煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)/煤礦排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合用文檔主排水泵選型計(jì)算設(shè)計(jì)一、歸納本礦井采用主斜井、副立井、回風(fēng)立井綜合開(kāi)拓方式，主斜井井口標(biāo)高為+922m，副立井、回風(fēng)立井井口標(biāo)高均為+1195m，副立井、回風(fēng)立井落底標(biāo)高均為+220m，主斜井與暗主斜井斜交，暗主斜井落底標(biāo)高為+206m，初期大街最低點(diǎn)標(biāo)高為+205m。33，正常涌水量大于3，依照地質(zhì)報(bào)告，本礦井正常涌水量807m/h，最大涌水量為1234m/h120m/h3最大涌水量大于600m/h，比較現(xiàn)行《煤礦防治水規(guī)定》，屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井。依照現(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(dāng)在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門，或許在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝裝備排水能力不小于最大涌水量的潛水電泵排水系統(tǒng)。依照本礦井開(kāi)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(wú)合適的設(shè)備，因此設(shè)計(jì)在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上裝備潛水電泵抗災(zāi)排水系統(tǒng)。二、礦井主排水（一）設(shè)計(jì)依照地質(zhì)報(bào)告供應(yīng)礦井正常涌水量3，最大涌水量為3，考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿807m/h1234m/h3的排水量，因此在設(shè)備選型時(shí)按正常涌水量33計(jì)算；析出水增加50m/h857m/h，最大涌水量為1284m/h礦井水辦理所需要增加15m揚(yáng)程。（二）排水系統(tǒng)方案依照本礦井的開(kāi)拓部署，礦井涌水量和排水高度等資料，設(shè)計(jì)對(duì)本礦井的排水系統(tǒng)方案進(jìn)行了比較：方案一：主排水泵房設(shè)置在初期大街最低點(diǎn)，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工業(yè)場(chǎng)所，在副立井工業(yè)場(chǎng)所設(shè)置水辦理站。該方案誠(chéng)然排水管路相對(duì)較短，降低了管路投資，但是由于副立井較主井井口標(biāo)高高出約273m，年排水電費(fèi)約增加560余萬(wàn)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(wàn)元，綜合營(yíng)運(yùn)花銷較高。方案二：主排水泵房設(shè)置在初期大街最低點(diǎn)，排水管路沿西大街→主斜井井筒敷設(shè)，將礦井涌水排至主井場(chǎng)所。該方案誠(chéng)然排水管路較長(zhǎng)，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(yáng)程低，水泵級(jí)數(shù)少，設(shè)備投資省，電耗低。文案大全合用文檔經(jīng)上述綜合解析比較，設(shè)計(jì)介紹本礦井排水系統(tǒng)采用部署合理，綜合營(yíng)運(yùn)花銷低的方案二，即主排水泵房設(shè)置在初期大街最低點(diǎn)，井下涌水由主井排出方案。（三）礦井主排水泵房排水設(shè)備1、設(shè)計(jì)依照依照確定的排水系統(tǒng)方案，本礦井主排水泵房設(shè)置在+205m水平副立井井底車場(chǎng)周邊的初期大街最低點(diǎn)，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(bào)告供應(yīng)礦井正常涌水量3，最大涌水量為3，考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿807m/h1234m/h3，因此在設(shè)備選型時(shí)按正常涌水期排水量3，最大涌水期排水量為3滲水增加水量50m/h857m/h1284m/h計(jì)算；初期大街最低點(diǎn)標(biāo)高+205m，主斜井井口標(biāo)高+922m，排水垂高715m，考慮礦井水辦理所需要增加的15m揚(yáng)程后，排水總垂高為732m，排水管路敷設(shè)長(zhǎng)度約5800m。