礦井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)統(tǒng)一口徑.doc

礦井排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)統(tǒng)一口徑一、設(shè)計(jì)原則和依據(jù) 1、遵循煤礦安全規(guī)程、煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范、煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范和煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計(jì)規(guī)范以及其它有關(guān)規(guī)定； 2、選用取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書的高效節(jié)能產(chǎn)品，安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理； 3、采礦專業(yè)提供的礦井最大涌水量Qm和正常涌水量Qz、礦井水PH值、敷設(shè)排水管路井筒的井口和井底標(biāo)高H1、H2以及井筒坡度、礦井瓦斯等級(jí)。二、排水泵站的能力確定 1、最小排水能力計(jì)算 （1）、正常涌水量時(shí)工作水泵最小排水能力：Q1 =24Qz/20=1。2Qz （2）、最大涌水量時(shí)工作水泵最小排水能力：Q2 =24Qm/20=1。2Qm2、水泵揚(yáng)程估算 H =K(Hp+Hx)式中， Hp 為排水高度, 且Hp= H1- H2,Hx 為吸水高度, 估算一般取Hx=5m,K 為管路損失系數(shù),與井筒坡度有關(guān):立井: K=1.11.15,斜井:當(dāng)30。時(shí), K=1.251.2. 3、 確定水泵臺(tái)數(shù)根據(jù)計(jì)算的Q1、Q2、H,查水泵樣本選擇水泵,并根據(jù)擬選水泵的主要技術(shù)參數(shù)，初步預(yù)計(jì)水泵的流量Qb（一般為額定流量），按煤礦安全規(guī)程第278條相關(guān)規(guī)定，分別計(jì)算出水泵站內(nèi)工作水泵、備用水泵、檢修水泵臺(tái)數(shù)。水泵站內(nèi)水泵總臺(tái)數(shù)N按下面兩種情況計(jì)算。(1)、正常涌水量時(shí)：N= n1+ n2+ n3式中，工作水泵臺(tái)數(shù)n1= Q1/Qb, 且n11，當(dāng)n1不為整數(shù)時(shí)，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。備用水泵臺(tái)數(shù)n2=0。7 n1，且n21，當(dāng)n2不為整數(shù)時(shí)，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。檢修水泵臺(tái)數(shù)n3=0。25 n1，且n31，當(dāng)n3不為整數(shù)時(shí)，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。(2)、最大涌水量時(shí)，水泵工作臺(tái)數(shù)n4= Q2/Qb，當(dāng)n4 n1+ n2時(shí)，則N= n1+ n2+ n3，當(dāng)n4 n1+ n2時(shí)，則N= n4+ n3。 （3）、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)根據(jù)情況增設(shè)水泵，或預(yù)留安裝水泵位置。（4）、當(dāng)?shù)V井水PH5時(shí)，應(yīng)選耐酸泵。三、排水管路計(jì)算和管路布置 1、管路布置原則（1）、根據(jù)煤礦安全規(guī)程第278條規(guī)定，井下排水管路應(yīng)設(shè)工作管路和備用管路。工作管路應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h正常涌水量，工作管路和備用管路應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h最大涌水量。（2）、根據(jù)煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范要求，每臺(tái)水泵均能經(jīng)兩條管路排水，排水管路在泵站內(nèi)宜作環(huán)形布置。（3）、管路和水泵的匹配，宜一管一泵；如果水泵需要并聯(lián)工作，一趟管路宜并聯(lián)2臺(tái)水泵，即一管二泵，最多不宜超過一管三泵；有時(shí)為了控制管內(nèi)水的流速，1臺(tái)水泵也可并聯(lián)二趟管路運(yùn)行。（4）、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水危險(xiǎn)的礦井，視情況在井筒及管子道預(yù)留安裝排水管位置。