陳培陽排水系統(tǒng)

1、排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告第一章 礦井概況- 4 -一、水文地質(zhì)- 4 -第二章 礦井主排水設(shè)備選擇計(jì)算- 4 -一、固定排水設(shè)備的要求- 4 -二、設(shè)計(jì)依據(jù)- 5 -三、 排水系統(tǒng)的確定- 6 -四、水泵的確定- 6 -1、工作水泵的排水能力- 6 -2、水泵所需揚(yáng)程的估算- 7 -3、初選水泵的型號- 7 -五、 排水管路的確定- 8 -1、管路趟數(shù)- 8 -2、選擇排水管- 8 -3、驗(yàn)算壁厚- 10 -4、選擇吸水管- 10 -5、計(jì)算管路特性- 11 -管路布置- 11 -估算管路長度- 11 -阻力系數(shù)計(jì)算- 11 -管路特性方程- 14 -繪制管路特性曲線，確定工況點(diǎn)，- 14 -六、 校

2、驗(yàn)計(jì)算- 15 -1、由舊管工況點(diǎn)驗(yàn)算排水時(shí)間 舊管狀態(tài)時(shí)，每臺水泵的流量最小 ：- 15 -2、經(jīng)濟(jì)性校核- 16 -3、穩(wěn)定性校核- 16 -4 、計(jì)算允許吸水高度- 17 -七、電動機(jī)功率計(jì)算- 17 -八、電耗計(jì)算- 18 -1、全年排水電耗- 18 -2、噸水百米電耗校驗(yàn)- 18 -第三章 水泵房及水倉- 19 -一、泵房位置- 19 -二、泵房尺寸- 19 -1、泵房的長度：- 19 -2、泵房的寬度- 20 -3、泵房的高度- 20 -三、水倉的確定- 21 -四、水倉容量的確定- 21 -第四章 排水設(shè)備的組成- 22 -1、離心泵- 22 -2、濾水器和底閥- 23 -3、閘

3、閥- 23 -4、逆止閥- 25 -5、水介質(zhì)電液球閥- 26 -6.壓力表- 26 -7.真空表- 27 -結(jié) 束 語- 28 -致 謝- 29 -參 考 文 獻(xiàn)- 30 -第一章 礦井概況一、水文地質(zhì)本工作面水文地質(zhì)條件簡單，充水源主要為上覆地層層間裂隙水下滲，預(yù)計(jì)最大涌水量825m3/h，正常涌水量425m3/h，隊(duì)組需在巷道低洼處備泵排水。第二章 礦井主排水設(shè)備選擇計(jì)算一、固定排水設(shè)備的要求1) 工作水泵應(yīng)能在20小時(shí)內(nèi)排出24小時(shí)的正常涌水量；備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70%；工作和備用水泵的總能力，應(yīng)在20小時(shí)內(nèi)，排除礦井24小時(shí)的最大涌水量；檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水

4、泵能力的25%。2) 工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)內(nèi)排出24小時(shí)的正常涌水量；工作和備用水管的總能力應(yīng)能配合工作和備用水泵，在20小時(shí)內(nèi)排出24小時(shí)的最大涌水量。3) 配電設(shè)備應(yīng)同水泵相適應(yīng)，并能夠同時(shí)開動工作和備用的水泵。主排水泵房的供電線路不得少于兩回路，當(dāng)一回路停止供電時(shí)，另一回路應(yīng)能擔(dān)負(fù)全部負(fù)荷的供電。4) 主排水設(shè)備應(yīng)有預(yù)防用水突然增加致使設(shè)備被淹沒的措施。5) 需采取防爆措施地區(qū)安裝的排水系統(tǒng)，其電器設(shè)備應(yīng)是防爆的。二、設(shè)計(jì)依據(jù)1）礦井年產(chǎn)量：420萬噸/年2）礦井正常涌水量：425m3/h3）礦井最大涌水量：825m3/h4）礦井物理化學(xué)性質(zhì)：PH=75）主井地面標(biāo)高

5、：+138M6）付井地面標(biāo)高：+135M7）付井傾角：23°8）付井筒直徑：6M9）主井筒直徑：5M10）開采水平：-150M11）沼氣等級：低12）礦井供電電壓：6000V13）礦井最大涌水量持續(xù)時(shí)間：70h14）涌水為中性，水溫為15，重度為10006Nm³三、 排水系統(tǒng)的確定礦井的排水系統(tǒng)分為：直接排水和分段排水1、直接排水系統(tǒng)的特點(diǎn)：具有泵房少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用少，維護(hù)工作量小，需要的人員少。2、分段排水系統(tǒng)的特點(diǎn)：泵房數(shù)量多，排水設(shè)備多，技術(shù)管理復(fù)雜，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用多，工作人員多。根據(jù)上述排水系統(tǒng)的特點(diǎn)，在采用直接排水時(shí)，由于只使用一套排水設(shè)備

