矿井排水设备选型方法朱晓军

摘要:本课题的主要内容是矿山排水设备的选型及压水室形状对水泵性能的影响。

在此课题的过程中，主要运用分析、比较等方法，根据矿井安全生产的政策，法规，应用历史经验，结合煤炭行业发展现状，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的指导思想来进行综合的。

本课题来源与工程实际，因此在的过程中，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，然后通过校验水泵的吸水高度、排水时间，以及对各方案水泵装置效率的比较，排除不合理的方案，最后再对方案进行经济核算以确定方案的合理性。

有关压水室的专题方面的讨论，进一步优化了水泵的整体结构。

关键词：排水系统；水泵；工况点目录1绪论 (1)1.1 矿水来源及涌水量 (1)1.2 离心式水泵的分类 (1)1.3 的指导思想 (2)2 必备的原始资料和任务 (2)2.1 的原始资料 (2)2.2 任务 (2)3 排水设备选型计算 (2)3.1 依据原始资料 (2)3.2 排水设备方案 (3)4 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图 (5)4.1 估算泵房尺寸 (5)4.2 基础尺寸 (6)4.3 泵房尺寸 (6)4.4 水仓、水房及吸水井的尺寸 (8)5 离心泵结构和特点 (9)5.1 概述 (10)5.2 离心泵的工作原理、分类、型号及结构 (10)5.3 离心泵的气蚀 (10)5.4 离心泵型号及结构 (11)5.5 离心泵的主要零部件 (11)参考文献 (13)浅谈矿山排水设备1绪论1.1 矿水来源及涌水量在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。

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。

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24(1-1)qtK/式中 q——绝对涌水量；T——同期内煤炭日产量。

排水设备主要包括：水泵、配套电机、管路、泵房、管子道、水仓及电控设备等。

1.2 离心式水泵的分类1. 按叶轮数目分(1) 单级水泵泵轴上有仅装有一个叶(2) 多级水泵泵国上装有几个叶轮2. 按水泵吸水方式(1) 单吸水泵 (2) 双吸水泵3. 按泵壳的结构分(1) 螺壳式水泵 (2) 分段式水泵 (3) 中开式水泵4. 按泵轴的位置分(1) 卧式水泵 (2) 立式水泵1.3 的指导思想排水设备的选择要以选出的排水设备在整个矿井服务期限中都可以按有关规定的要求排除矿井涌水为原则。

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，自动化程度高，维护方便。

为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。

2 必备的原始资料和任务2.1 的原始资料(1) 竖井开拓，井口标高＋58.00m ，水平标高－260.00m ；(2) 正常涌水量6.20m3/min ，最大涌水量 9.27m3/min ；(3) 正常涌水期按 300 天，最大涌水期按65天；(4) 矿水中性，矿水密度1020kg/m3 ；(5) 服务年限 30 年；(6) 矿年产量 105 万吨。

2.2 任务(1) 确定合理的排水系统； (2) 选择排水设备；(3) 绘制水泵房布置图； (4) 说明书；(5) 论述专题：泵的结构及特点。

3 排水设备选型计算3.1 依据原始资料：某矿井，年产量105万吨，竖井开拓，井口标高+58.00m，水平标高-260.00m，正常涌水量6.20m3/min，最大涌水量9.27m3/min，矿水中性，矿水密度1020kg/m3，正常涌水期按 300 天，最大涌水期按65天计算，服务年限为30年。

3.2 排水设备方案 3.2.1 泵应具有的排水能力依据《矿井安全规程》，水泵应具备以下排水能力： 正常涌水量: h m m q z /372min /2.633== h m q Q /4.4462.13=≥最大涌水量: h m m q /2.556min /27.933max ==/h m 4.4462.13=≥z B q Q 3.2.2 工作，备用，检修水泵工作能力max max 2.1q Q B ≥ 备用水泵的工作能力：(3-1) 取二者较大值：检修泵组的工作能力：/h 111.65m Q 0.253B "=⨯=B Q式中 z q ——正常用水量，m 3/h ； max q ——最大用水量，m 3/h ； B Q ——工作水泵的排水能力，m 3/h ；max B Q ——工作水泵组合备用水泵组的总工作能力，m 3/h ；'B Q ——工作水泵和备用水泵的排水能力，m 3/h ；"B Q ——检修水泵的排水能力，m 3/h ；3.2.3 估算水泵必须的扬程(3-2)式中 g H ——排水高度，l H H H x p g ++= m ； p H ——泵排水高度暂取井筒高度 m ； x H ——吸水高度，取 5=x H m ；/hm 3122.17.03'=⨯≥Z B q Q /hm 09.2213max '=-≥B B B Q Q Q /hm 1233'=B Q ml H H H H gX P g g B 353/=++==ηηl ——管子高出精通的深度，取1=l m ；g η ——管路效率，对于竖井取 95.0~9.0=η ；对于斜井，当倾角︒>30α 时，取8.0~83.0=g η ；当 ︒︒=30~20α 时，取 77.0~8.0=g η ；当︒<20α 时，取 74.0~77.0=g η （一般取较大者为宜）。

