礦井主排水系統(tǒng)設計

1、畢 業(yè) 設 計 說 明 書 用 紙第一章 礦井概況一、礦井簡介該礦井屬于某煤田河流區(qū)域，最高海拔+170米左右，平原最低標高+110左右，井田內(nèi)多為緩崗丘陵，堆積平原和玄武巖地相間，該河蜿蜒蛇曲，橫貫井田南部為老年期河流，沿河兩側有大片沼澤濕地，河寬1015米，坡度2.6%河深12米，平均流量0.77米3/秒，最小流量0.23米3/秒，最大流量（暴雨后）0.85米3/秒。除此主干流外，還有季節(jié)沖溝，本區(qū)最高洪水位標高為+125米。礦井東南為背斜構造，地層傾角最大60度左右，中西部有不明顯褶皺，傾角一般1018度，區(qū)內(nèi)斷層共11層，其中除F11逆斷層外，F(xiàn)1F10均為正斷層，斷層落差最大1201

2、50米，最小為017米。二、水文地質(zhì)1、第四系孔隙含水層該河在本區(qū)段上游以粗砂含水層為主，分選性和滲透性較好，含水豐富，其厚30米以上，最寬分布2100米，分選性和滲透性由上游逐漸減弱，該河下游以灰色礫砂為主，分選性與滲透性均好，含水豐富，含水層厚度平均為15米最厚25米，分布寬1100米，水力性質(zhì)為潛水，埋在地表0.6米以下，水位1.2米左右，礫砂層含水層與煤系地層直接接觸，二者的聯(lián)系是密切的。2、侏羅系含水帶從水文地質(zhì)條件和地貌來看，西部為補給區(qū)，東部為排泄區(qū)，當?shù)叵滤鞯酱笾袦蠒r，在低洼處，形成上升泉排泄于地表，東區(qū)侏羅系含水帶劃分為：1）裂隙含水帶，分布在120米以上，主要由中粗沙層組

3、成，強化風隙含水帶裂隙發(fā)育，含水豐富。2）孔隙含水帶，含水帶在120米以下，即位于強風化裂隙含水帶以下，但二帶無明顯界限，孔隙含水帶單位涌水量在0.040.064升/秒.米，地下水受到到控制，總的規(guī)律是由西向東流。3）自堊系隔水帶巖性為灰綠色巖，全區(qū)分布厚度不一，在背斜軸部巖基附近厚305米，兩冀其它部分，平均厚160米，最低處為18.6米，單位涌水量為0.0216升/秒.米，所以視為隔水層。3、礦床充水1）地表水對礦床充水，該河由西向東橫貫全區(qū)，它的注入是礦井充水的主要補給合源。2）地質(zhì)構造對礦床充水的影響，主干斷層F10伴生幾條高度正斷層，是溝通第四系含水層的煤系地層，含水層的良好通道，容

4、易對礦井造成突然涌水和增大涌水量。3）大氣降水，大氣降水是地下水主要來源，礫砂含水層和玄武巖覆蓋層裂隙發(fā)育是大氣降水滲入補給的良好通道。4）煤系地層頂部80米以上巖石含水性強，區(qū)內(nèi)百分之百的涌水部位多數(shù)巖性是中性粗砂巖，開采時要防止突然涌水。第二章 礦井主排水設備選擇計算一、設計依據(jù)1）礦井年產(chǎn)量：120萬噸/年2）礦井正常涌水量：425m3/h3）礦井最大涌水量：825m3/h4）礦井物理化學性質(zhì)：PH=75）主井地面標高：+138M6）付井地面標高：+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

5、：6000V13）礦井最大涌水量持續(xù)時間：70h二、 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：具有泵房少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量小，需要的人員少。2、分段排水系統(tǒng)的特點：泵房數(shù)量多，排水設備多，技術管理復雜，基建投資和運行費用多，工作人員多。根據(jù)上述排水系統(tǒng)的特點，在采用直接排水時，由于只使用一套排水設備，所需用于排水的基本設備費和生產(chǎn)費較少，管理也比較簡單。同時,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立中央泵房，將井底所有涌水直接排至地面，故本設計的排水系統(tǒng)采用直接排水系統(tǒng)。三、水泵的確定1、工作水泵的

6、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程，一般可由下面公式來進行估算：式中：水泵揚程，；測地高度，一般取井底與地面標高差，；管路效率。當管路架設在斜井，且傾角時，；3、初選水泵的型號依據(jù)計算的工作水泵排水能力和估算的所需揚程及原始資料給定的礦水物理化學性質(zhì)和泥砂含量，從泵產(chǎn)品樣本中選取200MD43×

