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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
