矿山排水设计

煤矿主排水系统设计

竖井正常涌水量：331m³/h，最大涌水量545m³/h，井口标高：H h=446，最大涌水期65d，矿水中性，涌水密度1010kg/m³.

本设计根据煤炭部制定的《煤矿安全规程》及《煤矿工业设计规范》，在保证及时排除矿井涌水的前提下。使排水总费用最小，选择最优方案。

根据《煤矿安全规程》的要求，水泵必须有工作、备用和检修水泵，其中工作水泵应能在20h内排出24h的正常涌水量（包括充填水及其它用水）。备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70%。工作和备用水泵的总排水能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%。水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，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，或另外增加排水能力。

1、水泵最小排水能力的确定

根据《煤矿安全规程》的要求，工作水泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。因此正常涌水时，工作水泵最小排水能力应为

Q B=24/20q z=1.2q z=1.2×331m³/h=397.2m³/h

在最大涌水期，工作和备用水泵必须的排水的排水能力为

Q B m ax=24/20q max=1.2q max=1.2×545m³/h=654m³/h

式中 Q B—工作水泵具备的总排水能力，m³/h；

Q Bmax—工作和备用水泵具备的总排水能力，m³/h；

q z—矿井正常涌水量，m³/h；

q max—矿井最大涌水量，m³/h。

2、水泵所需扬程的计算

H B =H sy/ηg=（446+4）/0.9=500m

ηg—管道效率，与排水管敷设倾角a角有关，一般为：当a=90°时，ηg=0.9~0.89；当a>30°时，ηg=0.83~0.8；a=30°~20°时，ηg=0.8~0.77；a<20°时，ηg=0.77~0.74。

3、水泵型号及台数选择

根据计算的 QB、HB，从水泵的技术规格表中初选效率较高的D450-60x9型水泵。该水泵额定流量Qe=450m³/h，额定扬程,He=513m （a）正常涌水时水泵工作台数

n1=Q B/Q e≥397.2/450 取n1=1台

（b）水泵级数

i=H B/He=500/60 取i=9级

（c）备用水泵台数

n2=0.7Q B/Q e=0.7×397.2/450 取n2=1台

（d）检修水泵台数

n3=0.25Q B/Q e=0.25×397.2/450=0.2125 取n3=1台

（e）最大涌水时工作水泵台数

n4= Q Bmax/Q e=545/450 取n4=2台

因为n1+n2=1+1=2 所以n1+n2>n4

（f）水泵总台数

n=n1+n2+n3=1+1+1=3台

管路的选择

1、管路趟数及泵房内管路布置形式。根据泵的总台数，选用典型的三泵两趟管路系统，一条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，一台水泵向一趟管路供水，最大涌水时，只要两台泵工作就能达到在20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管内流量Qe等于泵的流量。

2、管路系统

管路布置参照图如图1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。

泵房内管路布置图

3、管路材料。由于井深大于200m，确定采用无缝钢管。

4、排水管内径

排水管直径d´p=0.0188

Qe==0.282m

vp

式中 vp——排水管内的流速，通常取经济流速vp＝１.５～２.２（ｍ／s）来计算。此处选vp＝2m/s

查表9-5，选Ф325x13无缝钢管，外径325mm，壁厚13mm，则排水管内径

dp=（325-2×13）mm=299mm。

壁厚验算同书上

5、吸水管直径：

根据选择的排水管内径。吸水管选用Ф351x8无缝钢管

排水管长度可估算为：

L p=H sy+（40～50）m=450+（40～50）m=（490～500）ｍ

取L p =500m ，吸水管长度可估算为L x =7m 。

管路阻力系数R 的计算

沿程阻力系数

吸水管 λx = 0.3dx 021.0=0.021

0.30.335

= 0.0292 排水管 λp =

0.3

p d 021

.0=

0.021

0.30.299

= 0.0302 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 1 3.7 90。

弯头 1 0.294 异径管 1 0.1

4.094x

ζ

=∑

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 2 2 5.511⨯=

逆止阀 1 3.2 转弯三通 1 1.5

90。弯头 4 40.294 1.176⨯=

异径管 1 0.5

直流三通 4 40.7 2.8⨯=

30。弯头 2 20.29430/900.196⨯⨯=

20.412p

ζ

=∑

2

][454521

)1(8

p p p p p x x x x x d d l d d l g R ξλξλπ∑+++∑+= 2545

25

4

87 4.094500

{

0.02920.03029.810.3350.3350.2991

(120.412)]}/0.299

[h m π=⨯++⨯+

⨯+

25

22

5525

1045/11045()/3600

8.0610/s m h m h m -==⨯=⨯

式中 R ——管路阻力系数，25/s m ；

x l 、p l ——吸、排水管的长度，m ；

x d 、p d ——吸、排水管的内径，m ；

x λ、p λ——吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v ≥1.2m/s ，其值

可按舍维列夫公式计算，即

0.30.021d λ=

x ζ∑、p ζ∑——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

252

14501 5.01610sy KRQ Q -H =H +=+⨯⨯⨯ 旧管

252

2450 1.7 5.01610sy

KRQ Q -H =H +=+⨯⨯⨯ 式中 K ——考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损