7、;6型礦用耐磨離心泵，其額定流量，額定揚程，轉數(shù)，電機功率，效率高達。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) 臺四、 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、選擇排水管因為管徑的大小涉及排水所需的電耗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，所需的初期投資費用高。綜合兩方面考慮，可以找到最經(jīng)濟的管徑，通常用試取管內(nèi)流速的方法來求得，。式中：

8、排水管內(nèi)徑，；通過管子的流量，；排水管內(nèi)的流速，經(jīng)濟流速取從標準YB23170鋼管規(guī)格表中預選鋼管，則排水管內(nèi)徑。3、驗算壁厚因此所選壁厚合適。式中：標準管內(nèi)徑，；許用應力，無縫鋼管?。还軆?nèi)水壓，估算，；附加厚度，無縫鋼管取4、選擇吸水管由和從標準YB23170鋼管規(guī)格表中選取的無縫鋼管，內(nèi)徑。驗算流速5、計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)計算計算沿程阻力系數(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)

9、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、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速，其值可按舍維列夫公式計算如下：、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，。管路特性方程繪制管路特性曲線，確定工況點，根據(jù)管路特性方程，取六個流量求得相應的損失（表3所示）。表3利用

10、表3中各點數(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程特性曲線的交點M，即為工況點，由圖中可知，工況點參數(shù)為，因大于0.7，允許吸上真空度符合煤礦井下排水設計技術規(guī)定要求。五、 校驗計算1、由工況點驗算排水時間正常涌水期和最大涌水期每天必須的排水時間為式中：工況點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，每晝夜的排水時間均不超過20小時，符合煤礦井下排水設計技術規(guī)定規(guī)定。2、經(jīng)濟性校核工況點效率應滿足。故經(jīng)濟性滿足要求。3、穩(wěn)定性校核單級平均額定揚程必須大于管路的測地高度。4 、計算允許吸水高度取，則允許的吸水高度為： 六、電動機功率計算根據(jù)工

11、況參數(shù)，可算出電機必須的容量為：根據(jù)產(chǎn)品樣本取。七、電耗計算1、全年排水電耗式中：、年正常和最大涌水期泵工作臺數(shù)；、正常和最大涌水時期泵工作晝夜數(shù)；、正常和最大涌水時期泵每晝夜工作小時數(shù)；、電機效率，電網(wǎng)效率，傳動效率。2、噸水百米電耗校驗第三章 水泵房及水倉一、泵房位置泵房設在-150井底車場，與井下中央變電所相聯(lián)，并用防火門隔離。泵房設有兩個出口，一個與井底車場連通的水平通道，這個通道設一個即能防火又能防水的密封門，另一個通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底車場8米，泵房的地面高度應高出井底車場0.5米，并向吸水井側有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個出口

12、，一個出口用斜巷通到井筒，并應高出泵房底板7m以上；另一個出口通到井底車場，在此出口通路內(nèi)，應設置易于關閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應設置可靠的控制閘門。泵房輪廓尺寸應根據(jù)安裝設備的最大外形、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)；水泵機組（泵和電機）總長度；A水泵機組的凈空距離，一般取1.52.0m。2、泵房的寬度式中：水泵基礎寬度；水泵基礎邊到有軌道一側墻壁的距離，一般取1.52.0m；水泵基礎邊到吸水井一側墻壁距離，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滿足檢修時的起重要求（一般取3.04.5m）和水泵工作輪

13、直徑的尺寸要求來確定。當工作輪直徑時，泵房的高度為4.5米，因為200MD43×6工作輪直徑為450mm，故取4.5m。當工作輪直徑時，取泵房的高度為3米。三、水倉的確定根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，在井底車場建二個水倉，即建一個主倉，建一個副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能正常使用。水倉的斷面采用了拱形斷面。四、水倉容量的確定按能容8小時正常涌水量的要求設計，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間應小于6小時。水倉巷道長不應小于108m，即，取水倉的長度115m。水倉容量：第四章 節(jié)能方案設計煤礦主排水設備能耗量在整

14、個礦井生產(chǎn)費用中占有相當?shù)谋戎?，尋求?jié)能途徑、提高設備運轉的經(jīng)濟性，在礦井生產(chǎn)中有著特殊的意義。現(xiàn)就某礦主排水設備節(jié)能運行方案進行論證。一、無底閥排水取消吸水管底閥，改用無底閥排水。取消底閥后，吸水管阻力減小，使吸水管路阻力系統(tǒng)降低，氣蝕工況點向大流量區(qū)移動，增大了水泵的安全工作區(qū)，有效地防止了氣蝕產(chǎn)生，保證了水泵的安全運行；其次可以提高管路效率，降低電耗；再則還可以避免由于該礦水泥沙較大而經(jīng)常發(fā)生的底閥堵塞故障。由上可知，取消吸水管底閥，改用無底閥排水，在經(jīng)濟上是合理的，在技術可行的。在采用無底閥排水的基礎上，再進行泵、管的合理聯(lián)合運行，能取得更為明顯的經(jīng)濟效益。二、“綠色”流水通道每年雨季

