煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計

1、主排水泵選型計算設(shè)計一、概述本礦井采用主斜井、副立井、回風(fēng)立井綜合開拓方式，主斜井井口標高為+922m副立井、回風(fēng)立井井口標高均為+1195m副立井、回風(fēng)立井落底標高均為+220m主斜井與暗主斜井斜交，暗主斜井落底標高為+206m初期大巷最低點標高為+205m根據(jù)地質(zhì)報告，本礦井正常涌水量807m3/h,最大涌水量為1234m3/h,正常涌水量大于120mVh,最大涌水量大于600m3/h,對照現(xiàn)行煤礦防治水規(guī)定，屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井。按照現(xiàn)行煤礦防治水規(guī)定及煤礦安全規(guī)程要求，本礦井應(yīng)當在井底車場周圍設(shè)置防水閘門，或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝配備排水能力不小于最大涌水量的潛水電泵排水系統(tǒng)。根

2、據(jù)本礦井開拓方式，結(jié)合現(xiàn)有成熟的防水閘門產(chǎn)品參數(shù)，設(shè)置防水閘門抗災(zāi)暫無合適的設(shè)備，因此設(shè)計在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上配備潛水電泵抗災(zāi)排水系統(tǒng)。二、礦井主排水（一）設(shè)計依據(jù)地質(zhì)報告提供礦井正常涌水量807m3/h,最大涌水量為1234m3/h,考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿析出水增加50m3/h的排水量，因此在設(shè)備選型時按正常涌水量857m3/h,最大涌水量為1284m3/h計算;礦井水處理所需要增加15ms程。（二）排水系統(tǒng)方案根據(jù)本礦井的開拓布置，礦井涌水量和排水高度等資料，設(shè)計對本礦井的排水系統(tǒng)方案進行了比較：方案一：主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點，排水管路沿副立井井筒敷設(shè)，將礦井涌水排至地面副立井

3、工業(yè)場地，在副立井工業(yè)場地設(shè)置水處理站。該方案雖然排水管路相對較短，降低了管路投資，但是由于副立井較主井井口標高高出約273m年排水電費約增加560余萬元，且送往井下的灑水管路水壓大，需增加管路壁厚，管路投資增加約100萬元，綜合運營費用較高。方案二：主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點，排水管路沿西大巷一主斜井井筒敷設(shè)，將礦井涌水排至主井場地。該方案雖然排水管路較長，管路損失較大，但主井較副立井井口低273m排水設(shè)備工況揚程低，水泵級數(shù)少，設(shè)備投資省，電耗低。經(jīng)上述綜合分析比較，設(shè)計推薦本礦井排水系統(tǒng)采用布置合理，綜合運營費用低的方案二，即主排水泵房設(shè)置在初期大巷最低點，井下涌水由主井排出方案。(

4、三)礦井主排水泵房排水設(shè)備1、設(shè)計依據(jù)根據(jù)確定的排水系統(tǒng)方案，本礦井主排水泵房設(shè)置在+205mK平副立井井底車場附近的初期大巷最低點，排水管路經(jīng)管子道、沿主斜井井筒敷設(shè)至地面。地質(zhì)報告提供礦井正常涌水量807nVh,最大涌水量為1234舟h,考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿滲水增加水量50n3/h,因此在設(shè)備選型時按正常涌水期排水量857nVh，最大涌水期排水量為1284舟h計算；初期大巷最低點標高+205m主斜井井口標高+922m排水垂高715m考慮礦井水處理所需要增加的15m揚程后，排水總垂高為732m排水管路敷設(shè)長度約5800m2、排水設(shè)備方案水泵及管路的初選(1)泵應(yīng)具有的排水能力：正常涌水

5、量Q1=1.2X857=1028.4m3/h;最大涌水量Q2=1.2X1284=1540.8m3/h排水揚程H=1.15X(717+5)=830.3m(2)排水設(shè)備初選MDS420-9繇列礦用耐磨離心式排水泵，具額定揚程應(yīng)不小于830.3m。(3)排水管路初選D=(4X420/3.14X1.8X3600)1/2=0.287m取DN=0.30m即DN300mm排水管路選用D325型復(fù)合鋼管，吸水管路選用D377型復(fù)合鋼管。(4)排水系統(tǒng)阻力系數(shù)排水管阻力損失：V2Haf=(：1：2%：3nJ%。+%：6)?2g式中：中1速度壓頭系數(shù)，1；中2直管阻力系數(shù)，2=£=0.0276360=5

