礦井排水系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)統(tǒng)一口徑

1、礦井排水系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)統(tǒng)一口徑一、設(shè)計原則和依據(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)計規(guī)范、煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范和煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計規(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。二、排水泵站的能力確定 1、最小排水能力計算 （1）、正常涌水量時工作水泵最小排水能力：Q1 =24Qz/20=1。2Qz （2）、最大涌水量時工作水泵最小排水能力：Q2 =24Qm/20=1。2Qm2、水

2、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, K=1.251.2. 3、 確定水泵臺數(shù)根據(jù)計算的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，分別計算出水泵站內(nèi)工作水泵、備用水泵、檢修水泵臺數(shù)。水泵站內(nèi)水泵總臺數(shù)N按下面兩種情況計算。(1)、正常涌水量時：N= n1+ n2+ n3式中，工作水泵臺數(shù)n1= Q1/Qb, 且n11，當(dāng)n1

3、不為整數(shù)時，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。備用水泵臺數(shù)n2=0。7 n1，且n21，當(dāng)n2不為整數(shù)時，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。檢修水泵臺數(shù)n3=0。25 n1，且n31，當(dāng)n3不為整數(shù)時，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。(2)、最大涌水量時，水泵工作臺數(shù)n4= Q2/Qb，當(dāng)n4 n1+ n2時，則N= n1+ n2+ n3，當(dāng)n4 n1+ n2時，則N= n4+ n3。 （3）、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水危險的礦井，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，應(yīng)選耐酸泵。三、排水管路計算和管路布置 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

4、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)計規(guī)范要求，每臺水泵均能經(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臺水泵，即一管二泵，最多不宜超過一管三泵；有時為了控制管內(nèi)水的流速，1臺水泵也可并聯(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、管徑計算（1）、選擇排水干管管徑時，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

5、計算dp=（Q/900V ）1/2 （m）,式中: Q流經(jīng)管內(nèi)流量（m3/h）。一管一泵時Q=Qb，一管二泵時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，可適當(dāng)增大，但不宜超過2。5 m/s 。 3、管壁厚度計算，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)計手冊中所推薦的公式計算： =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計算管段內(nèi)部最大工作壓力 （kg/cm2） kz管材許用應(yīng)力 (kg/

6、mm2)，且kz=0。25BB管材抗拉強(qiáng)度 (kg/mm2)，當(dāng)不知鋼號時，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)計規(guī)范（送審稿）中推薦的公式計算： =+c = pDw/2.3(R- 6.4)+p (公式二)式中: p計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、7.C計入制造負(fù)偏差和腐蝕的附加厚度：無縫鋼管: C=0.15(+1) (cm)說明: 管壁厚度計算公式較多，煤炭系統(tǒng)比較公認(rèn)的為四大件設(shè)計手冊中所推薦的公式，即(公式一)。因此，在煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計規(guī)范未批準(zhǔn)實施前,設(shè)計宜采用(公式一)計算。但因按(公式二) 計算的管壁厚度比按(公式一) 計算的厚度大，所以在上述設(shè)計規(guī)范批準(zhǔn)后，則應(yīng)采用(公式二)計算，以使設(shè)計符合規(guī)范要求。4、根據(jù)計算的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，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，檢驗排水系統(tǒng)（包括水泵和管路

8、）設(shè)計選型計算的符合性。 確定水泵工況點，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。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

9、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)行情況分別計算：hp=hp1+hp2= (R p1+n2 R p2) Q2（2）、繪制

10、管網(wǎng)特性曲線H= Hc +RQ2 式中 Hc測量高度，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M即為水泵運(yùn)行工況點（如圖1）。該點對應(yīng)的Q、H、npsh，即是水泵運(yùn)行時的流量、揚(yáng)程、效率和必須的汽蝕余量。 （貼插圖1