6、，所需用于排水的基本設(shè)備費(fèi)和生產(chǎn)費(fèi)較少，管理也比較簡單。同時(shí),依據(jù)礦井的開拓方式和涌水的大小等給定的條件，只需在井底車場副井附近設(shè)立中央泵房，將井底所有涌水直接排至地面，故本設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)采用直接排水系統(tǒng)。四、水泵的確定1、工作水泵的排水能力水泵必須具備的總排水能力，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的要求，在正常涌水期，工作水泵具備的總排水能力為： 在最大涌水期，工作和備用水泵具備的總排水能力為：式中：工作水泵具備的總排水能力，；工作與備用水泵具備的總排水能力，；礦井的正常涌水量，；礦井最大涌水量，。2、水泵所需揚(yáng)程的估算由于水泵和管路均未確定，因此就無法確切知道所需的揚(yáng)程，一般可由下面公式來進(jìn)行估算：式中：

7、水泵揚(yáng)程，；測地高度，一般取井底與地面標(biāo)高差，；管路效率。當(dāng)管路架設(shè)在斜井，且傾角時(shí)，；3、初選水泵的型號依據(jù)計(jì)算的工作水泵排水能力和估算的所需揚(yáng)程及原始資料給定的礦水物理化學(xué)性質(zhì)和泥砂含量，從泵產(chǎn)品樣本中選取D280100×5型號泵，其額定流量，額定揚(yáng)程，轉(zhuǎn)數(shù)，電機(jī)功率，效率高達(dá)。則：工作泵臺數(shù) ，取。備用泵臺數(shù) ，取。檢修泵臺數(shù) ，取水泵總臺數(shù) 臺五、 排水管路的確定1、管路趟數(shù)根據(jù)泵的總臺數(shù)，在滿足煤礦安全規(guī)程的前提下，在井筒內(nèi)布置以不增加井筒直徑的原則，選用典型五泵三趟管路的布置方式（如圖1所示），其中二條管路工作，一條管路備用。2、選擇排水管因?yàn)楣軓降拇笮∩婕芭潘璧碾姾?/p>

8、和裝備管道的基本投資，若管徑偏小，水頭損失大，電耗高，但初期投資少；圖1 泵房管路布置圖若管徑選擇偏大，水頭損失小，電耗低，所需的初期投資費(fèi)用高。綜合兩方面考慮，可以找到最經(jīng)濟(jì)的管徑，通常用試取管內(nèi)流速的方法來求得，。式中：排水管內(nèi)徑，；通過管子的流量，；排水管內(nèi)的流速，經(jīng)濟(jì)流速取從標(biāo)準(zhǔn)YB23170鋼管規(guī)格表中預(yù)選鋼管，則排水管內(nèi)徑。3、驗(yàn)算壁厚因此所選壁厚合適。式中：標(biāo)準(zhǔn)管內(nèi)徑，；許用應(yīng)力，無縫鋼管??；管內(nèi)水壓，估算，；附加厚度，無縫鋼管取4、選擇吸水管由和從標(biāo)準(zhǔn)YB23170鋼管規(guī)格表中選取的無縫鋼管，內(nèi)徑。驗(yàn)算流速5、計(jì)算管路特性管路布置采用五泵三趟管路（如圖1所示）的布置方式，。任何

9、一臺水泵都可以經(jīng)過三趟管路中任一趟排水，（如圖2所示）。估算管路長度排水管長度可估算為，取,吸水管長度可估算為。阻力系數(shù)計(jì)算計(jì)算沿程阻力系數(shù)。對于吸、排水管分別為：圖2 管路布置圖局部阻力系數(shù)，對于吸、排水管路附件其阻力系數(shù)分別列于表1、表2中。表1 吸水管路附件其阻力系數(shù)吸水管附件名稱數(shù) 量系 數(shù) 值底 閥13.790°彎頭10.294收縮管10.1 表2 排水管路附件其阻力系數(shù)排水管附件名稱數(shù) 量系 數(shù) 值閘 閥2止回閥1四 通190°彎頭4直流三通4擴(kuò)大管130彎頭2 管路阻力損失系數(shù)，其值為： 式中：、吸、排水管的長度，；、吸、排水管的內(nèi)徑，；、吸、排水管的沿程阻力

