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1、*矿井排水设备选型设计*2设计的原始资料开拓方式为立井，其井口标高为+1215m，开采水平标高为+1173m,正常涌水量为80ma/h；最大涌水量为650ma/h；持续时间60d。矿水PH值为中性，重度为10003N/m3，水温为15C。该矿井属于高沼气矿井，年产量为 5 万吨。3排水方案的确定在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。集中排水开拓量小， 管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出， 则增加了电耗。当矿井较深时可采用分段排水。涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹 没矿井。因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。在煤矿生产中，单水平开采通常采
2、用集中排水；两个水平同时开 采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、 操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。确定最合理的排水 系统。从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平 开采方案的直接排水系统，只需要在 2343 车场附近设立中央泵房， 就可将井底所有矿水集中排至地面。4水泵的选型与计算根据煤矿安全规程的要求，主要排水设备必须有工作水泵备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的 70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在 20h 内排出矿井 24h 的
3、最大泳水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能 力的 25%。水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在主水泵房内 预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工 作水泵在 20h 内排完 24h 的正常涌水量。工作和备用水管的总能力， 应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。4.1 水泵必须排水能力计算Q =兰qb 20正常涌水期=1.2q = 1.2 x 320 = 384m3 / hz24Q - 20 qmax 20 max max最大涌水期=1.2q = 1.2 x 650 = 780m 3 / h式中 Q 工作水泵具备
4、的总排水能力， m3/hQmax工作和备用水泵具备的总排水能力，m3/h ；矿井正常涌水量， m3/h；qmax矿井最大涌水量，m3 / h 。4.2水泵所需扬程估算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即250 + 12 + 4冲=296 m耳0.9g式中估算水泵所需扬程，m ；侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的sy高度差，一般可取 H =井底与地面标高差+4（井sy底车场与吸水井最低水位距离）， m；管路效率。当管路在立井中铺设时,n =0.90.89；g当管路在斜井中铺设，且倾角a 30。时,n =0.830.8； a = 30。20。时，n =0.80
5、.77；gga V 20。时，n =0.770.74。g4.3水泵的型号及台数选择4.3.1 水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能力,初选水泵。从水泵产品目录中选取D280-100X4型号泵，流量300250 m3/h额定扬程 392-420m。则:4.3.2 水泵级数的确定4.93H296i =-H60i取i=5级式中 i水泵的级数；H 单级水泵的额定扬程， m i4.3.3 水泵台数确定工作泵台数Q 384n = b i Q 450e=0.85取 n=11备用水泵台数n $0.7n =0.7 X 1=0.7 和 n $Q /Q -n = 780/450-1=0.732 1 2 max e
6、 1 取n =12检修泵数n $0.25 n =0.25X1=0.25，取 n=1313因此，共选 3 台泵。5管路的选择5.1管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工 作一条管路备用。正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时， 两台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能 耗的角可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量 Q e 等于泵的流量。5.2管材的选择由于井深远大于 200m ，确定采用无缝钢管。dp5.3 排水内径二 o.0188F = 0.0188m = 0269 - 0326 mp式中d 排水管内径， m
7、p排水管中的流量，m3/h ；排水管内的流速，通常取经济流速v =1.52. 2p(m/ s)来计算。从表11预选325X 8无缝钢管，则排水内径d = (325-2X8) mm = p309mm表 1-1 热轧无缝钢管(YB231-70)外径壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm/mm893.5 24.01464.5 36.02737.0 50.0953.5 24.01524.5 36.02998.0 75.01023.5 28.01594.5 36.03258.0 75.01083.5 28.01685.0 45.03518.0 75.01144.0 28.01805.0 45
8、.03779.0 75.01214.0 32.01945.0 45.04029.0 75.01274.0 32.02036.0 50.04269.0 75.01334.0 32.02196.0 50.04599.0 75.01404.5 36.02457.0 50.04809.0 75.0常用2.5 3.0 3.5 4.0 4.55.05.56.0 6.57.07.5 8.0壁厚8.5 9.0 9.510111213141516171819尺寸20 222528 30 32 36 40 5056 60637075系列5 0.5dp5.4壁厚验算式中d所选标准内径，cm；p管材许用应力。焊接钢管
9、o =60MPa,无缝钢管o =80MPa； zz管内水压，考虑流动损失，作为估算p = 0.011H MPa ；BC附加厚度。焊接钢管C二0.2cm，无缝钢管C二0.10.2cm。所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算。=0.5 x 30.9+ 0.4 x 0.011 x 296-1.3 x 0.011 x 296+ 0.15=0.704cm 0.8cm因此所选壁厚合适。5.5 吸水管径据根选择的排水管径，吸水管选用351X8无缝钢管。6工况点的确定及校验6.1管路系统管路布置参照图1-2 所示的方案。这种管路布置方式任何一 台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水
10、，排水管路系统图如 图 1-2 所示。图 1-2 泵房管路布置图6.2估算管路长度排水管长度可估算为：L =H + （4050） m=266+ （4050） m= （306316）m p sy取L = 3 15m，吸水管长度可估算为L =7m。px6.3管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管0.021 0.021人 = =0.3 = 0.0292xdx30.3350-3排水管0.021 0.021A= 0.0299pdp0-30.3093局部阻力系数吸、排水管及其阻力系数分别列于表 1-3、表 1-4中表 1-3 吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数底阀13.790。弯头10.29
11、4异径管10.12 . = 4.094x表 1-4 排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀22 x 5.5 二 11.04逆止阀13.2转弯三通11.590。弯头44 x 0.294 二 1.176异径管10.5直流三通44 x 0.7 二 2.830。弯头22 x 0.294 x 30/90 二 0.1962 匚=20.412pr = 8 九Lx +兰亠+九+(i +症)丄兀 2 g x d 5 d 4P d 5p d 4xxpp87=fE2 X 帛4.094+0.3354+ 0.0299X3150.3095(1+20.412)10.3094h2/m5=501.69s 2 /
12、m5=501.69 x ()2 h 2 / m53600= 3.871x10-5h2 /m5式中R管路阻力系数，s2 /m5 ；1、1 吸、排水管的长度，m；xpd、d吸、排水管的内径，m；xp九、九一一吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v$l. 2m/s，其值 xp可按舍维列夫公式计算，即0.021九=d0.3Y x、Y p吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表 1-3、 1-4。6.4管路特性方程新管H =H + KRQ2 = 266+lx 3.871x10-5 x Q 2 1 sy旧管H =H + KRQ2 = 266 +1.7x3.871x10-5 xQ2
13、2 sy式中K考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1，对挂污管径缩小10%，取K=1.7，般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。6.5 绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取8 个流量值求得相应的损 失，列入表 1-5 中。表 1-5 管路特性参数表Q/(m3 h-1)200250300350400450500550H/m1267.268.269.270.272.273.275.277.54572877268.270.271.274.276.279.282.285.H/m261915359利用表1-5中各点数据绘制出管路特性曲线如图1-7所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为 M 和 M ，即为新、旧 12管路水泵的工况点。由图中可知：新管的工况点参数为Q =532m3/h,H =277m, n =0. 8,Hs =5.1m,N =498KW；旧管的工况点M1 M1 M1 M1 M
