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1、核桃峪煤矿排水设计主排水泵选型计算设计一、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
2、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(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
3、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,电耗低。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
4、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+205m,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
5、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:式中:速度压头系数,1;直管阻力系数,弯管阻力系数,0.761.0;闸阀阻力系数
6、,0.250.5;逆止阀阻力系数,514;管子焊缝阻力系数,0.03;弯管数量,个;闸阀数量,个;逆止阀数量,个;管子焊缝数量,个;水与管壁的阻力系数;排水管路总长度,m;排水管流速,m/s;旧管时:吸水管路及局部水头损失之和:式中:直管阻力系数, 弯管阻力系数,0.761.0;滤水器阻力系数,23;偏心异径管阻力系数,0.160.36;弯管数量,个;水与管壁的阻力系数;吸水管路总长度,m;吸水管流速,m/s;旧管时:排水系统阻力系数则排水系统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
7、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。矿井主排水设备选型方案比较表表7-3-1 内 容单位技 术 参 数方案一方案二方案三设计依据矿井
8、正常涌量m3/h857矿井最大涌量m3/h1284排水垂高m732排水设备水泵型号MDS420-969MD360-929MD420-969(原PJ200系列)水泵台数台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排水管路4-D325215-D325184-D32521正常涌水期工况水泵工作台数台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日排水
9、时间h/d16.5514.9917.55最大涌水期工况水泵工作台数台454排水管工作趟数454流量m3/h413.81343390.6扬程m865.96837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48轴功率kW1282.4010501243.6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
10、。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: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: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,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
11、-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表7-3-2 参数 管路运行方式流量Q(m3/h)扬
12、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)正常涌水期新管3泵3管497846.4277.231513.057.0113.79旧管413.81865.9677.621282.317.3216.55最大涌水期新管4泵4管497846.4277.231513.057.0115.5旧管413.81865.9677.621282.317.3218.61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
13、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。(四)矿井主排水设备的供配电与控制根据现行矿山电力设计规范、煤矿安全规程要求,井下主排水泵为一级负荷,主排水泵电机由井下中央变电所一对一供电,10k