10、系數(shù)，對于流速，其值可按舍維列夫公式計(jì)算如下：、吸、排水管附件局部阻力系數(shù)之和，可查阻力損失系數(shù)表得，g重力和速度，。管路特性方程新管舊管繪制管路特性曲線，確定工況點(diǎn)，根據(jù)新、舊管路特性方程，取六個(gè)流量求得相應(yīng)的損失（表3所示）。表3 290.64292.69295.56299.25303.76309.09291.79295.27300.15306.43314.09323.15利用表3中各點(diǎn)數(shù)據(jù)繪出管路特性曲線（如圖3所示），圖3 管路特性曲線與泵特性曲線管路特性曲線與揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)M1、M2，即為新、舊管工況點(diǎn)，由圖中可知，新管工況點(diǎn)參數(shù)為，舊管工況點(diǎn)參數(shù)為，因均大于0.7，允許吸上真空

11、度符合煤礦井下排水設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定要求。六、 校驗(yàn)計(jì)算1、由舊管工況點(diǎn)驗(yàn)算排水時(shí)間 舊管狀態(tài)時(shí)，每臺水泵的流量最小 ：正常涌水期，采用2泵2管排水，則每天必須的排水時(shí)間為和最大涌水期，采用4泵3管排水，則每天必須的排水時(shí)間為式中：工況點(diǎn)流量正常涌水量最大涌水量無論正常涌水期和最大涌水期，每晝夜的排水時(shí)間均不超過20小時(shí)，符合煤礦井下排水設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定規(guī)定。2、經(jīng)濟(jì)性校核工況點(diǎn)效率應(yīng)滿足。故經(jīng)濟(jì)性滿足要求。3、穩(wěn)定性校核單級平均額定揚(yáng)程必須大于管路的測地高度。4 、計(jì)算允許吸水高度在新管狀態(tài)下，允許的吸水高度最小。取，則允許的吸水高度為： 七、電動機(jī)功率計(jì)算根據(jù)工況參數(shù)，可算出電機(jī)必須的容量為：根據(jù)產(chǎn)

12、品樣本取。八、電耗計(jì)算1、全年排水電耗式中：、年正常和最大涌水期泵工作臺數(shù)；、正常和最大涌水時(shí)期泵工作晝夜數(shù)；、正常和最大涌水時(shí)期泵每晝夜工作小時(shí)數(shù)；、電機(jī)效率，電網(wǎng)效率，傳動效率。2、噸水百米電耗校驗(yàn)第三章 水泵房及水倉一、泵房位置泵房設(shè)在-150井底車場，與井下中央變電所相聯(lián)，并用防火門隔離。泵房設(shè)有兩個(gè)出口，一個(gè)與井底車場連通的水平通道，這個(gè)通道設(shè)一個(gè)即能防火又能防水的密封門，另一個(gè)通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底車場8米，泵房的地面高度應(yīng)高出井底車場0.5米，并向吸水井側(cè)有1%的下坡。二、泵房尺寸根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，水泵房至少有2個(gè)出口，一個(gè)出口用斜巷通到井筒，并應(yīng)高出泵房

13、底板7m以上；另一個(gè)出口通到井底車場，在此出口通路內(nèi)，應(yīng)設(shè)置易于關(guān)閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應(yīng)設(shè)置可靠的控制閘門。泵房輪廓尺寸應(yīng)根據(jù)安裝設(shè)備的最大外形、通道寬度和安裝檢修條件等確定。1、泵房的長度：式中：水泵的臺數(shù)；水泵機(jī)組（泵和電機(jī)）總長度；A水泵機(jī)組的凈空距離，一般取1.52.0m。2、泵房的寬度式中：水泵基礎(chǔ)寬度；水泵基礎(chǔ)邊到有軌道一側(cè)墻壁的距離，一般取1.52.0m；水泵基礎(chǔ)邊到吸水井一側(cè)墻壁距離，一般取0.81.0m。故泵房寬度取4m。3、泵房的高度水泵房的高度應(yīng)滿足檢修時(shí)的起重要求（一般取3.04.5m）和水泵工作輪直徑的尺寸要求來確定。當(dāng)工作輪直徑時(shí)，泵

