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1、核桃峪煤矿排水设计1核桃峪煤矿核桃峪煤矿 123123 主排水泵选型计算设计主排水泵选型计算设计一、概述一、概述本矿井采用主斜井、副立井、回风立井综合开拓方式，主斜井井口标高为+922m，副立井、回风立井井口标高均为+1195m，副立井、回风立井落底标高均为+220m，主斜井与暗主斜井斜交，暗主斜井落底标高为+206m，初期大巷最低点标高为+205m。根据地质报告，本矿井正常涌水量 807m3/h，最大涌水量为 1234m3/h，正常涌水量大于120m3/h，最大涌水量大于 600m3/h，对照现行煤矿防治水规定 ，属水文地质条件复杂矿井。按照现行煤矿防治水规定及煤矿安全规程要求，本矿井应当在
2、井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。根据本矿井开拓方式，结合现有成熟的防水闸门产品参数，设置防水闸门抗灾暂无合适的设备，因此设计在正常排水系统基础上配备潜水电泵抗灾排水系统。二、矿井主排水二、矿井主排水（一）设计依据地质报告提供矿井正常涌水量 807m3/h，最大涌水量为 1234m3/h，考虑矿井井下洒水和黄泥灌浆析出水增加 50m3/h 的排水量，因此在设备选型时按正常涌水量 857m3/h，最大涌水量为 1284m3/h 计算；矿井水处理所需要增加 15m 扬程。（二）排水系统方案根据本矿井的开拓布置，矿井涌水量和排水高度
3、等资料，设计对本矿井的排水系统方案进行了比较：方案一：主排水泵房设置在初期大巷最低点，排水管路沿副立井井筒敷设，将矿井涌水排至地面副立井工业场地，在副立井工业场地设置水处理站。该方案虽然排水管路相对较短，降低了管路投资，但是由于副立井较主井井口标高高出约 273m，年排水电费约增加 560 余万元，且送往井下的洒水管路水压大，需增加管路壁厚，管路投资增加约 100 万元，综合运营费用较高。方案二：主排水泵房设置在初期大巷最低点，排水管路沿西大巷主斜井井筒敷设，将矿井涌水排至主井场地。该方案虽然排水管路较长，管路损失较大，但主井较副立井井口低 273m，排水设备工况扬程低，水泵级数少，设备投资省
4、，电耗低。核桃峪煤矿排水设计2经上述综合分析比较，设计推荐本矿井排水系统采用布置合理，综合运营费用低的方案二，即主排水泵房设置在初期大巷最低点，井下涌水由主井排出方案。（三） 矿井主排水泵房排水设备1、设计依据根据确定的排水系统方案，本矿井主排水泵房设置在+205m 水平副立井井底车场附近的初期大巷最低点，排水管路经管子道、沿主斜井井筒敷设至地面。地质报告提供矿井正常涌水量 807m3/h，最大涌水量为 1234m3/h，考虑矿井井下洒水和黄泥灌浆渗水增加水量 50m3/h，因此在设备选型时按正常涌水期排水量 857m3/h，最大涌水期排水量为1284m3/h 计算；初期大巷最低点标高+205
5、m，主斜井井口标高+922m，排水垂高 715m，考虑矿井水处理所需要增加的 15m 扬程后，排水总垂高为 732m，排水管路敷设长度约 5800m。2、排水设备方案水泵及管路的初选（1）泵应具有的排水能力：正常涌水量 Q1=1.2857=1028.4m3/h;最大涌水量 Q2=1.21284=1540.8m3/h排水扬程 H=1.15（717+5）=830.3m（2）排水设备初选MDS420-96 系列矿用耐磨离心式排水泵，其额定扬程应不小于 830.3m。（3）排水管路初选D=（4420/3.141.83600）1/2 =0.287m 取 DN=0.30m 即 DN300mm排水管路选用
6、D325 型复合钢管，吸水管路选用 D377 型复合钢管。（4）排水系统阻力系数排水管阻力损失：21233445566(+)2d afVHnnnng式中：速度压头系数，1；1直管阻力系数，2263600.027572.40.3dgL D 核桃峪煤矿排水设计3弯管阻力系数，0.761.0；3闸阀阻力系数，0.250.5；4逆止阀阻力系数，514；5管子焊缝阻力系数，0.03；6弯管数量，个；3n闸阀数量，个；4n逆止阀数量，个；5n管子焊缝数量，个；6n水与管壁的阻力系数；排水管路总长度，m；dL排水管流速，m/s；dV2244 4201.651/360036000.3d gQVm sD21.6
7、5051+572.4+5 1+1 0.5+1 14+1100 0.03=86.90m2 9.81afH（）旧管时：1.7=1.7 86.90=147.73mafafHH旧吸水管路及局部水头损失之和：sfH223345()2s sfVHng 式中：直管阻力系数， 226.50.02580.480.35ssL d 弯管阻力系数，0.761.0； 3滤水器阻力系数，23； 4偏心异径管阻力系数，0.160.36； 5弯管数量，个； 3n水与管壁的阻力系数；吸水管路总长度，m；sL核桃峪煤矿排水设计4吸水管流速，m/s；sV2244 4201.21/360036000.35s sQVm sd21.21
8、(0.48 12.65+0.36)0.3352 9.81sfHm 旧管时：1.71.7 0.3350.57sfsfHHm旧排水系统阻力系数-4 22147.73+0.57=8.407 10420afsfHHRQ则排水系统 Q-H 特性曲线方程为 H=722+8.40710-4Q23、水泵及管路的计算机优化根据矿井排水系统和参数，经我院通过部级鉴定的矿井排水设备选型优化设计计算程序设计计算，选出了适合本矿井主排水泵房的 3 个排水设备方案，其技术经济参数详见表 7-3-1。从方案表中可以看出，方案三所选排水系统设备，排水能力大，但水泵运行工况效率低，年电耗高，基建投资多，年综合营运费用也较高，故
