煤矿主排水系统设计

目录

第一章设计的原始资料 (2)

第一节原始资料任务 (2)

第二章选型设计的步骤和方法 (2)

第一节水泵的选型 (2)

第二节管路的选择 (4)

第三节校验计算 (9)

第四节计算经济指标 (11)

参考文献 (12)

第一章设计的原始资料和任务

第一节原始资料任务

某竖井正常涌水量：110m³/h，最大涌水量130m³/h，井筒垂直高度：H h=243，水处理池高度：H c=8m，最大涌水期65d，矿水中性，涌水密度1000N/m³，试选择一个可行的排水方案。

第二章选型设计的步骤和方法

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。

第一节水泵的选型

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=1.2×110m³/h=132m³/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=1.2×130m³/h=156m³/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=（243+8+5）/0.9=284.4m

H sy—排水高度，H sy=h h+h c+H x

H x—吸水高度，初选H x=5~5.5m；此处取H x=5

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150DM30型水泵。该水泵额定流量Qe=155m³/h，单级额定扬程He=30m，最高效率77%，对应的允许吸上真空度为6.9m。

（a）正常涌水时水泵工作台数

n1=Q B/Q e≥132/155=0.85 取n1=1台

（b）水泵级数

i=H B/He=284.4/30=9.48 取i=10级

（c）备用水泵台数

n2=0.7Q B/Q e=0.7×132/155=0.595 取n2=1台

（d）检修水泵台数

n3=0.25Q B/Q e=0.25×132/155=0.2125 取n3=1台

（e）最大涌水时工作水泵台数

n4= Q Bmax/Q e=156/155=1.01 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

第二节管路的选择

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=0.0188vp

Qe =0.01882

155=0.166m

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2-1，因井深小于400m ，选管壁最薄的无缝钢管，外径180mm ，壁厚5mm ，则排水管内径

dp=（180-2×5）mm=170mm 。 5、吸水管直径：

d ´x=d ´p+0.025=0.166+0.025=0.191mm

选标准无缝钢管外径194mm ，壁厚5mm ，内径x d 为184mm 。

表2-1热轧无缝钢管（YB231-70）

外径/mm 壁厚/mm

外径/mm

壁厚/mm

外径/mm

壁厚/mm

89 3.5～24.0 146 4.5～36.0 273 7.0～50.0 95 3.5～24.0 152 4.5～36.0 299 8.0～75.0 102 3.5～28.0 159 4.5～36.0 325 8.0～75.0 108 3.5～28.0 168 5.0～45.0 351 8.0～75.0 114 4.0～28.0 180 5.0～45.0 377 9.0～75.0 121 4.0～32.0 194 5.0～45.0 402 9.0～75.0 127 4.0～32.0 203 6.0～50.0 426 9.0～75.0 133 4.0～32.0 219 6.0～50.0 459 9.0～75.0 140 4.5～36.0

245

7.0～50.0

480

9.0～75.0

常用壁厚尺寸系列 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 75

6、吸水管阻力损失：

g

2x v x x d x

l x

wx h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛

+=∑ζλ