6、72.4Dg0.3g中3彎管阻力系數(shù)，0.761.0;Q閘閥阻力系數(shù)，0.250.5;%逆止閥阻力系數(shù)，514;中6管子焊縫阻力系數(shù)，0.03；03彎管數(shù)量，個；04閘閥數(shù)量，個；n5逆止閥數(shù)量，個；%管子焊縫數(shù)量，個；九一一水與管壁的阻力系數(shù)；Ld排水管路總長度，mVd排水管流速，m/s；Vd*g44203600二0.32=1.651m/s2Haf=(1+572.4+51+10.5+114+11000.03)1=86.90m29.81舊管時：Haf舊=1.7Haf=1.786.90=147.73m吸水管路及局部水頭損失之和Hsf:V2Hsf=(：2303：45)?2g式中：:2直管阻力系數(shù)，

7、.L一652='=0.0258-6=0.48ds0.35中3彎管阻力系數(shù)，0.761.0;2'94濾水器阻力系數(shù)，23;久一一偏心異徑管阻力系數(shù)，0.160.36;,.03號官數(shù)重，個；九一一水與管壁的阻力系數(shù)；Ls吸水管路總長度，成Vs吸水管流速，m/s;4Q23600二ds=1.21m/s442023600：0.35_2-1.212Hsf=(0.4812.65+0.36)=0.335msf29.81舊管時：Hsf舊=1.7Hsf=1.70.335-0.57mHafH4R2Q2排水系統(tǒng)阻力系數(shù)147.73+0.57-42=8.40710420則排水系統(tǒng)Q-H特性曲線方程為H=

8、722+8.407X10-4Q23、水泵及管路的計算機優(yōu)化根據(jù)礦井排水系統(tǒng)和參數(shù)，經(jīng)我院通過部級鑒定的礦井排水設(shè)備選型優(yōu)化設(shè)計計算程序設(shè)計計算，選出了適合本礦井主排水泵房的3個排水設(shè)備方案，其技術(shù)經(jīng)濟參數(shù)詳見表7-3-1。從方案表中可以看出，方案三所選排水系統(tǒng)設(shè)備，排水能力大，但水泵運行工況效率低，年電耗高，基建投資多，年綜合營運費用也較高，故設(shè)計不予推薦；方案二所選排水系統(tǒng)設(shè)備，雖然電動機容量較小，但水泵臺數(shù)多，年電耗較高，基建投資也較多，因水泵運行工況效率低、綜合營運費用也較高，設(shè)計也不予推薦；方案一所選排水系統(tǒng)設(shè)備，基建投資低，水泵運行工況點效率高，年電耗少，年綜合運行費用最低。故設(shè)計推

9、薦方案一作為本礦井主排水設(shè)備方案。礦井主排水設(shè)備選型方案比較表表7-3-1內(nèi)容單位技術(shù)參爹力某一力某一力殺二設(shè)計依據(jù)礦井正常涌量n3/h857礦井最大涌量n3/h1284排水垂局m732排水設(shè)備水泵型號MDS420-96X9MD360-92X9MD420-96X9（原PJ200系列）水泵臺數(shù)臺787電機型號YB系歹U4極YB系列4極YB系列4極電機參數(shù)10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325X215-D325X184-D325X21正常涌水期工況水泵，作臺數(shù)臺343排水管工作趟數(shù)343流里m3/h413.81343390.6揚程m865.96837

10、.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48軸功率kW1282.4010501243.6日排水時間h/d16.5514.9917.55最大涌水期工況水泵，作臺數(shù)臺454排水管工作趟數(shù)454流里n3/h413.81343390.6揚程m865.96837.5855.89效率%77.6277.574.68吸程m7.35.816.48軸功率kW1282.4010501243.6日排水時間h/d18.6117.9719.72年電耗kWh/a_42922.9X10_42920.7X10_43005.0X10噸水百米電耗kWh/(thn)0.39740.40500.416

