毕业论文_矿井水泵房的选型设计说明

矿井水泵房的选型设计
一、矿井简介：
王坪煤矿矿井位于煤田东南边缘，位于省朔州市怀仁县境。

为设计能力180万吨/年的大型矿井，1984年开工，1988年投产。

井田面积11.4km2，截止目前为止，尚有可采煤量1.2亿吨，服务年限50年，开拓方式为平峒二水平（其中第一水平为+1170m，第二水平为+1060m），可采煤层共六层，全厚为18.77m。

公司现有职工4870人。

矿井为平峒开拓，井口选在红山峪沟口，在东山村南部开凿一对进回风井，利用距平峒口约1km的措施井——红山峪斜井作排矸斜井。

该矿机械化采煤程度高，机采率为93%，采煤方法使用倾斜长壁和走向长壁相结合的方式，实行采区前进、工作面后退式开采，用全部垮落法管理顶板。

王坪煤矿矿井水产生量正常为 m3/h，最大涌水量为 m3/h 排水高度为340米，
矿井工业场地配套建有210万t/a选煤厂，采用重介选煤方法，它是靠具有动力作用的自生介质的选煤方法。

二、设备选择计算与台数的确定
2.1、排水设备能力与台数的确定
A、主要排水设备必须有工作、备用和检修水泵。

其中各种水泵的能力，应能在20小时排出24小时的正常涌水量；备用水泵的能力应补小于工作水泵能力的70%，并且工作和备用水泵的总能力，应能在20小时排出矿井24小时的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于
工作水泵能力的25%。

B、水文地质条件复杂的矿井，可根据具体情况在水泵房预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。

C、排水管路能力应和工作、备用水泵能力相适应；配电设备能力应与水泵总能力相适应。

D、箕斗井、罐笼井和胶带输送机提升井的井底水窝，其排水泵应设置两台，一台工作，一台备用。

2.2、设备的选择与计算
1）、按正常涌水量确定排水设备所必须的排水能力
Q1=Q r/20=3800/20=190(m3/h)
H1=K(H h+5.5)=1.3(340+5.5)=(m)
式中 Q r——矿井正常涌水量，m3/h；
K----扬程损失系数。

对于竖井，K=1.1；对于斜井，K=1.20~1.35，倾角大时取小值，此处取1.3；
H h——井筒深度，m。

根据计算结果初步选用200D-43×9的水泵，该泵的流量为190 ~346m3/h，扬程为407.7~367.2米，转速为1480r/min，效率为80%，配带的电动机型号为JSQ1410-4，功率为440千瓦，电压6KV，外形尺寸长×宽×高为3853×1350×1285（mm）。

2）正常涌水量期间所需水泵的工作台数
n r= Q1/Q=190/200=0.95台)
式中 Q----一台水泵的排水能力，m3/h。

3）、最大涌水期间所需水泵台数
24Q dr /20×200=5400/4000=台
根据计算及设计规要求，确定选用上述水泵3台，其中一台工作，一台备用，一台检修。

4）、正常涌水量期间一昼夜水泵工作时间
T r = Q r / n r Q=3800/1×200=(h)
式中 n r ----正常涌水时的水泵工作台数。

5）、排水管直径 按经济流速1.75m/s ，由下列公式计算 dg=
36004Vd Q π =3600
75.114.32204⨯⨯⨯ =0.21(m)
按标准管径取dg=200mm
式中：Vd=1.5～202m/S
见附表1《常用管径dg 、流速Vd 与流量Q 关系》
6）、排水管中实际流速
V d =
236004g d Q ϖπ =22
.014.336002204⨯⨯⨯ =452
880 =195m/S
见附表2《一定管路直径之最大流量及流速限制表》。

由附表2可知排水管实际计算水流速度满足规要求。

7)、吸水管直径
ds=dg+25=200+25=225（mm ）
8) 吸水管流速 Vs=
2
36004dS Q π =225.014.336002204⨯⨯⨯ =707880 =1.24m/s
吸水管流速一般取0.8～1.5m/s 。

上述计算值满足一般设计规要求。

9）、计算管路实际所需扬程
管路进水段有进水短节一个、闸阀二个、三通一个、进水底阀一个，其等值长度之和为56.76米；
管路出水段有逆止阀三个、弯头四个、异径管一个、三通一个，其等值长度之和为139.22米
进水管扬程损失HsfHs=56.76×0.=1.13(m)
排水管扬程损失为Haf=.22×0.=2.78（m ）
10）、水泵总扬程为
H=Hh+Hs+Haf+Hsf=340+5.5+2.78+1.13=350.54(m)
根据计算扬程在选择水泵时应比计算值大5%~8%，即
H=350.54×1.06=372(m)
11）、计算排水管管壁厚度
δ=Pdg/(2Rk-P)+a=4×20/(2×80-7)+0.2=0.72（cm ）
取8mm 。