15、來臨時，工作面先后進入頂板富水區(qū)，采面平均涌水量120m3/h，涌水從切巷及兩巷攜帶大量粉煤進入110m運輸大巷和-100m回風大巷，雖然經(jīng)過2000m的水溝進行沉淀后進入水倉，但不倉仍然需15d清挖一次。隨著涌不量的增加，煤粉的沉淀速度遠大于清挖的速度，“綠色”流不通道的設計及施工勢在必行。1、“綠色”流水通道的設計目的如果礦井水倉中的內(nèi)環(huán)因沉淀物淤滿，而外環(huán)正在清挖時，將“綠色”流水通道內(nèi)的配水閥門打開，讓礦井所有涌水，不直接由乘人車場進入中央泵房配水井，從而保證正常排水，為外環(huán)水倉清挖工作贏得寶貴的時間：當外環(huán)水倉清挖完畢后，及時關閉水閥門，執(zhí)行原來的排水程序，然后再清挖內(nèi)環(huán)水倉。2、“

16、綠色”流水通道的設計從乘人車場處開口向中央泵房施工32m的流水通道，采用錨網(wǎng)噴支護，半圓拱1m×1m水溝與中央泵房的5吸水井相通（如圖4所示）。按照煤礦安全規(guī)程第二百七十九條規(guī)定，通道應設密閉門，但考慮泵房已有條通道，能夠保證設備正常出入，密閉式擋水墻比密閉門更安全。在通道中部設置一道1m厚的擋水墻，并在墻下水溝內(nèi)安裝一個的閥門用于控制水量。圖4 “綠色”流水通道剖面示意圖1、乘人車場2、“綠色”流水通道3、擋水墻4、中央泵房5、1000m鋼管6、配水閥門7、8、水溝9、配水巷、10、配水井3、配水閥門的改造配水閥門外側連接一節(jié)1000mm長的高度鋼管，鋼管外側沿徑向按500mm間距

17、焊接的螺紋鋼筋。4、擋水墻的施工首先在配水閥門安裝位置向巷道斷面四周掏500mm壁槽，并按800mm的間距安裝兩排的樹脂錨桿，錨桿外露500mm，C25砼澆灌前將錨桿外露部分與配水閥門上焊接鋼筋及預埋鋼筋之間捆扎牢固，確保澆灌后的擋水墻與通道巷壁渾然一體。5、使用效果通過“綠色”流水通道，使涌水量大、水倉清挖速度慢、水文地質(zhì)復雜的礦井，能夠增強礦井抵抗水災的能力，為礦井安全生產(chǎn)開啟一盞綠燈?！熬G色”流水通道只是應急的通道，從礦井的長遠考慮，需要改進水倉的清挖方式來加快其清挖速度，也可將水倉擴容來延長其淤滿的時間，從根本上解決礦井的排水安全問題。三、水倉自動清挖根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定要求，在每年雨

18、季來臨之前，必須對水倉的作業(yè)方式為人工清挖，水倉清挖不徹底，一直困擾著煤礦清倉難題，中國礦大研制開發(fā)的MSQ4型水倉自動清挖設備，通過在水倉清挖試驗，取得了很好的效果。1、水倉清挖常用的幾種方法人工清挖首先用主排水泵把水倉中濃度較稀的煤泥水抽排掉，然后采用人工的方法用鐵锨及桶等工具將水倉煤泥水裝入礦車中，或采用泥漿泵抽排裝礦車，經(jīng)斜巷絞車運至大巷，由電機車外運升井，設備投入大，使用車皮多，運輸環(huán)節(jié)復雜，占用人員多，工作量大，清挖時間長，致使井上下沿途淤泥積水，污染運輸環(huán)境。 井下巷道晾干在井下水倉呂浠煤泥抽排后，通過污水泵將水倉中煤泥水抽排到同一水平廢棄的巷道沉淀晾干，再用人工清挖運到地面，周

19、轉時間長，工人勞動強度大。 水倉粗煤泥清挖機通過專用泵抽排煤泥水到振動脫水設備進行脫水。此方法解決了大于0.1以上煤泥水的處理仍不能解決。 煤泥自動間裝車機通過機械螺旋葉輪與刮板機的組合，整機沿著軌道自動向前行走，把水倉煤泥中的煤泥水輸送到礦車中，不能解決煤泥水脫水問題，存在著運輸量大、污染環(huán)境等問題。以上各種煤泥清挖處理，不能真正解決煤礦井下水倉煤泥處理問題，存在著勞動強度大、污染環(huán)境、使用車皮多、運輸環(huán)節(jié)復雜、細顆粒煤泥無法解決等問題，這些問題嚴重影響著煤礦安全文明生產(chǎn)。2、MSQ-4型水倉自動清挖設備組成MSQ-4型水倉自動清挖設備由清挖設備、過濾緩沖設備、加壓設備、煤水分離設備組成。3