14、房的高度為4.5米，因?yàn)镈280100×5工作輪直徑為430mm，故取4.5m。當(dāng)工作輪直徑時(shí)，取泵房的高度為3米。三、水倉的確定水倉：水倉的容量必須遵守礦井安全規(guī)程第244條的規(guī)定。水倉的斷面可采用單軌標(biāo)準(zhǔn)巷道。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮清理水倉的需要，除了在水倉底板鋪軌外，在水倉入口處要有設(shè)置清理水倉絞車的峒室，峒室的尺寸必須滿足安裝絞車及操縱的方便為原則，一般絞車峒室的有效體積不少于30 m3。所以水倉的斷面采用單軌標(biāo)準(zhǔn)巷道；為了清理水倉的需要，在水倉底板鋪設(shè)軌道，并且在水倉入口處設(shè)置清理水倉絞車的峒室，絞車峒室的有效體積等于30 m3。根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，在井底車場建二個(gè)水倉，即建一個(gè)主

15、倉，建一個(gè)副倉，當(dāng)一個(gè)水倉清理時(shí)，另一個(gè)水倉能正常使用。水倉的斷面采用了拱形斷面。四、水倉容量的確定按能容8小時(shí)正常涌水量的要求設(shè)計(jì)，為了使礦水中的大部分顆粒沉淀于倉底，水倉中的水位以小于0.005米/秒的速度在倉中流動，而且在水倉中的流動時(shí)間應(yīng)小于6小時(shí)。水倉巷道長不應(yīng)小于108m，即，取水倉的長度115m。水倉容量：第四章 排水設(shè)備的組成井下排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動機(jī)、起動設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成 1、離心泵 井下排水系統(tǒng)一般采用離心式水泵，一些小型煤礦或淺水井臨時(shí)排水系統(tǒng)也采用潛水泵。離心式水泵排水系統(tǒng)主要由離心式水泵、電動機(jī)、起動設(shè)備、儀表、管路及管路附件等組成。如圖4-

16、1所示。1.起動設(shè)備 2.電動機(jī)3.水泵 4.抽水管 5.濾水器 6.負(fù)壓表 7.壓力表8.閘閥9.逆止閥10.射流泵 11.排水閥 12.靜壓水管 13.射流泵電磁閥 圖4-1 離心式水泵工作系統(tǒng)2、濾水器和底閥濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于0.5m 。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內(nèi)，導(dǎo)致水泵被堵塞或被磨損。在濾水器內(nèi)裝有舌型底閥，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是現(xiàn)在的排水系統(tǒng)中，為了提高排水效率，減小水泵腐蝕，一般不用底閥，而用射流泵或真空泵為水泵和吸水管注水。3、閘閥 是指啟閉體(閥板)由閥桿帶動閥座密封面作升降運(yùn)動的閥門，

17、可接通或截?cái)嗔黧w的通道。當(dāng)閥門部分開啟時(shí)，在閘板背面產(chǎn)生渦流，易引起閘板的侵蝕和震動，也易損壞閥座密封面，修理困難。閘閥通常適用于不需要經(jīng)常啟閉，而且保持閘板全開或全閉的工況。不適用于作為調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。手動閘閥示意圖手動閘閥實(shí)物圖自動閘閥目前自動閘閥主要有兩種形式：電動執(zhí)行的電動閘閥和液壓執(zhí)行的液動閘閥。 調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。其功用為:（1）調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程；（2）起動時(shí)將它完全關(guān)閉，以降低起動電流。調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點(diǎn)是流動阻力和關(guān)閉壓力較小，安裝時(shí)無方向性，能夠方便地來調(diào)節(jié)水泵的流量和揚(yáng)程等。其缺點(diǎn)是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在

18、安裝位置受到限制時(shí)，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高。放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上，其作用為檢修排水管路時(shí)放水用4、逆止閥逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當(dāng)水泵突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)(如突然停電)時(shí)，或者在未關(guān)閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時(shí)，能自動關(guān)閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞5、水介質(zhì)電液球閥 轉(zhuǎn)動球閥防爆外殼液壓管路入口 （a） 關(guān)閉狀態(tài) （a） 打開狀態(tài)灌引水漏斗、放氣栓和旁通管灌引水漏斗是在水泵初次起動時(shí)，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水時(shí)，要通過放氣栓(又叫氣嘴)將水泵和吸水管中的空氣放掉。當(dāng)排水管中有存水時(shí)，也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引

19、水，此時(shí)要將旁通管上的閥門打開。此外，還可通過旁通管，利用排水管中的壓力水的反沖作用，沖掉積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物，但此時(shí)須通過連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。6.壓力表壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測排水管中水壓大小用。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑有60,100,150,200和250mm五種。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小1個(gè)大氣壓。7.真空表真空表安裝在水泵的吸水接管上，為檢測吸水管的真空度用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑和壓力