2、排水設(shè)備方案水泵及管路的初選（1）泵應(yīng)擁有的排水能力：正常涌水量Q1=1.2×857=1028.4m3/h;最大涌水量Q2=1.2×1284=1540.8m3/h排水揚(yáng)程H=1.15×（717+5）=830.3m（2）排水設(shè)備初選MDS420-96系列礦用耐磨離心式排水泵，其額定揚(yáng)程應(yīng)不小于830.3m。（3）排水管路初選D=（4×420/3.14×1.8×3600）1/2=0.287m取DN=0.30m即DN300mm排水管路采用D325型復(fù)合鋼管，吸水管路采用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：Haf(12n33n44n55+n66)Vd22g式中：1－－速度壓頭系數(shù)，1；－－直管阻力系數(shù)，Ld0.02763602Dg572.40.3文案大全合用文檔3－－彎管阻力系數(shù)，0.76～1.0；4－－閘閥阻力系數(shù)，0.25～0.5；5－－逆止閥阻力系數(shù)，5～14；6－－管子焊縫阻力系數(shù)，0.03；n3－－彎管數(shù)量，個(gè)；n4－－閘閥數(shù)量，個(gè)；n5－－逆止閥數(shù)量，個(gè)；n6－－管子焊縫數(shù)量，個(gè)；－－水與管壁的阻力系數(shù)；Ld－－排水管路總長(zhǎng)度，m；Vd－－排水管流速，m/s；Vd4Q44201.651m/s3600Dg236000.32Haf（1+572.4+51+10.5+114+11000.03）1.65052=86.90m29.81舊管時(shí)：Haf舊1.7Haf=1.786.90=147.73m吸水管路及局部水頭損失之和Hsf：Hsf(23n345)Vs22g式中：2'－－直管阻力系數(shù)，Ls0.02586.520.48ds0.353'－－彎管阻力系數(shù)，0.76～1.0；'4－－濾水器阻力系數(shù)，2～3；5'－－獨(dú)愛(ài)異徑管阻力系數(shù)，0.16～0.36；n3'－－彎管數(shù)量，個(gè)；－－水與管壁的阻力系數(shù)；Ls－－吸水管路總長(zhǎng)度，m；文案大全合用文檔Vs－－吸水管流速，m/s；4Q44201.21m/sVsds236000.3523600Hsf(0.4812.65+0.36)1.2120.335m29.81舊管時(shí)：Hsf舊1.7Hsf'1.70.3350.57m排水系統(tǒng)阻力系數(shù)HafHsf147.73+0.57=8.40710-4R24202Q則排水系統(tǒng)Q-H特點(diǎn)曲線方程為H=722+8.407×10-4Q23、水泵及管路的計(jì)算機(jī)優(yōu)化依照礦井排水系統(tǒng)和參數(shù)，經(jīng)我院經(jīng)過(guò)部級(jí)判斷的《礦井排水設(shè)備選型優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算程序》設(shè)計(jì)計(jì)算，選出了合適本礦井主排水泵房的3個(gè)排水設(shè)備方案，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)詳見(jiàn)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(yùn)行工況效率低，年電耗高，基建投資多，年綜合營(yíng)運(yùn)花銷也較高，故設(shè)計(jì)不予介紹；方案二所選排水系統(tǒng)設(shè)備，誠(chéng)然電動(dòng)機(jī)容量較小，但水泵臺(tái)數(shù)多，年電耗較高，基建投資或很多，因水泵運(yùn)行工況效率低、綜合營(yíng)運(yùn)花銷也較高，設(shè)計(jì)也不予介紹；方案一所選排水系統(tǒng)設(shè)備，基建投資低，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)效率高，年電耗少，年綜合運(yùn)行花銷最低。故設(shè)計(jì)介紹方案一作為本礦井主排水設(shè)備方案。