1矿井排水系统设计技术统一口径矿井排水系统设计技术统一口径一、设计原则和依据设计原则和依据1、遵循《煤矿安全规程》 、 《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》 、 《煤炭工业矿井设计规范》和《煤炭工业小型矿井设计规范》以及其它有关规定；2、选用取得《煤矿矿用产品安全标志证书》的高效节能产品，安全可靠，技术先进，经济合理；3、采矿专业提供的矿井最大涌水量 Qm和正常涌水量 Qz、矿井水 PH 值、敷设排水管路井筒的井口和井底标高 H1、H2以及井筒坡度、矿井瓦斯等级二、排水泵站的能力确定排水泵站的能力确定1、最小排水能力计算（1） 、正常涌水量时工作水泵最小排水能力：Q1 =24Qz/20=12Qz（2） 、最大涌水量时工作水泵最小排水能力：Q2 =24Qm/20=12Qm2、水泵扬程估算H =K(Hp+Hx)式中， Hp 为排水高度, 且 Hp= H1- H2,Hx 为吸水高度, 估算一般取 Hx=5m,K 为管路损失系数,与井筒坡度有关:立井: K=1.1~1.15,斜井:当 α30时, K=1.25~1.2.3、 确定水泵台数根据计算的 Q1、Q2、H,查水泵样本选择水泵,并根据拟选水泵的主要技术参数，初步预计水泵的流量 Qb（一般为额定流量） ，按《煤矿安全规程》第 278条相关规定，分别计算出水泵站內工作水泵、备用水泵、检修水泵台数。
水泵站內水泵总台数 N 按下面两种情况计算1)、正常涌水量时：N= n1+ n2+ n32式中，工作水泵台数 n1= Q1/Qb, 且 n1≥1，当 n1不为整数时，其小数应进位到整数备用水泵台数 n2=07 n1，且 n2≥1，当 n2不为整数时，其小数应进位到整数检修水泵台数 n3=025 n1，且 n3≥1，当 n3不为整数时，其小数应进位到整数2)、最大涌水量时，水泵工作台数 n4= Q2/Qb，当 n4≤ n1+ n2时，则 N= n1+ n2+ n3，当 n4≥ n1+ n2时，则 N= n4+ n33） 、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井，应根据情况增设水泵，或预留安装水泵位置4） 、当矿井水 PH≤5 时，应选耐酸泵三、排水管路计算和管路布置排水管路计算和管路布置1、管路布置原则（1） 、根据《煤矿安全规程》第 278 条规定，井下排水管路应设工作管路和备用管路工作管路应能在 20h 内排出矿井 24h 正常涌水量，工作管路和备用管路应能在 20h 內排出矿井 24h 最大涌水量2） 、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》要求，每台水泵均能经两条管路排水，排水管路在泵站內宜作环形布置。
3） 、管路和水泵的匹配，宜一管一泵；如果水泵需要并联工作，一趟管路宜并联 2 台水泵，即一管二泵，最多不宜超过一管三泵；有时为了控制管内水的流速，1 台水泵也可并联二趟管路运行4） 、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井，视情况在井筒及管子道预留安装排水管位置2、管径计算（1） 、选择排水干管管径时，应根据矿井涌水量大小和矿井规模及服务年限，进行技术经济比较，确定合理的流速和管径2） 、管径计算dp=（Q/900πV ）1/2 （m）,3式中: Q—流经管内流量（m3/h） 一管一泵时 Q=Qb，一管二泵时 Q=2Qb，余类推V—管內水流速度，一般排水管內 V=12 m/s ,当 dp>200 mm 时，可适当增大，但不宜超过 25 m/s 3、管壁厚度计算，介绍两种方法：（1） 、根据原煤炭工业部联合编写小组编写的《矿井提升、通风、排水、压风设备设计手册》中所推荐的公式计算： δ=1/1+2p/[230(kz-0.65)–p] {[pdp/230(kz-0.65)-P]+c} （mm） (公式一)式中: dp—dp排水管外径 （mm）p—计算管段内部最大工作压力 （kg/cm2）kz—管材许用应力 (kg/mm2)，且 kz=0。
