90。
弯头
4
4×0.37=1.48
异径管
1
0.1
直流三通
4
4×0.1=0.4
30。
弯头
2
2×0.37×30/90=0.25
9、排水管阻力损失：
查表12-2，
=0.08，
=5.5，
=1.5，
=0.1，
=0.37，
=0.125，
=0.1
=2×0.08+5.5+1.5+4×0.37+0.1+4×0.1+2×0.37×30/90
=9.39
13.5m
10、水泵所需总扬程
H=Hp+Hx+1.7
=（251+4.73）+1.7（0.94+13.5+1.92）/19.6=279.14m<300m
第三节校验计算
1、验算水泵级数
i=
=
=9.30取i=10级
2、排水时间的验算
正常涌水时，工作水泵n1台同时工作时每天的排水小时数
=24×110/155=17h≤20h
最大涌水期，工作水泵
、
台同时工作时每天的排水小时数
=24×130/2×155=10h≤20h
3、经济性校核
效率应满足
满足经济性要求。
=0.75
4、稳定性校核。
Hsy=256≤0.9iHo=0.9×340m=306m满足稳定性要求。
当流量为0m³/h时查150DM30性能曲线得HO=340m
5、经济流速的校核。
吸水管内流速
vx=
1.62m/s
排水管内流速
vp=
1.90m/s
吸、排水管中水的流速都在经济流速之内，满足要求。
注：
吸、排水管中的流速通常取1.5-2.2m/s
6、电动机功率计算。
N´d=Kd
=1.1×10000×155×284.4/1000×3600×0.77=175KW
式中
——电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于
100KW时，取
=1.1；当水泵轴功率为
10～100KW时，取
=1.1～1.2。
水泵配套电动机功率为Nd=225KW，大于计算值，所以满足要求。
第四节计算经济指标
1、全年排水电耗。
E=
=
=1.19×106kwh/y
——水的重度，
；由给定条件可知
=10000
、
——正常和最大涌水期泵工作台数；
、
——正常和最大涌水期泵工作昼夜数；
、
——正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数；
——传动效率，对直联接取1，联轴器联接取0.95～0.98；
——电动机效率，对于大电动机取0.9～0.94，小电动
机取0.82～0.9；
——电网效率，取0.95；
2、吨水百米电耗校验。
Et.100=
=
kwh/t.100
=0.459kwh/t.100<0.5kwh/t.100
参考文献
[1]毛君.煤矿固定机械及运输设备.北京.煤炭工业出版社，2006.
[2]牛树仁，陈滋平.煤矿固定机械及运输设备.北京.煤炭工业出版社，1988.
[3]周廼廷，严万生.矿山固定机械手册.北京.煤炭工业出版社，1986.
设计
主
排
水
设
计
计
算
学生：
刘智文
指导老师：
沈统谦
时间：
2012.12.20
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