式中：P—管子部液体压力kg/cm2，10m垂高等于一个大气压力。

R K—许用应力，对于铸铁管取200kg/cm,焊接钢管取
600kg/cm，无缝钢管取800kg/cm。

a—考虑管路的腐蚀及管路制造有误差时的附加厚度，对铸铁管取0.7～0.9cm；钢管取0.1～0.2cm。

12）管路材料规格及选择
A、管路规格
管路规格见表7.
B、管材选择：
（1）排水管沿竖井敷设时，应选用焊接管或无缝钢管。

沿进闭井敷设的钢管所承受的2件承压在40kg/cm2以时，一般采用焊接连接。

（2）排水管沿斜井敷设时，应根据气压力大小选择管材，一般情况，压力小于10kg/cm2时，可用铸铁管；压力大与kg/cm102时,应选用焊接钢管和无缝钢管。

巷道易底鼓时，不宜采用铸铁管。

C、管路条数的确定及其敷设
（1）管路条数的确定
主排水管路必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力应能配合工作水管水泵在20hA，排出矿井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排出矿井24h的最大涌水量。

(2)管路敷设
井筒的管子应安设在管子间，并需按其法兰的最大外径，考虑有足够的安装及检修位置。

法兰盘规格满足管路连接用法兰盘的技术规要求。

排水管长度在200M以时，应设有金属弯管支柱，用以承担管重及水柱重。

金属弯管支座须固定于专设的钢梁上，为避免管路总想弯曲，需设有导向夹子。

排水管长度在200M以上时，每隔150M～200M需装置伸缩接头，以及承载径管重的支撑直管同样需用专设的钢梁来固定，最上面的伸缩接头及支撑直管，应设于井口50M处。

目前，有些矿区鉴于矿井温差不大，已不再设置伸缩头，生产种尚未发现问题。

该矿井伸水管路设置峪进风巷中，且冬季采用热风炉为进风巷中提供暖风，一方面防止排水管路冻结，一方面保证进风巷中的温度变化不大，所以，此次设计的管路不设置伸缩头。

（3）在倾斜巷道中，水管直径大于200MM时，可安设在底板上的专用木座或混凝土墩上，水管的下部装设支撑弯道，每隔75～100M 安设一个承担该段管一定重量（包括承重）的带拉杆的管夹子。

管径小于200MM如需架设在巷道壁上时，需固定在专设的管子支架上。

如设在人行道上侧时，管中心距巷道底板的高度应不小于1800MM。

支架间距按设计规执行。

平巷中供水管用铁丝绑吊时，固定间距一般为4～6M。

（4）每条供水管应设防水闸阀，一便在检修可能将排水管中的水
放入水仓中。

（5）底阀应设置在吸水最底水面500MM 以下，其底面应高出吸水井井底800MM 。

D 管路的膨胀计算
管路伸长量
ΔL=aL Δt
=0.012×350×15
=63(mm)
式中：L —管段长度，m ；
A —管线膨胀系数。

铜取0.012；铸铁取0.009；
Δt —水与井筒中空气的最大温度差，度。

一般矿井水温为16.50～190。

13）、选择水泵
选择水泵的扬程应比计算值大5%~8%，这是考虑水泵经过磨损使扬程降低、管壁积垢、阻力增加时所需的余量扬程。

新泵的工作工况点最好在水泵最高效率点的右侧。

工况点效率不应低于最高效率的0.85倍。

水泵工况的确定：
A 、求水泵级数
n a =e H H =43
311=7.2 式中 He--所选水泵一级的额定扬程，m 。

选用9级
B 、确定水泵工况点
管路阻力 R=a
n Q Ht H 2-=82204.2963112⨯-=387200146=0.000038 式中Ht-吸水面至排水口几何高差。

Ht= Hh+Hs+Haf+Hsf+Hg
式中n a -水泵级数
按H=38.4+在水泵特性曲线图上绘出管路特性曲线，如下图。

两条曲线交点M 为水泵的工况点。

该点对应的Q I 、H I 、和ηI 即为水泵
工作时的流量、扬程和效率，有Q I = H I = ηI = 。

11）、水泵的轴功率
N ￠=
I O I I V H Q η⨯⨯1023600 =8
.010236001050324288⨯⨯⨯⨯ =334(KW)
式中r 0—矿井水的比重，一般取1050kg/m 3。

12）、电动机容量
N C =K C N ηφ
=1.15×
97.0334 =396（KW ）
式中ηC —传动效率对直联取1，联轴节取0.95～0.98；
K —富裕各数
当Q ＜20m 3/h K=1.5;
Q=25～80m 3/h K=1.3～1.2;
Q=80～300m 3/h K=1.2～1.15
Q ＞300m 3/h K=1.1。

根据计算结果选用JR148-电动机，容量为440KW ，电压6000V ，电流51A ，转速1485转/分，效率92%，转子电压564V ，转子电流471A 。

×宽×高为2205×870×1270（mm ）
13）、年耗电量 E=
X d I O I I V t H Q ηηη⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯1023600365 =95
.092.08.0102360010505.20365324288⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =61210
56.2103.7⨯⨯ =2.86×106(KWh/年)
式中：ηd —电动机效率。

