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1、华北科技学院毕业设计（论文）摘 要认真分析题目要求，根据矿井安全生产的政策，法规，应用历史设计经验，结合煤炭行业发展现状，确定以严格遵守矿井安全规程和煤矿工业设计规范所规定的有关条款为依据，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想。根据设计任务书所提供资料，拟估矿井条件，确定矿井对排水系统的具体要求：通过多种渠道掌握给排水行业最新信息，初步选择排水方案并对设备选型，进行相关计算，确定设备工况；校验水泵的稳定工作条件、经济运行条件，排除不合理方案。对所剩方案进行经济核算，以吨水百米费用和初期投入为指标筛选出最终方案。选择系统配套附件，根据各设备外形尺寸及安装要求，并考虑其运行条
2、件，最终确定泵房及管路的布置图。最后对D型泵的结构及特点进行专题论述。关键词：矿井涌水、水泵、工况点、配套电机、配套电器控制设备、泵房、水仓泵房内水管敷设、起重梁、管子道和管子间、D型泵结构第 57 页 共 61 页 第1章 绪 论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
3、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。1.2矿水 在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。1.2.1 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。1.2.2
4、 涌水量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 （m3/t）式中 q绝对涌水量m3/h；T同期内煤炭日产量t1.2.3 矿水性质矿井水中会有各种矿物质，并且会有泥沙、煤屑等
5、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。1.3设计的指导思想排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动
6、化程度高，维护方便。排水系统是煤矿生产的重要环节，排水泵属煤矿大型固定设备，独立性强，备用系数大。它的稳定运行与否将直接影响到矿井的安全。煤矿排水的电耗占原煤生产电耗的10%30%，涌水量大的矿井可达60%（改造指南）。全国国有重点煤矿吨煤排水电耗6.77.5kw.h。在世界能源日益紧张的今天，我国部分地区也出现了“电荒”、“油荒”的现象，节能省电在排水系统选型中变得尤为重要。为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。1.4有关的方针政策在设计中必须遵守矿井安全规程（以下简称规程）和煤矿工业设计规范（以下简称规范）所规定的条款。 规程对井下
7、排水有如下的规定 第242条 主要排水设备（包括水泵，水管和配电设备）应符合下列要求：（一）水泵：必须有工作，备用和检修的水泵。其中工作水泵的能力，应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%；并且工作和备用水泵的总能力应在20小时内排出矿井24小时内的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可以根据具体情况，在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。（二）水管：必须有工作和备用的水管，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
8、。工作和备用水管的总能力，应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。（三）配电设备：应与工作，备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。第243条 主要泵房至少设置两个出口，一个出口通过斜巷于井筒相通，称为安全出口，这个出口应当高出泵房地面7米以上；另一个出口通到井底车场，为人员及设备出口，在这个出口的通道内，应设置容易关闭的既能放火又能防水的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立的通风巷道。第244条 主要水仓必须有主仓和副仓，其中一个仓工作，另一个水仓清扫
9、或备用。新建、改建的井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000 m3/h及其以下时，主要水仓（含副仓和主仓）的有效容量应能容纳8小时的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：V=2(qz+300) m3式中： V主要水仓的有效容量，m3；qz矿井正常涌水量，m3/h。但主要水仓的有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量;采区水仓的有效容量应能容纳4小时的采区正常涌水量。矿井最大涌水量同正常涌水量相差特大的矿井对水仓容量应编制专门设计，报矿务局总工程师批准。水仓进口处应设置篦子。对水砂充填、水力采煤和其它涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。第245条
10、水泵、水管、闸阀和排水用的配电设备等必须经常检查和维护，在每年雨季以前，必须全面检查一次所有零件都应补充齐全，并对全部工作水泵和设备用水泵进行一次同时运行试验。水仓、沉淀池和水沟的淤泥应由矿长组织力量每年至少清理两次，在雨季前必须清理一次。规范规定：第2136条主排水泵的选择，必须能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。备用水泵的台数应不小于工作水泵台数的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。检修水泵的台数按工作水泵台数的25%设置（以上计算有尾数时，均取偏上整数）。对于正常涌水量为50m3/h及以下，且最大涌水量为100m3/
11、h及以下的矿井可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。水文地质条件复杂的矿井，可根据情况增设水泵或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。第2138条 主排水管至少敷设两条，其中一条出现故障时，其余管路能在20小时的正常涌水量，全部管路的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。正常涌水量在50及以下的斜井一般敷设一条管路，其能力应在20小时内排出矿井矿井24小时的最大涌水量。第2139条 确定水泵扬程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以1.7系数。第2140条 矿井水PH值小于5时，排水设备应采取防酸措施。第2142条 每台水泵排水量小于100，两台水泵的吸水管可共用一
12、口吸水井，但其滤水器边缘间的距离不得小于吸水管直径的两倍。100及以上则应有独立的吸水井。水泵的电动机容量大于100kw.时，主排水泵房应设起重梁，敷设轨道与车场相通，在进口位置应有转车空间。第2章 初选排水系统2.1设计的原始资料煤矿竖井开拓，年产量105万吨，单水平开采，井口标高+58.00m , 水平标高-260.00m , 正常涌水量，最大涌水量，矿水中性，矿水密度 ，正常涌水期按300天计算，服务年限30年。由此，可供选择的排水系统有以下两种：2.2排水系统分类排水系统的选择与矿井的井深，开拓方式及各水平的用水量有关。目前，我国煤炭的排水系统，可分为直接排水系统和分段排水系统两种。直
13、接排水系统、分段排水系统。2.2.1方案一 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排地面。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排水设备直排地面。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排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井
14、井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。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。（图1.1）。图2.12.2.2 方案二 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。另外，多水平同时开采同时开采时，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
15、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是，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。（图1.2）。 (a) (b)图2.2根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法。（即直接排水法）第3章 排水设备的选型3.1初选水泵的型号和台数选择水泵的型式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。3.1.1 排水系统对水泵的要求1)水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工作水泵的排水能力应为： （31）由于该矿井，所以该煤矿所选工作