文案大全合用文檔礦井主排水設(shè)備選型方案比較表表7-3-1內(nèi)容單技術(shù)參數(shù)位方案一方案二方案三設(shè)礦井正常涌量3857m/h計(jì)礦井最大涌量31284依m(xù)/h據(jù)排水垂高m732水泵型號(hào)MDS420-96×9MD360-92×9MD420-96×9（原PJ200系列）排水泵臺(tái)數(shù)臺(tái)787水設(shè)電機(jī)型號(hào)YB2系列4極YB2系列4極YB2系列4極備電機(jī)參數(shù)10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325×215-D325×184-D325×21水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)343正排水管工作趟數(shù)343常流量3413.81343390.6m/h涌揚(yáng)程m865.96837.5855.89水效率%77.6277.574.68期工吸程m7.35.816.48況軸功率kW1282.4010501243.6日排水時(shí)間h/d16.5514.9917.55水泵工作臺(tái)數(shù)臺(tái)454最排水管工作趟數(shù)454大流量3413.81343390.6m/h涌揚(yáng)程m865.96837.5855.89水效率%77.6277.574.68期工吸程m7.35.816.48況軸功率kW1282.4010501243.6日排水時(shí)間h/d18.6117.9719.72年電耗kWh/a2922.9×1042920.7×1043005.0×104噸水百米電耗kWh/（t·hm）0.39740.40500.4167基建投資萬(wàn)元1794.51968.71794.5綜合營(yíng)運(yùn)花銷萬(wàn)元/a2058.82087.12108.1注：電價(jià)按0.6元/度?；ㄍ顿Y僅作為方案比選使用。（1）排水管路壁厚按下式計(jì)算：文案大全合用文檔PDW0.151.152.3([]6.4)P式中：δ－－排水管路管壁計(jì)算厚度，cm；P－－管路最大工作壓力，設(shè)計(jì)取為9.5MPa；DW－－管路管材外徑，cm；ψ－－管路焊縫系數(shù)，無(wú)縫鋼管取1；[σ]－－管材需用應(yīng)力，MPa；本公式已計(jì)入管材的制造誤差及腐化附加厚度。代入各參數(shù)后：9.532.51.150.152.3(8516.4)9.5=2.02cm=20.2mm則排水管路壁厚選擇為21mm。排水管路采用2趟D325×21型聚乙烯復(fù)合鋼管（基材為無(wú)縫鋼管），分段選擇壁厚。排水管路由+205m水平主排水泵房→管子道→主斜井井筒敷設(shè)至地面。正常涌水期3泵3管運(yùn)行，最大涌水期4泵4管運(yùn)行。（2）選定方案的設(shè)備及運(yùn)行工況經(jīng)計(jì)算機(jī)優(yōu)化，并結(jié)合先期可研設(shè)計(jì)時(shí)專家的評(píng)審建議，本礦井主排水系統(tǒng)設(shè)備采用MDS420-96×9型礦用耐磨離心式主排水泵7臺(tái)，每臺(tái)水泵配套1臺(tái)YB2系列4極10kV1600kW礦用隔爆電動(dòng)機(jī)。正常涌水期3臺(tái)工作，3臺(tái)備用，1臺(tái)檢修，最大涌水期4臺(tái)水泵工作。鑒于本礦井的涌水水質(zhì)較差，考慮到延長(zhǎng)排水管路的使用壽命，減小管路保護(hù)工作量，主排水管路采用4趟D325礦用聚乙烯復(fù)合鋼管（基材為無(wú)縫鋼管），分段選擇壁厚。排水管路經(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(yùn)行，最大涌水期4泵4管運(yùn)行。礦井排水設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)曲線詳見(jiàn)圖7-3-1。礦井排水系統(tǒng)部署詳見(jiàn)圖7-3-2。礦井排水設(shè)備運(yùn)行工況詳見(jiàn)表7-3-2。水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表表7-3-2文案大全合用文檔參數(shù)運(yùn)行流量揚(yáng)程效率計(jì)算軸功率理論最大日排水管路吸水高度時(shí)間方式3）1φQ（m/hH（m）η（%）N（kW）Hs（m）t（h/d）正常新管3泵3管497846.4277.231513.057.0113.79涌水期舊管413.81865.9677.621282.317.3216.55最大新管497846.4277.231513.057.0115.54泵4管涌水期413.81865.9677.621282.317.3218.61舊管備注新管指管路未淤積時(shí)，舊管指管路淤積后。水泵運(yùn)行時(shí)，日排水時(shí)間均＜20h，排水能力滿足要求；水泵所需軸功率（計(jì)算軸功率）均小于所配電動(dòng)機(jī)容量1600kW，所選電動(dòng)機(jī)容量滿足水泵要求。為了節(jié)約能源，設(shè)計(jì)采用ZPB-G型高壓氣液兩用射流裝置，使水泵實(shí)現(xiàn)無(wú)底閥運(yùn)行。射流泵接井下壓縮空氣管路作為備用能源。設(shè)計(jì)采用MZ941H-100型礦用電動(dòng)隔爆閘閥，實(shí)現(xiàn)水泵房自動(dòng)化控制；采用JD745X-100型多功能水泵控制閥，減小水垂對(duì)排水系統(tǒng)的沖擊。