井巷工程 水泵房设计大纲向晋涛.docx
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井巷工程水泵房设计大纲向晋涛
井巷工程课程设计
学院：
资源与环境工程学院_
班级:
采矿工程0901_
学号:
200901124023
姓名：
向晋涛
指导老师：
刘艳章
设计日期：
2012.1.2
目录
1坑内排水设施......................................................3
1.1矿山排水方案设计及计算........................................3
1.1.1矿山各中段涌水量........................................3
1.1.2矿山排水方案............................................3
1.1.3深部排水能力............................................3
1.1.4排水设备选择............................................4
1.1.5排水管径................................................4
1.1.6吸水管直径..............................................5
1.1.7吸水管的实际流速........................................5
1.1.8排水管与吸水管的选择....................................5
1.2变电硐室设计.................................................5
2水泵房尺寸设计...................................................5
2.1水泵房的长度.................................................5
2.2水泵房的宽度................................................6
2.3水泵房基础的近似计算.........................................6
2.4水泵房的高度.................................................7
2.5水泵房相关硐室...............................................7
2.5.1吸水井，配水巷和配水井.................................7
2.5.2管子道.................................................7
2.5.3泵房通路...............................................7
2.6水仓设计.....................................................7
3.水泵房的支护设计.................................................9
3.1水泵房支护设计...............................................9
3.2配水巷，吸水井及配水井支护设计...............................9
3.3管子道与泵房通道支护设计.....................................9
3.4水仓支护设计.................................................9
4.水泵房的掘进工程量...............................................9
5参考文献........................................................10
水泵房设计说明书
1坑内排水设施
1.1矿山排水方案及计算
1.1.1矿山各中段涌水量
该矿各水平地下总涌水量如表1。
表1-1各中段矿坑涌水量表
矿山名称
地表标高（m）
水泵房水平（m）
地下总涌水量Q（m3/d）
正常
最大
湖北某铜矿
