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1、1.1 对排水系统的要求在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井生产有重要意义。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的矿水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了使排水设备能在安全、可靠和经济的状况下工作，必
2、须做好确定排水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转，直到正常运行各环节的工作。1.1.1 矿水来源矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂缝与井下沟通时，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层水和老空水。地下水在开采过程中不断涌出。矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“q”表示，其单位为 m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。为了对比
3、不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以 K 表示相对涌水量，则K=24q/T （m 3/t）式中 q绝对涌水量，m 3/h；T同期内煤炭日产量，t。1.1.2 矿水性质矿井水中会有各种矿物质，并且会有泥沙、煤屑等杂质，故矿井水的密度比清水大，15。 C 矿水的密度约为 1015-1025kg/m3。按 PH 值矿水可分为碱性 PH7、中性 PH=7、弱酸性PH=46 和强酸性 PH=03。酸性水对排水设备的非耐酸金属零件产生腐蚀作用，减少排水设备正常使用年限。矿水中含有的悬浮状固体颗粒进入水泵后加速金
4、属表面的磨损。当 PH5时，要求排水设备（包括泵、管路等）应选用耐酸材料，或者对水质进行中性处理。对于矿水中的悬浮颗粒应在水泵前加以沉淀，而后再经泵排出矿井。1.2 对排水设备的要求排水设备是煤矿大型固定设备之一，为确保矿井设备安全生产，要求排水设备在矿井服务年限内，必须安全、经济、可靠、合理的工作。选择的排水设备及其布置方式必须符合矿井安全规程和煤矿工业设计规范以及国家有关的技术规定；同时，在技术合理的前提下，应尽可能提高设备的装备效率和设备本身的完好率，充分发挥设备的潜力。1.2.1 固定式排水设备 固定式排水设备安装在副井井底车场附近的泵房内，做主排水用，它将全矿或大部分矿水排至地面1.
5、2.2 移动式排水设备移动式排水设备主要用于掘进工作面（含建井期凿井排水）或淹没坑道的排水并要求排水设备能随工作面的推进或水位下降而移动。1.3 离心式水泵的分类1、按叶轮数目分（1）单级水泵 泵轴上有仅装有一个叶轮(2) 多级水泵 泵国上装有几个叶轮2、按水泵吸水方式（1）单吸水泵（2）双吸水泵3、按泵壳的结构分（1）螺壳式水泵（2）分段式水泵（3）中开式水泵4、按泵轴的位置分（1）卧式水泵（2）立式水泵5、按比转数分（1）低比转数水泵 比转数 =40-80（2）中比转数水泵比转数 =80150（3）高比转数水泵比转数 =150-300第二章 矿井排水系统的选型设计2.1 设计原始资料：某矿
6、年产量 110万吨，竖井开拓，井口标高+42.50m，水平标高-155.00m，正常涌水量 4.80m3/min，最大涌水量7.50m3/min，矿水中性，矿水密度 1020kg/m3，最大涌水期按 65天计算，服务年限 40年。22 设计方案由资料，可供选择的排水系统有以下两种：2.2.1 直接排水系统直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如果单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。图（a）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（b ）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直接排到地面。图（c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经
7、济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平的排水设备直接排到地面。图（d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定，又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直接排到地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直接排到地面。这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。2.2.2 分段排水系统分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另
8、外，多水平同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。图（a）是竖井单水平开采时，由于井深已经超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的分段排水系统。图（b ）是斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障时会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多，井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。根据上述的有关规定，本着尽量减少水的泵数量的原则，并且考虑基建、维护、运行成本的
9、简易程度，选用直接排水系统作为本设计的排水方法。2.3 设备选型2.3.1 初选水泵的型号和台数选择水泵的型号和台数应符合规程和规范的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选择其中尺寸小、效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。2.3.1.1 排水系统对水泵的要求：（1）水泵必须具备的总排水能力：正常涌水时，工作水泵必须具备的总排水能力= =1.2 =1.2288=345.62420 最大涌水时，工作水泵和备用水泵必须具备的总排水能力= =1.2 =1.2450=540 2420 式中 、 矿井正常涌水量和最大涌水量，m/h 备用水泵的工作能力=
10、0.7=345.60.7=241.92 =540345.6=194.4 取二者较大值 =241.93检修水泵的工作能力= QB0.25=345.60.25=86.5式中 矿井正常涌水量，m/h矿井最大涌水量，m/h工作水泵排水能力，m/h备用水泵排水能力，m/h检修水泵排水能力，m/h（2）估算水泵必须的扬程：=（ + ）/ = / = (42.5+115+5)/0.9=180.56 式中 水泵所必须的扬程，m排水高度， m吸水高度， m测地高度（实际扬程），一般取 =井底与 地面标高差+5（井底车场与水仓最低水位距离），m管路效率，对竖井， =0.90.87 23.2 初选水泵型号因为矿水呈
11、中性，所以选择 D型泵。查泵产品样本，依据计算的工作水泵的排水能力 和所需扬程 ，可选泵的型号为： 泵 D500-57,级数为i= = =3.17 180.5657取 i=4。泵 D450-60，级数为i= = =3.01 180.5660取 i=4。两水泵详细资料如下：D450-60型离心泵参数流量 功率P(KW)型号 级数(m/h) (L/s)扬程H(m)转速n(r/min) 轴功率电机功率效率%必须汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)叶轮直径D450-606 450 125 360 1480 551.5 680 80 4.4 2820 430注：曲线图系单级性能，叶轮名义直径 D2=
12、430，转速n=1480r/min。级数增加时，扬程按比例增加，流量不变。例如：3 级扬程系图中曲线查得的扬程乘 3，4 级乘 4，其余类推。流量 功率P(KW)型号 级数(m/h) (L/s)扬程H(m)转速n(r/min) 轴功率电机功率效率%必须汽蚀余量(NPSH)r(m)泵重(kg)D280-435 500 139 399 1480 671 850 81 5 3060检验水泵稳定性:（1）因 = + =42.5+115+5=162.5m而 =i =557=228m0 0故 =162.50.9 =0.9228=182.4m 0D500-57型水泵满足稳定性要求。（2)因 = + =42.
13、5+115+5=162.5m而 =i =465=240m0 0故 =162.50.9 =0.9240=216m 0D450-60型水泵满足稳定性要求。2.3.3所需水泵的台数D500-57:（1）正常涌水时工作水泵的台数：= = =0.691345.6500取 1台。（2）备用水泵的台数0.7 =0.4832 1取 1台。（3）检修水泵的台数0.25 =0.1733 1取 1台。故选用 3台水泵。正常涌水时，1 台工作，1 台备用，1 台检修；最大涌水时，2 台工作，1 台检修。D450-60:（1）正常涌水时工作水泵的台数：= = =0.7681345.6450取 1台。（2）备用水泵的台数
14、0.7 =0.53762 1取 1台。（3）检修水泵的台数0.25 =0.13443 1取 1台。故选用 3台水泵。正常涌水时，1 台工作，1 台备用，1 台检修；最大涌水时，2 台工作，1 台检修。1. 管路的选择计算2.1 管路的条数、布置和管材的选择a) 管路趟数的选择 根据规程有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在 20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在 20小时内排出矿井 24小时的最大涌水量。涌水量小于 300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。b) 其管路系统布置如图图 3-4（a）1）图 3-4（a）是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。图 3-4 四台水泵管路布置方式（b）2）图 3-4(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵工作可各用一趟管路排水。（