25σBσB—管材抗拉强度 (kg/mm2)，当不知钢号时，无缝钢管取 kz=8~10 kg/mm2，焊接钢管取 kz=6 kg/mm2C—附加厚度，一般取 C=1 mm2） 、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》 （送审稿）中推荐的公式计算： δ=δ’+c δ’= pDw/[2.3×(Rφ- 6.4)+p] (公式二)式中: p—计算管段的最大工作压力 （MPa） Dw—排水管外径 (cm )R—管材许用应力（MPa）,10# 钢: R=85, 15# 钢: R=95, 20# 钢: R=100φ—管子焊缝系数 无缝钢管取 1;螺旋焊接钢管：双面焊，全部探伤取 1.; 螺旋焊接钢管：双面焊，不探伤取 0.7.C—计入制造负偏差和腐蚀的附加厚度：4无缝钢管: C=0.15(δ’+1) (cm)说明: 管壁厚度计算公式较多，煤炭系统比较公认的为四大件设计手册中所推荐的公式，即(公式一)因此，在《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》未批准实施前,设计宜采用(公式一)计算但因按(公式二) 计算的管壁厚度比按(公式一) 计算的厚度大，所以在上述设计规范批准后，则应采用(公式二)计算，以使设计符合规范要求。
4、根据计算的 dp和 δ，选择标准无缝钢管5、吸水管 dx,一般比排水管 dp大一级，取 dx,= dp+0025（m） ，根据 dx, 选择标准钢管中管壁最薄的管子即可四、确定水泵工况点，检验排水系统（包括水泵和管路）设计选型计算的符合四、确定水泵工况点，检验排水系统（包括水泵和管路）设计选型计算的符合性确定水泵工况点，就是求出水泵 H-Q 特性曲线和管网特性曲线 H= Hc +RQ2的交点鉴于水泵样本给出的 H-Q 特性曲线，系由厂家通过模拟试验数据绘制而成，并不存在 H=f(Q)函数关系，因此，不能利用解方程求解目前一般都采用作图法确定水泵运行工况，其方法有二１、第一种方法，也即我院目前使用的方法，其步骤如下：（1） 、首先分段计算管路损失 Δh①、 吸水管部分 Δhx=(λxLx/dx+∑ζx)Vx2/2g∵ V=Q/900πd2 ∴Δhx =(λxLx/dx+∑ζx)Q2/2g（900πdx2）2=Rx Q2式中 Rx=(λxLx/dx+∑ζx) /2g（900πdx2）2②、排水管部分 a、水泵出口至排水干管段Δhp1=(λp1L p1/d p1+∑ζp1)V p12/2g =(λp1L p1/d p1+∑ζp1)Q2/2g（900πd p12）2=R p1 Q25式中 R p1=(λp1L p1/d p1+∑ζp1)/2g (900πd p12)2 b、排水干管段Δhp2=(λp2L p2/d p2+∑ζp2)V p22/2g =(λp2L p2/d p2+∑ζp2)（nQ）2/2g（900πd p22）2=R p2 Q2式中: R p2= n2 (λp2L p2/d p2+∑ζp2)/2g（900πd p22）2c、排水管部分阻力损失之和，按水泵与管路运行情况分别计算：Δhp=Δhp1+Δhp2= (R p1+n2 R p2) Q2（2） 、绘制管网特性曲线 H= Hc +RQ2 式中 Hc—测量高度，Hc= Hp+Hx R— 管道阻力，R= Rx + R p1+ n2 R p2，将 Hc、 R 数值代入，并考虑因沉积物使管径变小阻力增大系数，则H = Hp+Hx+1。