+35
-165
3109
10700
-205
3209
11780
要设计的水泵房为-205水平
1.1.2矿山排水方案
由于该铁矿矿井深度不大而且涌水量也不大，为了能够减少开拓量，而且使管路敷设简单，管理费用降低，集中排水方案能够满足以上要求。
所以采用集中排水方案。
1.1.3深部排水能力
1）设备必须的排水能力
160.45
1.1×（35+205+5.5）=270.05m
根据
1和H初选水泵型号，确定其流量
（m3/h）和扬程H（m）。
式中
———矿井正常涌水量，m3/h；
K———扬程损失系数。
对于竖井，K=1.1；
Hh———井筒深度，m。
根据
和H查表的，选择型号为200D43×7的水泵
2）正常涌水量期间所需水泵的工作台数
160.45/190=0.844n取1（台）
式中
———一台水泵的排水能力，m3/h。
3）最大涌水量期间所需水泵的工作台数
11780/（20*190）=3.1n取4（台）
因此，选择三台此种型号的水泵，在正常涌水量情况下，一台工作，一台维修，两台备用，其中一台的排水能力能在20h内排出一昼夜的正常涌水量，在最大涌水量期间，四台泵同时工作。
4）正常涌水量期间一昼夜内水泵工作实际时间
3209/190=16.8h
1.1.4排水设备选择
根据矿山固定手册选择水泵的型号、台数见下表
表1-2排水设备选择
型号
流量
（m
/h）
扬程
（m）
转速
（rpm）
吸程
（m）
效率
（％）
200D43×7
190
317.1
1480
7.2
73
配带电动机
口径（mm）
外形尺寸
长
宽
高（mm）
重量
（kg）
型号
容量
（kw）
吸入
吸出
JR137-4
350
200
200
3808×1200×1285
5245
1.1.5排水管径
1）管径计算：
m
式中Vd———排水管中的水流速度，m/s。
根据有利的排水管流速度取：
Vd=1.5～2.2m/s，这里取
Vd=1.75m/s
———排水管标准管内径205mm
2）排水管管壁厚度计算
综上可知，这里
取7mm。
1.1.6吸水管直径
ds=Dg+25～50=205+40（mm）取245mm
吸水管直径一般比排水管直径大一级，选取标准管径ds为245mm
1.1.7吸水管的实际流速
1.1.8排水管与吸水管的选择
采用Φ219×7无缝钢管，壁厚为7mm,理论重量36.60kg/m。
3趟排水管，1趟工作，2趟备用。
排水管总长为1000m。
吸水管选用YB-231-64型Ф245无缝钢管，壁厚为7mm。
吸水管总长为15m。
1.2变电硐室设计
井下变电硐室设在-205m水平水泵硐室一侧，6KV电源从地面变电所取得，井下变电硐室中安装6/0.4KV变压器（560KV）两台，向-205m水平的水泵和其他用电设备供电。
经过计算，变电硐室选用直墙三心拱断面形式,变电硐室宽度通常为0.8~2.0m。
此处取2.0m。
变电硐室长度通常为3.2~5.0m。
此处取4.65m。
变电硐室最大净高距底板面2.9~3.2m。
此处取3.0m。
经过计算，变电硐室选用直墙三心拱断面形式，硐室长4.65m，高3.0m，宽2.0m。
井筒电缆选用YJV32-3×90电缆2路，一路工作，一路备用。
2水泵房尺寸设计
中央水泵房由泵房主体硐室、配水巷、管子道及通道组成。
中央水泵房和水仓构成了中央排水系统，此次设计的中央水泵房按照吸入式水泵房设计。
2.1水泵房的长度
式中
———水泵台数，台；
Li———水泵机组（包括电动机）的总长度，3.808m;
A———水泵机组的净空距离，m,一般为1.5～2.0m,取2.0m
水泵房的长度取25.23m；
2.2水泵房的宽度
（2-2）
式中b1———水泵基础宽度，m；
b2———水泵基础边到轨道一侧墙壁的距离，以通过泵房内最大设备为原则，一般为1.5～2.0m，这里取2m；
b3———水泵基础边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为0.8～1.5m,这里取0.9m。
水泵房的宽度取4.5m；
2.3水泵房基础的近似计算
水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200mm。
大型水泵基础应高于泵地面150～300mm；小型水泵可以固定于岩石上。
临时性小型水泵可不设基础。
故水泵基础长L=3808+2
200=4208mm
水泵基础宽B=1200+2
200=1600mm
所以取水泵基础长为4208mm宽为1600mm
