煤矿主排水系统设计.doc

目录第一章 设计的原始资料 2第一节 原始资料任务 2第二章 选型设计的步骤和方法 2第一节 水泵的选型 2第二节 管路的选择 5第三节 校验计算 10第四节 计算经济指标 11参考文献 13煤矿主排水系统设计第一章 设计的原始资料和任务第一节 原始资料任务 某竖井正常涌水量：110m³/h，最大涌水量130m³/h，井筒垂直高度：Hh=243，水处理池高度：Hc=8m，最大涌水期65d，矿水中性，涌水密度1000N/m³，试选择一个可行的排水方案第二章 选型设计的步骤和方法本设计根据煤炭部制定的《煤矿安全规程》及《煤矿工业设计规范》，在保证及时排除矿井涌水的前提下使排水总费用最小，选择最优方案第一节 水泵的选型 根据《煤矿安全规程》的要求，水泵必须有工作、备用和检修水泵，其中工作水泵应能在20h内排出24h的正常涌水量（包括充填水及其它用水）备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70%工作和备用水泵的总排水能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可根据具体情况，在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。

1、水泵最小排水能力的确定 根据《煤矿安全规程》的要求，工作水泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）因此正常涌水时，工作水泵最小排水能力应为 QB=24/20qz=1.2qz=1.2×110m³/h=132m³/h在最大涌水期，工作和备用水泵必须的排水的排水能力为 QB max=24/20qmax=1.2qmax=1.2×130m³/h=156m³/h式中 QB—工作水泵具备的总排水能力，m³/h； QBmax—工作和备用水泵具备的总排水能力，m³/h； qz — 矿井正常涌水量，m³/h； qmax— 矿井最大涌水量，m³/h2、水泵所需扬程的计算 HB =Hsy/ηg=（243+8+5）/0.9=284.4m Hsy—排水高度，Hsy=hh+hc+Hx Hx —吸水高度， 初选Hx=5~5.5m；此处取Hx=5ηg—管道效率，与排水管敷设倾角a角有关，一般为：当a=90°时，ηg=0.9~0.89；当a>30°时，ηg=0.83~0.8；a=30°~20°时，ηg=0.8~0.77；a<20°时，ηg=0.77~0.74。

3、水泵型号及台数选择 根据计算的 QB、HB，从水泵的技术规格表中初选效率较高的150DM30型水泵该水泵额定流量Qe=155m³/h，单级额定扬程He=30m，最高效率77%，对应的允许吸上真空度为6.9ma）正常涌水时水泵工作台数n1=QB/Qe≥132/155=0.85 取n1=1台（b）水泵级数 i=HB/He=284.4/30=9.48 取i=10级 （c）备用水泵台数 n2=0.7QB/Qe=0.7×132/155=0.595 取n2=1台（d）检修水泵台数 n3=0.25QB/Qe=0.25×132/155=0.2125 取n3=1台（e）最大涌水时工作水泵台数 n4= QBmax/Qe=156/155=1.01 取n4=2台 因为n1+n2=1+1=2 所以n1+n2>n4（f）水泵总台数 n=n1+n2+n3=1+1+1=3台第二节 管路的选择 1、管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型的三泵两趟管路系统，一条管路工作，一条管路备用正常涌水时，一台水泵向一趟管路供水，最大涌水时，只要两台泵工作就能达到在20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角度可采用两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管内流量Qe等于泵的流量。