11、7基建投資萬元1794.51968.71794.5綜合營運費用力兀/a2058.82087.12108.1注：電價按0.6元/度。基建投資僅作為方案比選使用(1)排水管路壁厚按下式計算:、.=1.150.152.3(二:-6.4)PPDw式中：6排水管路管壁計算厚度，CR1P管路最大工作壓力，設(shè)計取為9.5MPa；Dl管路管材外徑，cm山管路焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1;管材需用應(yīng)力，MPa本公式已計入管材的制造誤差及腐蝕附加厚度。代入各參數(shù)后:、=1.150.159.532.52.3(851-6.4)9.5=2.02cm=20.2mm則排水管路壁厚選擇為21mm排水管路選用2趟D325X21型聚乙

12、烯復(fù)合鋼管（基材為無縫鋼管），分段選擇壁厚。排水管路由+205m水平主排水泵房一管子道一主斜井井筒敷設(shè)至地面。正常涌水期3泵3管運行，最大涌水期4泵4管運行。（2）選定方案的設(shè)備及運行工況經(jīng)計算機優(yōu)化，并結(jié)合前期可研設(shè)計時專家的評審建議，本礦井主排水系統(tǒng)設(shè)備選用MDS420-96X9型礦用耐磨離心式主排水泵7臺，每臺水泵配套1臺YB2系列4極10kV1600kW礦用隔爆電動機。正常涌水期3臺工作，3臺備用，1臺檢修，最大涌水期4臺水泵工作。鑒于本礦井的涌水水質(zhì)較差，考慮到延長排水管路的使用壽命，減小管路維護工作量，主排水管路選用4趟D325礦用聚乙烯復(fù)合鋼管（基材為無縫鋼管），分段選擇壁厚。排

13、水管路經(jīng)管子道、主斜井井筒敷設(shè)至地面。正常涌水期3泵3管運行，最大涌水期4泵4管運行。礦井排水設(shè)備運行特性曲線詳見圖7-3-1o礦井排水系統(tǒng)布置詳見圖7-3-2o礦井排水設(shè)備運行工況詳見表7-3-2。水泵運行工況點參數(shù)表表7-3-2參數(shù)運行方式流里_.3,Q(mi/h)揚程Hi(m)效率ri(衿計算軸功率N(kN理論最大吸水高度H(nrj)日排水時間t(h/d)正常3泵3管497846.4277.231513.057.0113.79涌水期舊管413.81865.9677.621282.317.3216.55取大4泵4管497846.4277.231513.057.0115.5涌水期舊管413.

14、81865.9677.621282.317.3218.61備注新管指管路未淤積時，舊管指管路淤積后。水泵運行時，日排水時間均20h,排水能力滿足要求；水泵所需軸功率(計算軸功率)均小于所配電動機容量1600kW所選電動機容量滿足水泵要求。為了節(jié)約能源，設(shè)計選用ZPB-G型高壓氣液兩用射流裝置，使水泵實現(xiàn)無底閥運行。射流泵接井下壓縮空氣管路作為備用能源。設(shè)計選用MZ941H-10Q®礦用電動隔爆閘閥，實現(xiàn)水泵房自動化控制；選用Jd745X-100型多功能水泵控制閥，減小水垂對排水系統(tǒng)的沖擊。泵房內(nèi)設(shè)置起重梁，配置手動單軌小車和環(huán)鏈手拉的產(chǎn)，以便于設(shè)備安裝和維修。根據(jù)本礦井開拓方式及井下