泵房?jī)?nèi)設(shè)置起重梁，配置手動(dòng)單軌小車和環(huán)鏈?zhǔn)掷J，以便于設(shè)備安裝和維修。依照本礦井開(kāi)拓方式及井下輔助運(yùn)輸無(wú)軌化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的人工挖掘，清倉(cāng)絞車清運(yùn)水倉(cāng)淤泥方法，效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不合適本礦井高產(chǎn)高效的要求，同時(shí)煤泥（含有水）運(yùn)輸也不方便，還影響井下環(huán)境。為此，設(shè)計(jì)考慮采用國(guó)內(nèi)近幾年開(kāi)發(fā)的ZQ-ⅢY型水倉(cāng)自動(dòng)清挖系統(tǒng)1套，用于井下水倉(cāng)清理。該系統(tǒng)含有淤泥攪拌設(shè)備、MQBⅡ-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(cāng)淤積的煤泥轉(zhuǎn)變成煤餅，裝載到井下無(wú)軌膠輪車上，運(yùn)到地面，操作方便，使用可靠，己在多對(duì)礦井中成功應(yīng)用，反應(yīng)較好。ZQ-ⅢY型水倉(cāng)自動(dòng)清挖系統(tǒng)總裝機(jī)容量約35kW。文案大全合用文檔文案大全合用文檔（四）礦井主排水設(shè)備的供配電與控制依照現(xiàn)行《礦山電力設(shè)計(jì)規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》要求，井下主排水泵為一級(jí)負(fù)荷，主排水泵電機(jī)由井下中央變電所一對(duì)一供電，10kV高壓電源線路采用MYJV-10kV3×70煤礦用交聯(lián)聚乙烯電力文案大全合用文檔電纜。井下主排水泵電機(jī)，采用高壓軟起動(dòng)。同時(shí)，在水泵房設(shè)有就地操作箱。主排水泵供電系統(tǒng)圖詳見(jiàn)附圖C1361G1-261·2-1。為了實(shí)現(xiàn)礦井井下主排水自動(dòng)化，設(shè)計(jì)有自動(dòng)化排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用防爆PLC控制，能依照井下水倉(cāng)水位自動(dòng)起停水泵，工作泵故障時(shí)，備用水泵自動(dòng)投入?，F(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)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(tái)。1、操作方式：系統(tǒng)控制擁有自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)檢修3種工作方式。2、程控功能：PLC主要實(shí)現(xiàn)主排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、動(dòng)向顯示及主排水泵自動(dòng)啟停、自動(dòng)倒換等序次控制功能。3、監(jiān)控功能：擁有故障自診斷、流量、壓力、設(shè)備運(yùn)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系統(tǒng)等的連續(xù)實(shí)時(shí)顯示以及報(bào)表打印、數(shù)據(jù)儲(chǔ)藏功能。4、水泵監(jiān)控系統(tǒng)與井下控制網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)在礦調(diào)換室進(jìn)行三遙。五、抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)（一）歸納本礦井正常涌水量33，比較現(xiàn)行《煤礦防治水規(guī)定》，水文地質(zhì)類807m/h，最大涌水量為1234m/h型為復(fù)雜，涌水量在西北地區(qū)較大，對(duì)采掘工程、礦井安全構(gòu)成必然水害威脅。為此設(shè)計(jì)考慮在井底車場(chǎng)周圍設(shè)置防水閘門，或許在正常排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝裝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于6MPa，高壓水閘門還沒(méi)有定型設(shè)計(jì)產(chǎn)品，超高壓防水閘門也還在研究階段，考慮實(shí)質(zhì)抗災(zāi)需要，以及目前潛水電泵設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r，采用增加潛水電泵排水系統(tǒng)以增強(qiáng)礦井的抗災(zāi)排水能力，設(shè)計(jì)在井底車場(chǎng)主排水泵房水倉(cāng)周邊設(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(jì)依照本礦井回風(fēng)立井井口標(biāo)高為+1195m，井底車場(chǎng)主排水泵房水倉(cāng)周邊的標(biāo)高為+205m，排水垂高990m。