2、管路系统管路布置参照图如图1所示的方案这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水 泵房内管路布置图 3、 管路材料由于井深大于200m，确定采用无缝钢管4、排水管内径 排水管直径d´p=0.0188=0.0188=0.166m 式中 vp——排水管内的流速，通常取经济流速vp＝１.５～２.２（ｍ／s）来计算此处选vp＝2m/s查表2-1，因井深小于400m，选管壁最薄的无缝钢管，外径180mm，壁厚5mm，则排水管内径 dp=（180-2×5）mm=170mm 5、吸水管直径： d´x=d´p+0.025=0.166+0.025=0.191mm选标准无缝钢管外径194mm，壁厚5mm，内径为184mm表2-1热轧无缝钢管（YB231-70）外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.5～24.01464.5～36.0273 7.0～50.0953.5～24.01524.5～36.02998.0～75.01023.5～28.01594.5～36.03258.0～75.01083.5～28.01685.0～45.03518.0～75.01144.0～28.01805.0～45.03779.0～75.01214.0～32.01945.0～45.04029.0～75.01274.0～32.02036.0～50.04269.0～75.01334.0～32.02196.0～50.04599.0～75.01404.5～36.02457.0～50.04809.0～75.0常用壁厚尺寸系列2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 75 6、吸水管阻力损失： ==0.94m查表12-2，因dx=184，故=5.2，=0.37，=0.1=0.0349，取=7m允许吸水高度查150DM30性能曲线，工业区最大流量时的=5.8m，故=5.8--0.94=4.73m7、排水管阻力损失计算 估算管路长度 排水管长度可估算为： Lp=Hsy+（40～50）m=243+8+5+（40～50）m=（296～306）ｍ取Lp=３05m ，吸水管长度可估算为Lx=7m 。

8、管路阻力系数R的计算沿程阻力系数吸水管 λx = = =0.0349排水管 λp === =0.0357 局部阻力系数 吸、排水管及其阻力系数分别列于表2-2、表2-3中 表2-2吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数底阀15.290弯头10.37异径管10.1 表2-3排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀22×0.08=0.16逆止阀15.5转弯三通11.590弯头44×0.37=1.48异径管10.1直流三通44×0.1=0.430弯头2 2×0.37×30/90=0.25 9、排水管阻力损失： 查表12-2，=0.08，=5.5，=1.5，=0.1， =0.37，=0.125，=0.1=2×0.08+5.5+1.5+4×0.37+0.1+4×0.1+2×0.37×30/90=9.39 13.5m10、水泵所需总扬程 H=Hp+Hx+1.7=（251+4.73）+1.7（0.94+13.5+1.92）/19.6=279.14m<300m第三节 校验计算1、验算水泵级数i===9.30 取i=10级2、排水时间的验算 正常涌水时，工作水泵n1台同时工作时每天的排水小时数=24×110/155=17h≤20h 最大涌水期，工作水泵、台同时工作时每天的排水小时数 =24×130/2×155=10h≤20h3、经济性校核效率应满足 满足经济性要求。

=0.754、 稳定性校核 Hsy=256≤0.9iHo=0.9×340m=306m 满足稳定性要求当流量为0m³/h时查150DM30性能曲线得HO=340m5、经济流速的校核吸水管内流速vx=1.62m/s排水管内流速vp=1.90m/s吸、排水管中水的流速都在经济流速之内，满足要求注：吸、排水管中的流速通常取1.5-2.2m/s6、电动机功率计算N´d=Kd=1.1×10000×155×284.4/1000×3600×0.77=175KW式中　——电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW时，取=1.1；当水泵轴功率为 10～100KW时，取=1.1～1.2水泵配套电动机功率为Nd=225KW ，大于计算值，所以满足要求 第四节 计算经济指标1、全年排水电耗 E= = =1.19×106kwh/y ——水的重度，；由给定条件可知=10000 、——正常和最大涌水期泵工作台数； 、 ——正常和最大涌水期泵工作昼夜数； 、——正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数；——传动效率，对直联接取1，联轴器联接取0.95～0.98；——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；——电网效率，取0.95；2、吨水百米电耗校验。

Et.100= =kwh/t.100 =0.459kwh/t.100<0.5kwh/t.100 参考文献[1] 毛君.煤矿固定机械及运输设备.北京.煤炭工业出版社，2006.[2] 牛树仁，陈滋平.煤矿固定机械及运输设备.北京.煤炭工业出版社，1988.[3] 周廼廷，严万生.矿山固定机械手册.北京.煤炭工业出版社，1986.1设 计主排水设计计算 学 生：刘智文 指导老师：沈统谦 时 间：2012.12.20。