2、管徑計(jì)算（1）、選擇排水干管管徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井涌水量大小和礦井規(guī)模及服務(wù)年限，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定合理的流速和管徑。（2）、管徑計(jì)算dp=（Q/900V ）1/2 （m）,式中: Q流經(jīng)管內(nèi)流量（m3/h）。一管一泵時(shí)Q=Qb，一管二泵時(shí)Q=2Qb，余類推V管內(nèi)水流速度，一般排水管內(nèi)V=1。52。2 m/s ,當(dāng)dp200 mm時(shí)，可適當(dāng)增大，但不宜超過2。5 m/s 。 3、管壁厚度計(jì)算，介紹兩種方法： （1）、根據(jù)原煤炭工業(yè)部聯(lián)合編寫小組編寫的礦井提升、通風(fēng)、排水、壓風(fēng)設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)中所推薦的公式計(jì)算： =1/1+2p/230(kz-0.65)p pdp/230(kz-0.65)-P+c （mm） (公式一)式中: dpdp排水管外徑 （mm） p計(jì)算管段內(nèi)部最大工作壓力 （kg/cm2） kz管材許用應(yīng)力 (kg/mm2)，且kz=0。25BB管材抗拉強(qiáng)度 (kg/mm2)，當(dāng)不知鋼號(hào)時(shí)，無縫鋼管取kz=810 kg/mm2，焊接鋼管取kz=6 kg/mm2。C附加厚度，一般取C=1 mm。 （2）、根據(jù)煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范（送審稿）中推薦的公式計(jì)算： =+c = pDw/2.3(R- 6.4)+p (公式二)式中: p計(jì)算管段的最大工作壓力 （MPa） Dw排水管外徑 (cm ) R管材許用應(yīng)力（MPa）, 10# 鋼: R=85, 15# 鋼: R=95, 20# 鋼: R=100 管子焊縫系數(shù)。 無縫鋼管取1;螺旋焊接鋼管：雙面焊，全部探傷取1.; 螺旋焊接鋼管：雙面焊，不探傷取0.7.C計(jì)入制造負(fù)偏差和腐蝕的附加厚度：無縫鋼管: C=0.15(+1) (cm)說明: 管壁厚度計(jì)算公式較多，煤炭系統(tǒng)比較公認(rèn)的為四大件設(shè)計(jì)手冊(cè)中所推薦的公式，即(公式一)。因此，在煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范未批準(zhǔn)實(shí)施前,設(shè)計(jì)宜采用(公式一)計(jì)算。但因按(公式二) 計(jì)算的管壁厚度比按(公式一) 計(jì)算的厚度大，所以在上述設(shè)計(jì)規(guī)范批準(zhǔn)后，則應(yīng)采用(公式二)計(jì)算，以使設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。4、根據(jù)計(jì)算的dp和，選擇標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管。5、吸水管dx,一般比排水管dp大一級(jí)，取dx,= dp+0。025（m），根據(jù)dx, 選擇標(biāo)準(zhǔn)鋼管中管壁最薄的管子即可。四、確定水泵工況點(diǎn)，檢驗(yàn)排水系統(tǒng)（包括水泵和管路）設(shè)計(jì)選型計(jì)算的符合性。 確定水泵工況點(diǎn)，就是求出水泵H-Q特性曲線和管網(wǎng)特性曲線H= Hc +RQ2的交點(diǎn)。鑒于水泵樣本給出的H-Q特性曲線，系由廠家通過模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制而成，并不存在H=f(Q)函數(shù)關(guān)系，因此，不能利用解方程求解。目前一般都采用作圖法確定水泵運(yùn)行工況，其方法有二。、第一種方法，也即我院目前使用的方法，其步驟如下：（1）、首先分段計(jì)算管路損失h 、 吸水管部分 hx=(xLx/dx+x)Vx2/2g V=Q/900d2 hx =(xLx/dx+x)Q2/2g（900dx2）2=Rx Q2式中 Rx=(xLx/dx+x) /2g（900dx2）2、排水管部分 a、水泵出口至排水干管段hp1=(p1L p1/d p1+p1)V p12/2g =(p1L p1/d p1+p1)Q2/2g（900d p12）2=R p1 Q2式中 R p1=(p1L p1/d p1+p1)/2g (900d p12)2 b、排水干管段hp2=(p2L p2/d p2+p2)V p22/2g =(p2L p2/d p2+p2)（nQ）2/2g（900d p22）2=R p2 Q2式中: R p2= n2 (p2L p2/d p2+p2)/2g（900d p22）2c、排水管部分阻力損失之和，按水泵與管路運(yùn)行情況分別計(jì)算：hp=hp1+hp2= (R p1+n2 R p2) Q2（2）、繪制管網(wǎng)特性曲線H= Hc +RQ2 式中 Hc測(cè)量高度，Hc= Hp+Hx R 管道阻力，R= Rx + R p1+ n2 R p2，將Hc、 R數(shù)值代入，并考慮因沉積物使管徑變小阻力增大系數(shù)，則H = Hp+Hx+1。