7（Rx + R p1+ n2 R p2）Q2（新管则不乘 17 系数） 在不同的 n 值下（n=1、2、3） ，给出不同的 Q 值，即可绘出管网特性曲线 3） 、确定水泵运行工况点水泵样本给出的 H-Q 特性曲线和绘出的管网特性曲线 H= Hc +RQ2,两条特性曲线的交点 M 即为水泵运行工况点（如图 1） 该点对应的 Q、H、η、npsh，即是水泵运行时的流量、扬程、效率和必须的汽蚀余量贴插图 1）（4） 、根据工况点对应的 Q、H，检验矿井最大涌水量和正常涌水量时水泵工6作台数、管路趟数及每天水泵工作时间水泵和管路的各种配合运行方式，均应能保证水泵每天工作时间不超过 20h从图 1 可知，此时水泵的实际流量为Qb＇，则要求：T1=24Qz/n Qb＇≤ 20h，T2=24Qm /n Qb＇≤ 20h 同时检验排水管中水的流速，V= n Qb＇/900πd p22，如超出经济流速范围，则应调整管路系统，或采取其它措施，直至满足要求 (5)、计算电动机的容量：先按一管一泵（n=1）运行时水泵工况点对应的 Q、H、η 计算出水泵的轴功率：N=QHr/102×3600η电动机的容量：Nd’=KQHr/102×3600ηηm，式中 K—电动机容量的富余系数，K=1。
1~12，ηm—傳动效率，直联取 1，联轴节取 12，r —矿井水的容重，一般 r=1020 kg/m3根据 Nd’选择电动机 （一般电动机由水泵厂成套供应） 6） 、按水泵在管路未淤积前（即新管）一管一泵运行时水泵的工况计算水泵的轴功率，检验电动机是否过负荷２、第二种方法,即四大件设计手册中介绍的方法，其步骤如下：（1） 、首先分段计算出管路损失 ΔhΔh=Δhx+Δhp1+Δhp2，按一管一泵（n=1）运行，计算公式与第一种方法相同2） 、水泵总扬程HZ= Hc +17Δh+1（新管则不乘 17 系数）（3） 、建立管网特性曲线 HZ= Hc +RQ2R=（HZ- Hc）/ Q2，（4） 、确定水泵运行工况点①、一管一台泵运行时水泵的工况点确定一台水泵的 H-Q 特性曲线和管网特性曲线 H= Hc +RQ2两条特性曲线的交点 3 即为水泵运行工况点，见图 2）②、一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定7两台同型号水泵并联特性曲线的绘制，是在相同扬程条件下，两台水泵流量相加绘成的，如图 2 所示它与管网特性曲线（按一管一台泵运行）之交点 1即为二台并联水泵的工况点，点 1 对应的 Q、H 为并联工作水泵的实际流量和扬程；点２为并联工作时每台水泵的工作点；点３为一台水泵单独工作时的工作点。
从图 2 可知，Q= Q’1＋Q’1＝ 2 Q’1，一般 Q=（16）Q1贴插图 2）③、一管三台泵并联运行时水泵的工况点确定与一管二台泵并联运行时水泵的工况点确定方法相同，如图 3 所示贴插图 3）④、三台相同水泵向两条管路输水的并联工作，如图 4 所示除了一条管路的8特性曲线 C—E 外，还要绘制两条管路的合成特性曲线 C—E’合成特性曲线的绘制，是在同一扬程下把管路中的流量相加而成图中：点 1 定出泵站的最大输水量，点 2 定出每条管路中的输水量，点３定出每台水泵的输水量贴插图 4）⑤选择电动机和计算水泵工作时间，与第一种方法相同3、两种方法的比较第一种方法是先计算出一管一泵或一管多泵管路特性曲线，它们与水泵特性曲线的交点即为水泵运行工况点，也就是先定出单台水泵 Q，再计算泵站输水量而第二种方法则是先定泵站输水量，再定出每台水泵 Q但两种方法的共同点都是基于水泵并联运行时管中的流量 Q 成倍增加，并以此绘制并联后的水泵特性曲线和管路特性曲线实际上流量 Q 并不是成倍增加（约为１６倍） ，因而都存在一定的误差但第一种方法中并联管路特性曲线是通过计算后一次绘制的，而第二种方法中并联管路特性曲线是通过人工二次合成的，因而相对误差较第一种方法为大。
五、泵站布置五、泵站布置1、泵站主要尺寸（1） 、泵站长度 L=n L1 +(n-1) L2+(3~5) (m)式中: L1—机组长度，9L2—机组间净间距，应满足电动机抽芯和水泵检修的需要， 3~5 m 是考虑值班室和堆放检修工具及零配件的需要，可视具体情况而。