20、表一樣，也分為60,100,150，200和250mm五種。真空表測量范圍為0-0.1 MPa(一個(gè)大氣壓)。 六、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采區(qū)供電方式選擇 采區(qū)變電所移動變電站工作面配電點(diǎn) 的方式。其中移動變電站選用2個(gè)，1#移變給采煤機(jī)供電，2#移變?yōu)楣伟遢斔蜋C(jī)和排水系統(tǒng)供電。 對供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)需要完成以下計(jì)算： （1）采區(qū)用電設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，確定變壓器容量、臺數(shù)。 （2）高低壓電纜選擇。 （3）短路電流的計(jì)算。 （4）高低壓配電裝置選擇。（一）1#移動變電站選型 表3 回采工作面符合統(tǒng)計(jì)表1#移動變電站電壓(V)設(shè)備數(shù)量設(shè)備容量總計(jì)（臺）工作（臺）總計(jì)(kW)工作(kW)采煤機(jī)1140113553

21、55PN=380 kW kd=0.4+0.6=1查表煤礦各組用電設(shè)備的需用系數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)得：cosav=0.7,則=507 kV·A選擇KBSGZY-630、10/1.2kV、630kVA 移動變電站1臺。（二）2#移動變電站選型2#移動變電站電壓(V)設(shè)備數(shù)量設(shè)備容量總計(jì)（臺）工作（臺）總計(jì)(kW)工作(kW)1刮板輸送機(jī)1140113203202排水114011400400PN=320+400=720 kW kd=0.4+0.6=0.73查表煤礦各組用電設(shè)備的需用系數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)得：cosav=0.7,則=751 kV·A選擇KBSGZY-800、10/1

22、.2kV、800kVA 移動變電站1臺。（3） 高低壓電纜選擇（設(shè)計(jì)中電纜長度統(tǒng)一選擇500m）（1） 從采區(qū)變電所到1#移變電纜選擇 1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面= 60.6A查表可得，經(jīng)濟(jì)電流密度Jec=2，故所選電纜的經(jīng)濟(jì)截面為：=30.3mm2初選MYPTJ-6/10-3×35型電纜。2）按長時(shí)允許電流校驗(yàn)截面。查得3*35型電纜的Iac=118 A，乘以修正系數(shù)0.94后為110.92 A，大于60.6A，故符合。3）按正常工作電壓損失校驗(yàn) 10kV及以下高壓線路中的電壓損失按全國供用電規(guī)則，在正常負(fù)荷下的電壓偏移不得超過7%。式中 高壓電纜線路中的電壓損失百分?jǐn)?shù)； K兆

23、瓦千米符合矩電纜中電壓損失百分?jǐn)?shù)，查表5-9取0.059； P各串級連接的電纜段的長度，km；4）按短路熱穩(wěn)定條件校驗(yàn)。最大三相穩(wěn)態(tài)短路電流為=2.75 kA 短路電流作用的假想時(shí)間ti=0.25 s 電纜最小熱穩(wěn)定截面為=14.7mm2<30.3mm2故所選MYPTJ-6/10-3×35型電纜滿足要求。（2） 從采區(qū)變電所到2#移變電纜選擇 1)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面= 80A查表可得，經(jīng)濟(jì)電流密度Jec=2，故所選電纜的經(jīng)濟(jì)截面為：=40 mm2初選MYPTJ-6/10-3×50型電纜。2）按長時(shí)允許電流校驗(yàn)截面。查得3*50型電纜的Iac=173 A，乘以修

24、正系數(shù)0.94后為162.62 A，大于80A，故符合。3）按正常工作電壓損失校驗(yàn)。 10kV及以下高壓線路中的電壓損失按全國供用電規(guī)則，在正常負(fù)荷下的電壓偏移不得超過7%。式中 高壓電纜線路中的電壓損失百分?jǐn)?shù)； K兆瓦千米符合矩電纜中電壓損失百分?jǐn)?shù)，查表5-9取0.059； P各串級連接的電纜段的長度，km；4） 按短路熱穩(wěn)定條件校驗(yàn)。假定井下采區(qū)變電所10.5kv母線上的最大短路容量正好被限制在50MVA，其最大三相穩(wěn)態(tài)短路電流為=2.75 kA 電纜最小熱穩(wěn)定截面為=14.7mm2<40mm2式中 ti短路電流的假想時(shí)間，即熱等效時(shí)間，考慮井下的高壓過電流保護(hù)為連續(xù)動作，取假想時(shí)間為0.25s C電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)，銅芯橡套電纜C=93.4.故所