15、輔助運輸無軌化的特點，傳統(tǒng)的人工挖掘，清倉絞車清運水倉淤泥方法，效率低、勞動強度大，不適合本礦井高產(chǎn)高效的要求，同時煤泥(含有水)運輸也不方便，還影響井下環(huán)境。為此，設(shè)計考慮選用國內(nèi)近幾年開發(fā)的ZQ-mY型水倉自動清挖系統(tǒng)1套，用于井下水倉清理。該系統(tǒng)含有淤泥攪拌設(shè)備、MQB也型泥漿抽排泵、脫水設(shè)備、濃縮設(shè)備及裝車系統(tǒng)，能將水倉淤積的煤泥轉(zhuǎn)化為煤餅，裝載到井下無軌膠輪車上，運到地面，操作方便，使用可靠，己在多對礦井中成功應(yīng)用，反應(yīng)較好。ZQ-mY型水倉自動清挖系統(tǒng)總裝機容量約35kWH(m)990馳0.隘96加1期5720630HsWI4瑞)8070605040302010413J1Q(f/h

16、)400500600井粽則420-96X9電動機瓶系列概l(MI砌植射管4tD325X2I1泵1微管運行工愿卜腐管髓研工留點Hi-榛新管茹工踽量程率程流揚效吸H：二M42mJi=7L23flH.I=LOIi01002C0300也-煤H朝療陰點541181日介曲=麻即4(11=77.62*二-32本程率程瀟揚數(shù)曼圖731礦井主排水泵運行特性曲線享函vA&ZPB喇液泵裝置真空表壓力表*X0SS（四）礦井主排水設(shè)備的供配電與控制根據(jù)現(xiàn)行礦山電力設(shè)計規(guī)范、煤礦安全規(guī)程要求，井下主排水泵為一級負荷，主排水泵電機由井下中央變電所一對一供電，10kV高壓電源線路采用MYJV-10kV3X70煤礦用交

17、聯(lián)聚乙烯電力電纜。井下主排水泵電機，采用高壓軟起動。同時，在水泵房設(shè)有就地操作箱。主排水泵供電系統(tǒng)圖詳見附圖C1361G1-261-2-10為了實現(xiàn)礦井井下主排水自動化，設(shè)計有自動化排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用防爆PLC控制，能根據(jù)井下水倉水位自動起停水泵，工作泵故障時，備用水泵自動投入?，F(xiàn)場控制器采用S7系列PLC完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。并配置工業(yè)智能圖形工作站，作為數(shù)據(jù)顯示和操作監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)控制點設(shè)于井下中央變電所中，為二合一控制站，即井下排水三遙系統(tǒng)和中央變電所三遙系統(tǒng)共用硬件平臺。1、操作方式：系統(tǒng)控制具有自動、半自動和手動檢修3種工作方式。2、程控功能：PLC主要實現(xiàn)主排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、

18、動態(tài)顯示及主排水泵自動啟停、自動倒換等順序控制功能。3、監(jiān)控功能：具有故障自診斷、流量、壓力、設(shè)備運行工況和在線設(shè)備性能等參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高、低壓配電及MCC（統(tǒng)等的連續(xù)實時顯示以及報表打印、數(shù)據(jù)存儲功能。4、水泵監(jiān)控系統(tǒng)與井下控制網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)在礦調(diào)度室進行三遙。五、抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)（一）概述本礦井正常涌水量807nVh,最大涌水量為1234nVh,對照現(xiàn)行煤礦防治水規(guī)定,水文地質(zhì)類型為復(fù)雜，涌水量在西北地區(qū)較大，對采掘工程、礦井安全構(gòu)成一定水害威脅。為此設(shè)計考慮在井底車場周圍設(shè)置防水閘門，或者在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝配備排水能力不小于最大涌水量的潛水電泵排水系統(tǒng)。鑒于本礦井井下水壓大

19、于6MPa高壓水閘門尚無定型設(shè)計產(chǎn)品，超高壓防水閘門也還在研究階段，考慮實際抗災(zāi)需要，以及目前潛水電泵設(shè)備發(fā)展狀況，采用增加潛水電泵排水系統(tǒng)以增強礦井的抗災(zāi)排水能力，設(shè)計在井底車場主排水泵房水倉附近設(shè)潛水電泵系統(tǒng)，排水管路沿回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面。（二）設(shè)計依據(jù)本礦井回風(fēng)立井井口標高為+1195m,井底車場主排水泵房水倉附近的標高為+205m排水垂高990nl在主排水泵房水倉附近設(shè)置潛水電泵碉室，潛水電泵碉室標高為+205m排水管路沿西回風(fēng)大巷轉(zhuǎn)回風(fēng)石門至回風(fēng)立井井底，由回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面，井下水排出后留有3m水頭。礦井最大涌水量1234n3/h，總排水高度993m排水管路長度1880m（