对于大电动机取0.9～0.94；
小电动机取0.82～0.9，此处电动机功率为0.92； ηX —电网效率，取0.95；
t —平均每天运转小时数。

14）、吨煤电耗
E T =A
E =46101801086.2⨯⨯ =1.59(KWh/t)
式中：A —年产量，吨/年。

此处取矿井设计年产量为180万吨。

三、主水泵房布置及安装尺寸
1、一般规定
1）主水泵房一般设备井筒附近，要求通风良好，便于搬运设备。

2）在一般情况下，主水泵房和井下中央变电所连接在一起，并设防爆门分割。

当井下由于扩大开采和延深，使涌水量有所增加的可能时，应考虑泵房长度有增设水泵的余地。

此时在井筒断面大小上，也要预留有相应增设管路的安装位置。

3）每台水泵排水量小于100m3/h时，两台水泵的吸水管可共用一个吸水井，但其滤水器边缘的距离，不得小于吸水管直径的两倍；100m3/h及以上的排水量则应有独自的吸水井。

4）水泵电动机容量大于100kw时，主排水泵房应设起重梁，并敷设轨道与车厂巷道相通，在井口处留有转车空隙。

5）为保证雨季或发生透水灾变的安全，泵房必须设置防水闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立通风的巷道。

2、主水泵房布置
水泵应顺着泵房的长度轴向排列。

泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形尺寸，通道宽度和安装检修条件等确定。

1)水泵房的长度
L=NL i+A(n+1)
=3×3.938+2(3+1)
=19.8(m)
式中：n—水泵台数，台；
L i—水泵机组（包括电动机）的总长度，m；
A—水泵机组的净空距离，m，一般为1.5～2.0m。

2）水泵房的宽度 B=b 1+b 2+b 3
=0.92+1.8+1.0 =3.72(m)
式中：b 1—水泵基础宽度，m ，水泵选定后，经查200D-43×8水泵的安装尺寸表，200D-43×8的地脚安装尺寸宽度值为520mm ，按照基础设计的一般要求，基础宽度尺寸应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200mm ，所以，在此泵的基础宽值取为520+400=920mm ；
b 2—水泵基础到有轨道一侧墙壁的距离，已通过泵房最大设备为原则，一般为1.5～2.0m ，此处取1.8m ；
b 3—水泵基础到吸水井一侧墙壁的距离，一般为0.8～1.0m,此处取其大值1.0m 。

3）水泵房的高度
水泵房的高度应满足检修时起重的要求，一般为3.0～4.5m 若根据水泵工件轮直径D I 确定；D I ≥3500mm 时取4.5m ；D I ≤350mm 时取3m ，此处泵房高度设计取4.5m 。

4）水泵基础的近似计算
水泵基础的长和宽应比谁泵底座最大外形尺寸每边大约200mm 。

大型水泵基础应高于泵房地面150～300mm ；小型水泵可以固定于岩石上。

临时性小型水泵可不设基础。

基础的容积： V φ=
φ
V P B =φV G
)5.1~0.1(
=2000
58053.1⨯
=3.8(m 3)
式中：P B —垂直往上的作用力 P B =（1.0～1.5）G ，kg ； 水平力 P B =（1.0～1.25）G ，kg ； G —水泵与电动机的重量，kg ； V φ—基础容积的比重，V φ=2000kg/m 3 基础硬度： h=BL
V φ-(0.15～0.30)
=
475
.192.08
.3⨯-0.30
=2.1(m)
砌筑材料条用牌号为325-425号水泥以及纯净的砾石和沙子，组成为1:2:4的比例。

四、防水门的确定
防水门设置两通，防水门规格尺寸为2700×2400（㎜），压力10㎏/㎝2，重量6800㎏.防水门能在发生突然涌水时迅速地关闭，通过防水门段的钢轨为活动接头，平时不铺设钢轨，只有在进行设备检修运输时临时铺设。

五、泵房布置方式
此处泵房布置采取压入式布置方式，泵房底板标高低于大巷标高，此种布置方式电耗小，自动控制简单，设有气蚀现象，无底阀，吸水阻力损失小。

但通风条件较一般泵房差，碉室开拓费用较高，但长远的经济效果好。

六、泵房长度的确定
在容之中，泵房长度的计算仅是考虑放置三台泵时泵房长度，而在实际操作中尚需考虑检修时的长度，因此考虑在泵与泵之间通有4m的检修空间，应泵房与水平变电所较远，为便于操控水泵，高压开关及高压启动盘也布置于泵房，按规要求，高压启动盘距泵房墙壁
0.8m泵房设计长度为30.8m.
七、水仓的布置
此次设计，设置有800m3和600m3的两个安全水仓，在水仓入口处设有沉淀池和隔离栅栏，目的是减少水仓淤积污泥和流进异物，而被泵吸入，影响水泵的安全运行。

水仓每年定期进行清理污泥。

常用管径、流速与流量关系见表1
一定管径直径之最大流量及流速限制见表2
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