9、设计不予推荐；方案二所选排水系统设备，虽然电动机容量较小，但水泵台数多，年电耗较高，基建投资也较多，因水泵运行工况效率低、综合营运费用也较高，设计也不予推荐；方案一所选排水系统设备，基建投资低，水泵运行工况点效率高，年电耗少，年综合运行费用最低。故设计推荐方案一作为本矿井主排水设备方案。核桃峪煤矿排水设计5矿井主排水设备选型方案比较表矿井主排水设备选型方案比较表表 7-3-1 技 术 参 数内 容单 位方案一方案二方案三矿井正常涌量m3/h857矿井最大涌量m3/h1284设 计 依 据排水垂高m732水泵型号MDS420-969MD360-929MD420-969 （原PJ200系列）水泵台
10、数台787电机型号YB2系列4极YB2系列4极YB2系列4极电机参数10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排 水 设 备排水管路4-D325215-D325184-D32521水泵工作台数台343排水管工作趟数343流量m3/h413.81343390.6扬程m865.96837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48轴功率kW1282.4010501243.6正 常 涌 水 期 工 况日排水时间h/d16.5514.9917.55水泵工作台数台454排水管工作趟数454流量m3/h413.81343390.6扬程m865.96
11、837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48轴功率kW1282.4010501243.6最 大 涌 水 期 工 况日排水时间h/d18.6117.9719.72年 电 耗kWh/a2922.91042920.71043005.0104吨水百米电耗 kWh/（thm）0.39740.40500.4167基 建 投 资万元1794.51968.71794.5综合营运费用万元/a2058.82087.12108.1注：电价按0.6元/度。基建投资仅作为方案比选使用。（1）排水管路壁厚按下式计算：核桃峪煤矿排水设计6WP D1.150.152.3 ( 6.4)P
12、式中：排水管路管壁计算厚度，cm；P管路最大工作压力，设计取为 9.5MPa；DW管路管材外径，cm；管路焊缝系数，无缝钢管取 1；管材需用应力，MPa；本公式已计入管材的制造误差及腐蚀附加厚度。代入各参数后：9.5 32.51.150.152.3 (85 1 6.4)9.5=2.02 =20.2 cmmm 则排水管路壁厚选择为 21mm。排水管路选用 2 趟 D32521 型聚乙烯复合钢管（基材为无缝钢管） ，分段选择壁厚。排水管路由+205m 水平主排水泵房管子道主斜井井筒敷设至地面。正常涌水期 3 泵 3 管运行，最大涌水期 4 泵 4 管运行。（2）选定方案的设备及运行工况经计算机优化
13、，并结合前期可研设计时专家的评审建议，本矿井主排水系统设备选用 MDS420-969 型矿用耐磨离心式主排水泵 7 台，每台水泵配套 1 台 YB2 系列 4 极 10kV 1600kW 矿用隔爆电动机。正常涌水期 3 台工作，3 台备用，1 台检修，最大涌水期 4 台水泵工作。鉴于本矿井的涌水水质较差，考虑到延长排水管路的使用寿命，减小管路维护工作量，主排水管路选用 4 趟 D325 矿用聚乙烯复合钢管（基材为无缝钢管） ，分段选择壁厚。排水管路经管子道、主斜井井筒敷设至地面。正常涌水期 3 泵 3 管运行，最大涌水期 4 泵 4 管运行。矿井排水设备运行特性曲线详见图 7-3-1。矿井排水
14、系统布置详见图 7-3-2。矿井排水设备运行工况详见表 7-3-2。水泵运行工况点参数表水泵运行工况点参数表表 7-3-2 核桃峪煤矿排水设计7参数 管路运行 方式流量 Q（m3/h ）扬程 H1（m ）效率 （% ）计算轴功率N（kW）理论最大 吸水高度 Hs（m）日排水 时间 t （h/d）新管497846.4277.231513.057.0113.79正常涌水期旧管3 泵 3 管 413.81865.9677.621282.317.3216.55新管497846.4277.231513.057.0115.5最大 涌水期旧管4 泵 4 管 413.81865.9677.621282.317
15、.3218.61备 注新管指管路未淤积时，旧管指管路淤积后。水泵运行时，日排水时间均20h，排水能力满足要求；水泵所需轴功率（计算轴功率）均小于所配电动机容量 1600kW，所选电动机容量满足水泵要求。为了节约能源，设计选用 ZPB-G 型高压气液两用射流装置，使水泵实现无底阀运行。射流泵接井下压缩空气管路作为备用能源。设计选用 MZ941H-100 型矿用电动隔爆闸阀，实现水泵房自动化控制；选用 JD745X-100 型多功能水泵控制阀，减小水垂对排水系统的冲击。泵房内设置起重梁，配置手动单轨小车和环链手拉葫芦，以便于设备安装和维修。根据本矿井开拓方式及井下辅助运输无轨化的特点，传统的人工挖掘，清仓绞车清运水仓淤泥方法，效率低、劳动强度大，不适合本矿井高产高效的要求，同时煤泥（含有水）运输也不方便，还影响井下环境。为此，设计考虑选用国内近几年开发的 ZQ-Y 型水仓自动清挖系统 1 套，用于井下水仓清理。该系统含有淤泥搅拌设备、MQB-型泥浆抽排泵、脱水设备、浓缩设备及装车系统，能将水仓淤积的煤泥转化为煤饼，装载到井下无轨胶轮车上，运到地面，操作方便，使用可靠，己在多对矿井中成功应用，反应较好。ZQ-Y 型水仓自动清挖系统总装机容量约 35kW。核桃峪煤矿排水设计8核桃峪煤