3.2.4 排水设备初选根据以上参数，参照《泵产品样本》可初步确定该矿井所需水泵的型号为：表3-1型号流量 Q(m 3/h)扬程 H (m ）单级扬程i H （m ）单级零扬程 0i H （m ）级数D280-65 280 397.5 65 71 6D300-65 300 390 65 74 6参照《泵产品样本》可知D280-65×5,D300-65×5的参数如表3-2所示。

表3-2 D280-65×5、D300-65×5的参数型号流量扬程 转速 轴功率 配带电动机 效率 必需汽蚀余量 轮名义直径 泵重Q H n Pa 功率型号η m 3/Hmr/minkWkW%m mD280-65×5 280 397.5 1480 430 450 Y400L-4 70．43.3530 552D300-65×5 300 390 1480 419 440 Y355L-4 76 4 35 2000以上两种泵的性能曲线如图4－1所示：iBH H i =4 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图4.1 估算泵房尺寸水泵房的主要尺寸，必须遵守《矿井安全规程》243条的规定。

通常泵房的设备都是采用一条轴线布置法，下图所示为主要排水泵房布置总图，该图上的各部分尺寸可以逐项计算如下：图4-1 三台水泵两趟管路泵房布置图计算泵房洞室的开拓费用，必须预先估计泵房的尺寸。

通常泵房都是采用一条轴线布置法。

泵房的长、宽和高估算如下：4.2 基础尺寸基础尺寸决定于机组底座大小和重量。

机组底座尺寸应从产品样本中查出。

1. 横向尺寸B(m): 一般比泵底座最宽尺寸大，每侧大出0.1～0.2m;或者由基础螺钉孔中心向外放出0.15～0.2m ；2. 纵向尺寸L(m): 由底座外边缘向外放出0.1～0.15m ；根据需要，在此处纵向尺寸为L=0.15m 。

3. 高度尺寸H(m)： 基础的上表面要比泵房地坪高出0.2m 以上，基础位于岩石中的深度为0.8～1.0m ，基础的重量约等于机组（包括底座）总重量的五倍。

4. 基础预留螺钉空的尺寸：可参考下表决定。

表4-1 预留孔尺寸根据上文及泵的尺寸，螺钉直径为：mm d 42=，则，孔宽A=160 mm ；孔深h=400 mm 。

4.3 泵房尺寸泵房尺寸依具体情况不同而异，详细计算必须查出泵、电动机及管道等外型尺寸，以及运输用的平板车规格。

4.3.1 泵房宽度21b b b B j b ++= （4-1）式中 b ——水泵基础宽，一般可按水泵底座外形尺寸在其长度和宽度方向上每边增加0.1～0.2m ；预留孔尺寸螺钉直径d （mm ） 20243035424856孔 宽A （mm ） 100 100 130 130 160 160 180孔深h(mm)200 200 300 300 400 400 500b 1——水泵基础边到有轨一侧墙壁之间的距离，以通过最宽设备为原则，一般可选取1.5～2.0m ；b 2———泵基础边到吸水井一侧墙壁之间的距离，一般可选取0.8～1.0m 。

由附录相关资料可知:21b b b B j b ++=求得 =d B 4.2m 4.3.2 泵房长度指泵房两端之间的距离.E A g n nL L ++-+=)1(泵房 （4-2）式中 n ——泵组台数,包括预留泵组台数； L ——泵基础长度；g ——泵基础之间的间距,取 1.8～2.0m,以能把设备拆下放在其间检修为准,且不得小于抽出电机转子所需的长度； A ——人行道的宽度；E ——管子道的宽度； 通常取A=2.0～3.5m 。

由上文计算及泵的尺寸可知，泵房的长度为：EA g n nL L ++-+=)1(泵房 求得，泵房长度为 25.75m 。

4.3.3 泵房高度指泵房地坪至起重梁低面的距离.S H L L L L H H H H ∆++++++++=71524654泵房 （4-3） 式中 H 4——泵基础上表面至泵房底板的高度； H 5——泵轴线至底座下平面间的高度；可自样本查出； H 6——泵出口端法兰上表面至泵轴线的距离； 可自样本查出； L 4——泵出口的短管长度,一般取0.2m ； L 2——闸阀直管边长度； L 5——止回阀长度；L 1——三通均边长度；H 7——起重梁底面至横管轴线的距离,其值与掉挂葫芦的形式有关.应以保证吊起设备放置平板车上为准。

由上文计算及参考文献可知：45642517H H H H L L L L H S =++++++++∆泵房求得泵房高度为：5m泵房断面：尽可能选用标准巷道的断面，一般为三心拱端面。