基础的容积：
式中
垂直往上的作用力
=（1.0~1.5）G，kg
垂直往下的作用力
=（1.5~2.5）G，kg
水平作用力
=（1.0~1.25）G，kg
G——水泵与电动机的重量，kg
——基础容积的比重，
=2000kg/
.
所以基础的容积取7.26
基础深度：
式中B——基础宽度，m；
L——基础长度，m；
0.15~0.30——基础高出水泵房离地面的高度，m本设计取0.20m
所以基础的深度取为0.38
2.4水泵房的高度
水泵房高度应满足检修时起重的要求，一般为3～4.5米。
根据水泵工作轮直径
来确定，若
≧350mm时，取4.5m；
≦350mm时，取3.0m。
由于水泵工作轮直径
大于350mm，所以高度选4.5m。
因此，水泵房尺寸为：
长×宽×高=25.232m×4.5m×4.5m。
2.5水泵房相关硐室
2.5.1吸水井，配水巷和配水井
配水井、吸水井和配水巷共同构成了配水系统。
配水井位于泵房主体硐室吸水井一侧，一般布置在中间水泵位置和中间吸水井通过溢水管直接相连。
根据配水井上部硐室安设配水闸阀的要求，一般配水井的尺寸是平行配水巷方向长2.5~3.0m，此处取2.8m。
垂直配水巷宽为2.0~2.5m，此处取2.5m。
深度为5.0~6.0m。
此处取5.0m。
配水井上方壁高为1.8~2.2m，此处取2m。
采用拱形或顶部配有钢梁的矩形断面。
配水井井底底板标高应低于水仓底板标高1.5m。
配水巷也位于吸水井一侧，通过溢水井与配水井和吸水井相通。
为了便于施工与清理，配水巷断面为宽1.0~1.2m，此处取1.0m，高2.0m的半圆拱形。
其底板标高高于吸水井和配水井1.5m。
吸水井多采用圆形断面，其直径为1.2~1.5m，此处取1.5m。
深度要保证水泵能可靠地工作，同时又不增加过多的工程量，一般取5.0~5.5m，此处取5.0m。
小井的上方的壁龛，其净高不低于1.8m。
这里取2.0m。
考虑到吸水井、配水巷及水仓的清理工作，因此，需设必要的水孔阀，以调节水的流向。
水孔与阀门直径，根据流入吸水井水量等于水泵同时工作的排水量来计算，即：
式中：
D——水孔流水管内径，m；
Q——吸水井流量。
m/h。
这里水孔流水管内径D取为0.4m。
2.5.2管子道
水泵房主体硐室与井筒连接的一段称为管子道。
其断面形状可以用平顶，圆弧拱或三心拱；断面尺寸根据管子架设高度和通过最大设备外形尺寸确定。
考虑防火安全，管子道需设砌碹或不燃性材料支护。
为了防止矿井被淹，仍能正常进行排水工作，要求泵房地坪面标高比泵房通路处井底车场底板标高高0.5m；管子道的高低差不得小于7m，倾角多为
。
为搬运方便，与井筒连接处，应有3米左右的一段平巷；当管子道倾角较大、水泵设备较重时，应留出放置临时小绞车的位置，以便提绞水泵等设备。
管子道和泵房相交处需设转盘。
倾角大、淋水也大的管子道，最好设置人行台阶，以利检修。
排水管、电缆等最好用托架或吊挂方式敷设，不宜直接放在管子道底板。
必须沿底板敷设时，一定要架设在管墩上，且管墩要比一般要高。
2.5.3泵房通路
泵房主体硐室与井底车场巷道连接的一段称为泵房通路。
其断面形状可采用梯形或拱形。
其断面尺寸可根据通过设备的外形尺寸确定。
从硐室内出口起5m内的通路要砌碹或用不燃性材料支护，并必须装设向外开的铁板门，铁板门全部敞开时，不得妨碍通路运输设备及交通。
铁板门上要装设便于关严的通风口，一边必要时隔绝通风。
装铁板门时，门内可以设向外开的铁栅栏门，但不得妨碍铁本门的开闭。
2.6水仓设计
水仓是一容纳矿水的坑道。
遇到突然断电或排水设备发生事故停止运行时，水仓可以受纳停歇期间的涌水，还起着沉淀矿水中固体颗粒的作用。
水仓应有主仓和副仓，两者轮换清理和使用。
主泵房的主仓和副仓，必须能容纳8h的正常涌量。
采区水仓容量不得小于4h正常涌量。
2.6.1水仓容量、长度和断面尺寸的确定。
水仓容量根据《矿山安全规程》有关规定按以下情况分别确定：
水仓有两条，一条为主仓，工作之用；一条为副仓，备用。
当矿井正常涌水量小于或等于1000m3/h时，按矿井8h正常涌水量计算；主要水仓有效容量按下式计算：
Q=8
式中Q——主要水仓的有效容量，m3；
——矿井正常涌水量，m3/h；
8——指8小时，h。
当矿井正常涌水量大于1000m3/h时，主要水仓有效容量按下式计算：
Q=2（
+3000）>4
式中符号意义同前。
此时水仓容量按4h正常涌水量计算而不是8小时计算。
因为淹井事故的发生不是因为水仓容积小而造成的。
当