在主排水泵房水倉(cāng)周邊設(shè)置潛水電泵硐室，潛水電泵硐室標(biāo)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3，總排水高度993m，排水管路長(zhǎng)度1880m。1234m/h（三）抗災(zāi)潛水電泵選型文案大全合用文檔1、抗災(zāi)潛水電泵選型依照排水能力要求、估計(jì)水泵揚(yáng)程，本礦井抗災(zāi)潛水電泵排水系統(tǒng)采用3臺(tái)3BQ550-1105/13-2500/W-S型，額定流量550m/h，額定揚(yáng)程1105m的礦用隔爆臥式潛水電泵，當(dāng)井下突水或涌水量增大時(shí)，3臺(tái)水泵同時(shí)工作，每臺(tái)水泵配用1臺(tái)4極、10kV、2500kW礦用潛水泵專用隔爆型電動(dòng)機(jī)。2、排水管路選擇排水管路直徑：4Q4550，取D=0.30m，公稱直徑為DN300mm。D36000.304(m)3600Vd2.1式中：Vd—設(shè)計(jì)排水管流速，m/s。結(jié)合所選水泵臺(tái)數(shù)、水泵揚(yáng)程，排水管路采用3趟外徑為D325mm的聚乙烯復(fù)合鋼管（基材為無(wú)縫鋼管），分段選擇壁厚。當(dāng)井下突水或涌水量增大時(shí)，3趟管路同時(shí)工作。排水管路由臥式潛水泵硐室→管子道→回風(fēng)大街→回風(fēng)石門→回風(fēng)立井井筒敷設(shè)至地面。3、管路阻力系數(shù)計(jì)算（1）排水系統(tǒng)阻力系數(shù)①排水管路中阻力損失Haf按下式計(jì)算：Haf(12n33n445)Vd2(mH2O)2g式中：1—速度壓頭系數(shù)，取1=1；—直管阻力系數(shù)，Ld0.02718802169.2D0.30—水與管壁的阻力系數(shù)，對(duì)于DN300mm管路，=0.027；Ld—排水管路總長(zhǎng)度，本礦井抗災(zāi)排水系統(tǒng)為1880m；D—排水管路公稱直徑，本礦井抗災(zāi)排管路管徑為0.30m；3—彎管阻力系數(shù)，0.76～1.0；n3—彎管數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個(gè)；4—閘閥阻力系數(shù)，0.25～0.5；n4—閘閥數(shù)量，個(gè)，本礦井抗災(zāi)排水管路系統(tǒng)為2個(gè)；5—逆止閥阻力系數(shù)，5～14；文案大全合用文檔Vd—排水管流速，m/s；4Q45502.49m/sVd236000.27923600Dg則，抗災(zāi)排水泵排水管路阻力損失：（）2.492Haf1+169.2+21+20.5+149.812=59.6(mH2O)抗災(zāi)排水管路舊管（淤積）時(shí)阻力損失：Haf舊1.7Haf=1.759.6=101.2(mH2O)②吸水管路及局部水頭損失之和Hsf，因潛水泵無(wú)吸水管，故可不考慮。③排水系統(tǒng)阻力系數(shù)新管（管路未淤積）時(shí)：HafHsfRQ259.6+0=1.97010-45502舊管（管路未淤積）時(shí)：Haf''Haf'R'2Q101.2+0=3.34510-45502則排水系統(tǒng)新管（管路未淤積時(shí)）阻力特點(diǎn)方程為：2-42H=H+RQ=993+1.970×10Qt舊管（管路未淤積時(shí)）阻力特點(diǎn)方程為：H=Ht+R’Q2=993+3.345×10-4Q2式中：Ht—吸水面至排水口幾何高差，m；本排水系統(tǒng)Ht=993m。4、水泵運(yùn)行工況按新管（管路未淤積時(shí)）阻力特點(diǎn)方程和舊管（管路未淤積時(shí)）阻力特點(diǎn)方程，在BQ550-1105/13型水泵特點(diǎn)曲線上繪出管路阻力特點(diǎn)曲線，得出水泵運(yùn)行工況點(diǎn)。礦井抗災(zāi)排水設(shè)備運(yùn)行工況點(diǎn)詳見(jiàn)表7-3-3。文案大全合用文檔抗災(zāi)水泵運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)表表7-3-3參數(shù)流量揚(yáng)程效率計(jì)算軸功率日排水運(yùn)行管路31η（%）φ（kW）時(shí)間（h/d）t新管593106179.3220416.653泵3管559109879.52