煤矿井下排水系统设计

**煤矿井下排水系统设计

一、设计原则和依据

1、遵循《煤矿安全规程》、《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》、《煤炭工业矿井设计规范》和《煤炭工业小型矿井设计规范》以及其它有关规定；

2、选用取得《煤矿矿用产品安全标志证书》的高效节能产品，安全可靠，技术先进，经济合理；

3、井下主排水采用一级排水系统，在副井井底建立排水泵房，将矿井涌水直接排到地面，根据地测科提供的矿井最大涌水量Q m =55m3/h、正常涌水量Q z =45m3/h，敷设排水管路井筒的井口和井底标高H1=+225m、H2=-110m。排水高度为335m。

二、排水泵站的能力确定

1、最小排水能力计算

（1）、正常涌水量时工作水泵最小排水能力：Q1 =24Q z/20=1。2Q z=1.2*45 m3/h=54 m3/h

（2）、最大涌水量时工作水泵最小排水能力：Q2 =24Q m/20=1。2 Q m =1.2*55 m3/h=66 m3/h

2、水泵扬程估算

H=K(H p+H x)

式中， H p 为排水高度, 且H p= H1- H2,

H x为吸水高度, 估算一般取H x=5m,

K 为管路损失系数,与井筒坡度有关:

立井: K=1.1~1.15,

斜井:当α<20。.时, K=1.3~1.35,

α=20.~30。时, K=1.3~1.25,

α>30。时, K=1.25~1.2.

** 煤矿为斜井，故K=1.3,

H=K(H p+H x)=1.3*340=442m

3、确定水泵台数N

根据计算的Q1、Q2、H,查水泵样本选择水泵,并根据拟选水泵的主要技术参数，初步预计水泵的流量Q b=100m3/h，按《煤矿安全规程》第278条相关规定，计算出水泵房內工作水泵、备用水泵、检修水泵台数。水泵站內水泵总台数N按下面两种情况计算。

(1)、正常涌水量时：N= n1+ n2+ n3

式中，工作水泵台数n1= Q1/Q b, 且n1≥1，当n1不为整数时，其小数应进位到整数。n1= Q1/Q b=54/100=0.54

备用水泵台数n2=0。7 n1，且n2≥1，当n2不为整数时，其小数应进位到整数。n2=0。7n1=0.7*0.54=0.378

检修水泵台数n3=0。25 n1，且n3≥1，当n3不为整数时，其小数应进位到整数。n3=0。25 n1=0.25*0.54=0.13

(2)、最大涌水量时，水泵工作台数n4= Q2/Q b，n4=

Q2/Q b=66/100=0.66

当n4≤ n1+ n2时，则N= n1+ n2+ n3，

当n4≥ n1+ n2时，则N= n4+ n3。

故N4=3

三、排水管路计算和管路布置

1、管路布置原则

（1）、根据《煤矿安全规程》第278条规定，井下排水管路应设工作管路和备用管路。工作管路应能在20h内排出矿井24h正常涌水量，工作管路和备用管路应能在20h內排出矿井24h最大涌水量。

（2）、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》要求，每台水泵均能经两条管路排水，排水管路在泵站內宜作环形布置。

（3）、管路和水泵的匹配，宜一管一泵；如果水泵需要并联工作，一趟管路宜并联2台水泵，即一管二泵，最多不宜超过一管三泵；有时为了控制管内水的流速，1台水泵也可并联二趟管路运行。

（4）、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井，视情况在井筒及管子道预留安装排水管位置。

2、管径计算

d p=（Q/900πV ）1/2（m）,

式中: Q—流经管内流量（m3/h）。一管一泵时Q=Q b，一管二

泵时Q=2Q b，以此类推

V—管內水流速度，一般排水管內V=1。5~2。2 m/s ,当d p>200 mm时，可适当增大，但不宜超过2。5 m/s

d p1=18.8{100/(1.5-2.2)}1/2=154-126mm

3、管壁厚度计算

S1=0.5*15{[（800+0.4*36.72）/（800-1.3*36.72）]1/2-1}+0.15=0.45cm

根据计算的d p和S，选择标准无缝钢管。排水管选用φ159*5mm无缝钢管2趟。

四、管路特性计算

单台泵对1趟159管路

依据排水管路特性曲线式Hz=340+0.0035Q2，在MD155-67*6 型泵性能曲线上作管路特性曲线，二者的交点即为水泵的工况点M：Q=100/H=375，η=63%

Pa(kw)

50

40

30

20

60

10

20

30

40

50

η(%)

70

80

6

2

4

(NPSH)r

(m)

60

80

40

H(m)

050100150200

50

40

30

20

10

060

Q

(L/s)

(m /h)

3

性 能 曲 线 图

五、计算电动机的容量：

电动机功率按照《煤矿井下排水设计技术规定》中关于“选择水泵电动机容量应以管路未淤积情况下的水泵轴功率为基础，并留有一定的富裕系数”的规定进行校核。按一管一泵（n=1）运行时水泵工况点对应的Q、H、η计算：水泵的轴功率：N=QHr/102×3600η，

电动机的容量：N d’=KQHr/102×3600ηηm，

式中 K—电动机容量的富余系数，K=1。1~1。2，

ηm—傳动效率，直联取1，联轴节取1。2，

r —矿井水的容重，一般r=1030 kg/m3。

依据上述方法算出电机轴功率：

Q=100m3/h，H=375m，η=63%，