>1000m3/h时，若按8
计算，则Q太大，水仓工程太大。
在本设计中，矿井正常涌水量为133.7m3/h，则主要水仓的有效容量为：
Q=8
=8×180.45=1069.6m3
水仓的长度和其断面积当其容量一定时时相互制约的。
为利于澄清水中泥沙和杂物，水仓中的水流速一般为0.003～0.007m/s。
此种条件下，可按下式计算：
L=
式中L——内水仓长度，m；
Q——水仓计算容量，m3
S——水仓净断面积，
。
水仓断面大小要根据水仓容量、水仓长度、水仓布置形式、水仓入口标高、水泵吸水高度和施工、清理方便等诸多因素全面考虑。
水仓断面多设成单轨巷道，其净断面为5～7平方米。
若采用双轨则为8～10平方米。
断面高度不低于2米。
水仓净断面积
[4]
其中Q——泵房正常排水能力，
；
——矿井正常涌水量，
；
v——水仓内水的流速，为了有利于水仓中杂质沉淀，一般为0.003~0.007m/s，这里取0.003。
水仓断面设成单轨巷道，并且水仓净断面积取5.21
。
断面高度不低于2米,本设计中断取为半圆拱形，取断面高度为2.20m，宽度为3.0m。
则水仓长度为：
L=
m
综上所述水仓长为205.2m
3.水泵房的支护设计
3.1水泵房支护设计
水泵房采用混凝土支护，水泵房所处围岩f=4～6,由巷道净跨度为4500mm,查《井巷工程》表5-18得：
拱厚度为250mm,壁厚为350mm,混凝土强度等级为C20。
3.2配水巷，吸水井及配水井支护设计
配水巷，吸水井及配水井的岩石为f=4～6，查《井巷工程》表5-18得：
皆采用C20混凝土砌碹支护，壁厚为200mm,底板铺厚100mm。
3.3管子道与泵房通道支护设计
管子道与泵房通道岩石为f=4～6，巷道净跨度为2500mm，查《井巷工程》表5-18得：
皆采用C20混凝土砌碹支护，拱厚为170mm，壁厚为250mm,底板铺厚100mm。
3.4水仓支护设计
水仓采用混凝土支护，水泵房所处围岩f=4~6,由巷道净跨度为3000mm,查《井巷工程》表5-18得：
拱厚度为200mm,壁厚为250mm,底板铺厚230mm，混凝土强度等级为C20。
4.水泵房的掘进工程量
4.1水泵房参数计算
水泵房断面形式为三心拱，在净断面上其断面参数为：
拱高
大圆半径R=0.692B=0.692×4500=3114mm
小圆半径r=0.262B=0.262×4500=1179mm
大圆弧圆心角一半：
小圆弧圆心角：
拱弧长
拱面积
水泵房的净断面为：
水泵房的掘进量为
水泵房的掘进工程量为：
支护工程量为：
4.2管子道参数计算
管子道断面形式为圆弧拱，在净断面上其断面参数为：
拱高
圆弧半径R=0.5417B=0.5417×2500=1354.25mmm≈1354mm
圆弧圆心角的一半：
管子道净高为2.00m，净宽为2.50m，净长为16.00m.
管子道净断面为：
管子道掘进断面为：
管子道的掘进工程量为：
管子道的支护工程量为：
4.3水仓参数计算
水仓断面形式为半圆拱，在净断面上其断面参数为[2]：
圆弧半径为R=
B=0.5×3000=1200mm
水仓高度为2.20m水仓长度为205.2m水仓净宽为3.00m
则水仓的净断面积为：
S净=
则水仓的掘进面积为：
掘进工程量为：
支护工程量为：
表4-1水泵房的掘进工程量表
工程名称
规格高×宽
（m2）
长度
（m）
掘进断面
（m2）
净断面
（m2）
掘进工程量（m3）
支护工程量（m3）
水泵房
4.50×4.50
25.23
22.15
18.81
558.89
84.39
管子道
2.00××2.50
16.00
5.34
4.42
85.44
14.72
水仓
2.20×3.00
2.5.20
9.61
7.89
1972.44
354.95
合计
37.10
31.12
2616.77
454.06
5参考文献
[1]东兆星、吴士良.井巷工程.徐州:
中国矿业大学出版社,2004
[2]王运敏.中国采矿设备手册（下册）.北京:
科学出版社,2007
[3]冶金矿山设计参考资料编写组.冶金矿山设计参考资料（上册）.北京:
冶金工业出版社,1973
[4]采矿设计手册编写委员会.采矿设计手册4（矿山机械卷）.北京:
中国建筑工业出版社,1988
[5]周昌达等.井巷工程.北京:
冶金工业出版社,1979
[6]周荣、严万生等.采矿固定机械手册.北京:
煤炭工业出版社,1986
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