11、）（4）、根據(jù)工況點對應(yīng)的Q、H，檢驗礦井最大涌水量和正常涌水量時水泵工作臺數(shù)、管路趟數(shù)及每天水泵工作時間。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間不超過20h。從圖1可知，此時水泵的實際流量為Qb，則要求：T1=24Qz/n Qb 20h，T2=24Qm /n Qb 20h 。同時檢驗排水管中水的流速，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)、計算電動機(jī)的容量：先按一管一泵（n=1）運(yùn)行時水泵工況點對應(yīng)的Q、H、計算出水泵的軸功率：N=QHr/1023600電動機(jī)的容量：Nd=KQHr/1023600m，式

12、中 K電動機(jī)容量的富余系數(shù)，K=1。11。2，m傳動效率，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選擇電動機(jī)。（一般電動機(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)行時水泵的工況計算水泵的軸功率，檢驗電動機(jī)是否過負(fù)荷。、第二種方法,即四大件設(shè)計手冊中介紹的方法，其步驟如下：（1）、首先分段計算出管路損失hh=hx+hp1+hp2，按一管一泵（n=1）運(yùn)行，計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，（

13、4）、確定水泵運(yùn)行工況點 、一管一臺泵運(yùn)行時水泵的工況點確定一臺水泵的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3即為水泵運(yùn)行工況點，見圖2） 、一管二臺泵并聯(lián)運(yùn)行時水泵的工況點確定 兩臺同型號水泵并聯(lián)特性曲線的繪制，是在相同揚(yáng)程條件下，兩臺水泵流量相加繪成的，如圖2所示。它與管網(wǎng)特性曲線（按一管一臺泵運(yùn)行）之交點1即為二臺并聯(lián)水泵的工況點，點1對應(yīng)的Q、H為并聯(lián)工作水泵的實際流量和揚(yáng)程；點為并聯(lián)工作時每臺水泵的工作點；點為一臺水泵單獨工作時的工作點。從圖2可知，Q= Q1Q1 2 Q1，一般Q=（1。81。6）Q1。（貼插圖2） 、一管三臺泵并聯(lián)運(yùn)行時水泵的工況點確定

14、 與一管二臺泵并聯(lián)運(yùn)行時水泵的工況點確定方法相同，如圖3所示。（貼插圖3） 、三臺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1定出泵站的最大輸水量，點2定出每條管路中的輸水量，點定出每臺水泵的輸水量。（貼插圖4）選擇電動機(jī)和計算水泵工作時間，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即為水泵運(yùn)行工況點，也就是先定出單臺水泵Q，再計算泵站輸水量。而第二種方法則是先定泵站輸水量，再定出每臺水泵Q

15、。但兩種方法的共同點都是基于水泵并聯(lián)運(yùn)行時管中的流量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）、泵站長度 L=n L1 +(n-1) L2+(35) (m)式中: L1機(jī)組長度， L2機(jī)組間凈間距，應(yīng)滿足電動機(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+B

16、4+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水泵或電動機(jī)外型（靠軌道側(cè)）至基礎(chǔ)中心距離， B4水泵或電動機(jī)或平板車中最大件寬度，B5水泵啟動控制箱的厚度， 0。3 m為考慮最大件通過軌道運(yùn)輸時兩側(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，h3=0）h4閘閥高度（當(dāng)止回閥采用多功能控制閥時， 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，其H應(yīng)滿足法蘭底部距泵站地面1。

17、8 m的要求。2、其他相關(guān)尺寸 （1）、水泵、吸水管、配水井、吸水井及水倉相互之間主要尺寸關(guān)系如圖所示。 （貼插圖） a0 短管長度，可根據(jù)實際情況確定；a1偏心異徑管長度，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

18、置共享一個壁龕時，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 每臺水泵宜單獨使用一個吸水井，確定吸水井直徑時應(yīng)考慮水泵工作時吸水井內(nèi)水面波動不太大，同時應(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，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，應(yīng)設(shè)單獨的防彎梁。管卡只起導(dǎo)向作用。（4）、排水管在斜井中沿底板敷設(shè)時，可用水泥墩