20、、MSQ-4型自動清挖設備技術參數(shù)（）水倉清挖系統(tǒng)型號 MSQ-4型（）回收粒度 0.15（）清挖速度t·h-1 （脫水后）（）裝車最大高度 1200（）入料濃度2545(含煤泥量) （）回收后煤泥水份含量 (含水量)（）電源電壓 380/600（）最大設備外型尺寸（長x寬x高） 4380X1600X2400（）適用于水倉長度m 4、水倉清挖工藝流程圖5、工作原理該水倉自動清挖處理設備由清挖設備從煤礦井下水倉攪抽煤泥水，并通過排水管排入過濾、緩沖裝置，煤泥水在過濾、緩沖裝置作用下，過濾掉大顆粒物料，形成穩(wěn)定的細物料從底口由加壓泵抽排出，進入脫水設備，煤泥水混合物在煤水分離設備作用下，

21、使水、煤混合物分離，水經(jīng)溢流管排出后回流到另一水倉，再由主排水泵抽出，煤水分離設備中的煤餅進入礦車裝車。.應用效果人工清挖效率低，采用MSQ-4型礦井水倉煤泥自動清挖系統(tǒng)后，實現(xiàn)了清挖的自動化作業(yè)，從給料加壓開始至脫水裝車整個循環(huán)時間約20min，平均每小時能裝車，每班僅需要人作業(yè)，減少人員，降低了工人的勞動強度，提高了清挖效率，縮短清挖周期，減少用工投入，減少費用。水倉清挖徹底，延長了清挖周期，減少水泵大修費用，改善了水質(zhì)，提高了大泵運行效率，降低了噸水百米電耗，降低電費。采用MSQ-4型礦井水倉煤泥自動清挖系統(tǒng)簡化運輸環(huán)節(jié)，減少車皮占用，增加了副井提升能力。煤泥不需要升井干燥，在井下即可回

22、收，提高了煤泥回收率，保證了井上、下運輸過程環(huán)境不受污染，有較明顯環(huán)境效益。人工清挖時需25KW絞車部，2.5KVA綜保臺，80N開關臺、照明綜保臺及語言電鈴、信號電纜等，采用該系統(tǒng)，減少了設備投資。四、水泵高壓群控軟啟動水害威脅煤礦安全生產(chǎn)的重大災害，礦井排水工程是保證煤礦安全生產(chǎn)的前提，排水設施的先進與否更是直接影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。目前，國內(nèi)大功率電機啟動方式普遍采用串電抗器啟動，該控制方式啟動特性硬，對電網(wǎng)沖擊大，啟動特性差、操作繁瑣、事故率高、啟動電流大、不便維修、長期存在不安全隱患。近年來，隨著電力電子技術的發(fā)展，軟啟動技術有了很大的進步，軟啟動技術可靠性越來越高。作為一種安

23、全可靠的啟動裝置，它不僅可以實現(xiàn)整個啟動過程中平滑、無沖擊，而且可根據(jù)電機的負載特性來調(diào)整啟動時間等參數(shù)，其最大的優(yōu)點是具有明顯的節(jié)能特性且能改善生產(chǎn)工藝，運行安全可靠。1、群控軟件啟動裝置的啟動程序啟動1#泵順序（見圖5）（1）合4#高壓防爆開關。（2）高壓軟啟動器處于停止位置，1#防壓防爆開關處于斷開位置。圖5 群控軟啟動裝置（3）合5#高壓防爆開關。（4）合高壓軟啟動器，此時水泵電機開始啟動。（5）當水泵電機轉速達到額定轉速時，高壓軟啟動器內(nèi)旁路真空接觸器自動合上，此時電機啟動結束，進入正常運行，指示燈亮。（6）合上1#高壓防爆開關，由于聯(lián)鎖作用，5#高壓防爆開關自動斷開。（7）按高壓軟啟動器的停止按鈕，旁路接觸器斷開，為啟動2#泵作好準備。2、群控高壓軟啟動的技術特點群控高壓軟啟動裝置采用了先進的電力電子器件和全數(shù)字控制技術，具有啟動性能豐富、操作簡單方便和使用故障極低的優(yōu)點，降低了維修費用，具有較高的經(jīng)濟效益。是高壓自耦變壓器、高壓電抗器和液力偶合器等