20、三）抗災(zāi)潛水電泵選型1、抗災(zāi)潛水電泵選型根據(jù)排水能力要求、估算水泵揚程，本礦井抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)選用3臺BQ550-1105/13-2500/W-S型，額定流量550n3/h,額定揚程1105m的礦用隔爆臥式潛水電泵，當井下突水或涌水量增大時，3臺水泵同時工作，每臺水泵配用1臺4極、10kV、2500kW礦用潛水泵專用隔爆型電動機。2、排水管路選擇排水管路直徑：D=J4Q=J4/550=0.304(m),取D=0.30m,公稱直徑為DN300mm3600：Vd13600二2.1式中：Vd設(shè)計排水管流速，m/so結(jié)合所選水泵臺數(shù)、水泵揚程，排水管路選用3趟外彳全為D325mm勺聚乙烯復(fù)合鋼管(

21、基材為無縫鋼管)，分段選擇壁厚。當井下突水或涌水量增大時，3趟管路同時工作。排水管路由臥式潛水泵碉室一管子道一回風(fēng)大巷一回風(fēng)石門一回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面。3、管路阻力系數(shù)計算(1)排水系統(tǒng)阻力系數(shù)排水管路中阻力損失Haf按下式計算：V2Haf=(12n33n4：4j'g%。)式中：91一速度壓頭系數(shù)，取中1=1；中2一直管阻力系數(shù)，Ld18802=''=0.027169.2D0.30九一水與管壁的阻力系數(shù)，對于DN300m管路，九二0.027;Ld一排水管路總長度，本礦井抗災(zāi)排水系統(tǒng)為1880mD一排水管路公稱直徑，本礦井抗災(zāi)排管路管徑為0.30m；中3一彎管阻力系數(shù)，

22、0.761.0;%一彎管數(shù)量，個，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個；%一閘閥阻力系數(shù)，0.250.5;心一閘閥數(shù)量，個，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個；Q一逆止閥阻力系數(shù)，514;Vd一排水管流速，m/s;4QVd二一Q-3600二Dg2y455023600二0.2792=2.49m/s則，抗災(zāi)排水泵排水管路阻力損失:Haf=(1+169.2+21+20.5+14)2.49229.81=59.6(m«H2O)抗災(zāi)排水管路舊管（淤積）時阻力損失:Haf舊=1.7Haf=1.759.6=101.2（m，也。）吸水管路及局部水頭損失之和H；f,因潛水泵無吸水管，故可不考慮。排水系統(tǒng)阻力系數(shù)新管（

23、管路未淤積）時:HR二一afHsfQ259.6+055024=1.970104舊管（管路未淤積）時:R'=Haf'HafQ2101.2+05502_-4=3.34510則排水系統(tǒng)新管（管路未淤積時）阻力特性方程為：H=h+RQ=993+1.970X10-4d舊管（管路未淤積時）阻力特性方程為：H=H+Rd=993+3.345X10-4d式中：H一吸水面至排水口幾何高差，m本排水系統(tǒng)H=993m4、水泵運行工況按新管（管路未淤積時）阻力特性方程和舊管（管路未淤積時）阻力特性方程，在BQ550-1105/13型水泵特性曲線上繪出管路阻力特性曲線，得出水泵運行工況點。礦井抗災(zāi)排水設(shè)備運行工況點詳見表7-3-3。抗災(zāi)水泵運行工況點參數(shù)表表7-3-3參數(shù)管運行方式流里_3Q(m/h)揚程h（m）效率刀（衿計算軸功率N.（kW日排水時間t（h/d）3泵3管593106179.3220416.65舊管559109879.5214517.66備注新管指管路未淤積時，舊管指管路淤積后。礦井抗災(zāi)潛水