7（Rx + R p1+ n2 R p2）Q2（新管則不乘1。7系數(shù)）。在不同的n值下（n=1、2、3），給出不同的Q值，即可繪出管網(wǎng)特性曲線 。（3）、確定水泵運(yùn)行工況點(diǎn)水泵樣本給出的H-Q特性曲線和繪出的管網(wǎng)特性曲線H= Hc +RQ2,兩條特性曲線的交點(diǎn)M即為水泵運(yùn)行工況點(diǎn)（如圖1）。該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、npsh，即是水泵運(yùn)行時(shí)的流量、揚(yáng)程、效率和必須的汽蝕余量。 （貼插圖1）（4）、根據(jù)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H，檢驗(yàn)礦井最大涌水量和正常涌水量時(shí)水泵工作臺(tái)數(shù)、管路趟數(shù)及每天水泵工作時(shí)間。水泵和管路的各種配合運(yùn)行方式，均應(yīng)能保證水泵每天工作時(shí)間不超過20h。從圖1可知，此時(shí)水泵的實(shí)際流量為Qb，則要求：T1=24Qz/n Qb 20h，T2=24Qm /n Qb 20h 。同時(shí)檢驗(yàn)排水管中水的流速，V= n Qb/900d p22，如超出經(jīng)濟(jì)流速范圍，則應(yīng)調(diào)整管路系統(tǒng)，或采取其它措施，直至滿足要求。 (5)、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的容量：先按一管一泵（n=1）運(yùn)行時(shí)水泵工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、計(jì)算出水泵的軸功率：N=QHr/1023600電動(dòng)機(jī)的容量：Nd=KQHr/1023600m，式中 K電動(dòng)機(jī)容量的富余系數(shù)，K=1。11。2，m傳動(dòng)效率，直聯(lián)取1，聯(lián)軸節(jié)取1。2，r 礦井水的容重，一般r=1020 kg/m3。根據(jù)Nd選擇電動(dòng)機(jī)。（一般電動(dòng)機(jī)由水泵廠成套供應(yīng)）。（6）、按水泵在管路未淤積前（即新管）一管一泵運(yùn)行時(shí)水泵的工況計(jì)算水泵的軸功率，檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)是否過負(fù)荷。、第二種方法,即四大件設(shè)計(jì)手冊(cè)中介紹的方法，其步驟如下：（1）、首先分段計(jì)算出管路損失hh=hx+hp1+hp2，按一管一泵（n=1）運(yùn)行，計(jì)算公式與第一種方法相同。（2）、水泵總揚(yáng)程HZ= Hc +1。7h+1（新管則不乘1。7系數(shù)）（3）、建立管網(wǎng)特性曲線HZ= Hc +RQ2R=（HZ- Hc）/ Q2，（4）、確定水泵運(yùn)行工況點(diǎn) 、一管一臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)水泵的工況點(diǎn)確定一臺(tái)水泵的H-Q特性曲線和管網(wǎng)特性曲線H= Hc +RQ2兩條特性曲線的交點(diǎn)3即為水泵運(yùn)行工況點(diǎn)，見圖2） 、一管二臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)水泵的工況點(diǎn)確定 兩臺(tái)同型號(hào)水泵并聯(lián)特性曲線的繪制，是在相同揚(yáng)程條件下，兩臺(tái)水泵流量相加繪成的，如圖2所示。它與管網(wǎng)特性曲線（按一管一臺(tái)泵運(yùn)行）之交點(diǎn)1即為二臺(tái)并聯(lián)水泵的工況點(diǎn)，點(diǎn)1對(duì)應(yīng)的Q、H為并聯(lián)工作水泵的實(shí)際流量和揚(yáng)程；點(diǎn)為并聯(lián)工作時(shí)每臺(tái)水泵的工作點(diǎn)；點(diǎn)為一臺(tái)水泵單獨(dú)工作時(shí)的工作點(diǎn)。從圖2可知，Q= Q1Q1 2 Q1，一般Q=（1。81。6）Q1。（貼插圖2） 、一管三臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)水泵的工況點(diǎn)確定 與一管二臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)水泵的工況點(diǎn)確定方法相同，如圖3所示。（貼插圖3） 、三臺(tái)相同水泵向兩條管路輸水的并聯(lián)工作，如圖4所示。除了一條管路的特性曲線CE外，還要繪制兩條管路的合成特性曲線CE。合成特性曲線的繪制，是在同一揚(yáng)程下把管路中的流量相加而成。圖中：點(diǎn)1定出泵站的最大輸水量，點(diǎn)2定出每條管路中的輸水量，點(diǎn)定出每臺(tái)水泵的輸水量。（貼插圖4）選擇電動(dòng)機(jī)和計(jì)算水泵工作時(shí)間，與第一種方法相同。3、兩種方法的比較第一種方法是先計(jì)算出一管一泵或一管多泵管路特性曲線，它們與水泵特性曲線的交點(diǎn)即為水泵運(yùn)行工況點(diǎn)，也就是先定出單臺(tái)水泵Q，再計(jì)算泵站輸水量。而第二種方法則是先定泵站輸水量，再定出每臺(tái)水泵Q。但兩種方法的共同點(diǎn)都是基于水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)管中的流量Q成倍增加，并以此繪制并聯(lián)后的水泵特性曲線和管路特性曲線。實(shí)際上流量Q并不是成倍增加（約為。倍），因而都存在一定的誤差。但第一種方法中并聯(lián)管路特性曲線是通過計(jì)算后一次繪制的，而第二種方法中并聯(lián)管路特性曲線是通過人工二次合成的，因而相對(duì)誤差較第一種方法為大。五、泵站布置 1、泵站主要尺寸（1）、泵站長(zhǎng)度 L=n L1 +(n-1) L2+(35) (m)式中: L1機(jī)組長(zhǎng)度， L2機(jī)組間凈間距，應(yīng)滿足電動(dòng)機(jī)抽芯和水泵檢修的需要， 35 m是考慮值班室和堆放檢修工具及零配件的需要，可視具體情況而定。（2）、泵站寬度 B=B1+1/2B2+B3+B4+B5+0。3 (m)式中: B1機(jī)組基礎(chǔ)邊（靠吸水井側(cè)）至硐室壁的距離， B2機(jī)組基礎(chǔ)寬度 B3水泵或電動(dòng)機(jī)外型（靠軌道側(cè)）至基礎(chǔ)中心距離， B4水泵或電動(dòng)機(jī)或平板車中最大件寬度，B5水泵啟動(dòng)控制箱的厚度， 0。3 m為考慮最大件通過軌道運(yùn)輸時(shí)兩側(cè)預(yù)留的間隙。(3)、起重高度H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7式中: h1-機(jī)組基礎(chǔ)高度h2水泵軸中心至機(jī)組基礎(chǔ)高度 h3附加短管高度（不加時(shí)，h3=0）h4閘閥高度（當(dāng)止回閥采用多功能控制閥時(shí)， h4=0）h5止回閥或多功能控制閥高度h6三通高度h7起重吊鉤至起重梁底面高度但當(dāng)排水干管敷設(shè)在起重梁下時(shí)，其H應(yīng)滿足法蘭底部距泵站地面1。8 m的要求。2、其他相關(guān)尺寸 （1）、水泵、吸水管、配水井、吸水井及水倉(cāng)相互之間主要尺寸關(guān)系如圖所示。 （貼插圖） a0 短管長(zhǎng)度，可根據(jù)實(shí)際情況確定；a1偏心異徑管長(zhǎng)度，不宜小于大小管徑差的5倍；（a0+a1）水泵入口前直管段總長(zhǎng)度，不宜小于3倍的水泵吸水口直徑；bl吸水管濾網(wǎng)中心線距最近井壁的距離，距后壁可?。?。81。0）Dx；距側(cè)壁可取1。5 Dx，且不小于Dx+100mm;Dx吸水管濾網(wǎng)直徑；DN配水閘閥公稱直徑；c1配水閘閥之間最小凈距，不應(yīng)小于150mm；c2配水閘閥操作手輪之間凈距，不應(yīng)小于500mm；c3配水閘閥操作手輪距配水井井壁間距，不應(yīng)小于700mm；當(dāng)雙配水井集中布置共享一個(gè)壁龕時(shí)，可不受限制；c4配水閘閥法蘭距配水井井壁間距，不應(yīng)小于200mm；hl配（吸）水井最低水位到吸水管濾網(wǎng)上緣距離，不得小于（11。25）Dx，且不得小于500mm；hx吸水管濾網(wǎng)下緣距吸水井底距離，不得小于（0。60。8）Dx，且不得小于500mm；lx吸水管濾網(wǎng)中心線至吸水井入口距離，不得小于4Dx。（2）、吸水井 每臺(tái)水泵宜單獨(dú)使用一個(gè)吸水井，確定吸水井直徑時(shí)應(yīng)考慮水泵工作時(shí)吸水井內(nèi)水面波動(dòng)不太大，同時(shí)應(yīng)考慮安裝、檢修、清理吸水井的需要。一般D1500mm （3）、配水井 一般配水井兼作吸水井，其尺寸大小應(yīng)根據(jù)安裝設(shè)備多少，考慮安裝、檢修、清理工作需要。六、管路布置與安裝 1、管路敷設(shè) （1）、立井井筒中排水管敷設(shè)位置應(yīng)與采礦專業(yè)協(xié)商，盡可能靠近梯子間，并留有足夠的安裝、檢修和更換空間。（2）、立井井筒中排水管底部應(yīng)設(shè)置彎頭管座及其支承梁。當(dāng)排水管路垂高較大（大于400m）時(shí)，應(yīng)在中間加設(shè)直管座及支承梁，其間距取100150m。（3）、排水管在井筒中間用管卡固定在防彎梁上。防彎梁一般利用罐道梁或梯子間梁，不能利用時(shí)，應(yīng)設(shè)單獨(dú)的防彎梁。管卡只起導(dǎo)向作用。（4）、排水管在斜井中沿底板敷設(shè)時(shí)，可用水泥墩支承