排水設備選型設計

1.1排水系的要1.1.1水來源礦水可以用單位時間涌入礦井內(nèi)的體積來度量，稱為絕對涌水量。一般用“q”示，其單位為m/h。水量的大小該礦區(qū)的地理位置、地形、水文地質(zhì)及氣候等條件有關；同一礦井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季節(jié)則變化不大，因此前者稱最大涌水量，而后者稱為正常涌水量。為了對比不同礦井涌水量的大小，通常還采用同一時期內(nèi)，相對于單位煤炭產(chǎn)量（以噸計）的涌水量作為比較參數(shù)，稱它為相對涌水量，或稱為含水系數(shù)。若以K表相對涌水量，則K=24q/T（/t）式中q——絕對涌水量m/h；T——同期內(nèi)煤炭日產(chǎn)量，t。1.1.2礦水性質(zhì)礦井水中會有各種礦物質(zhì)，并且會有泥沙、煤屑等雜質(zhì)，故礦井水的密度比清水大15

C礦的密度約為1015-1025kg/m。按PH值礦水可分為堿性PH>7、中性、酸性PH=4~6和酸性PH=0~3。酸性對排水設備的非耐酸金屬零件產(chǎn)生腐蝕作用，減少排水設備正常使用年限。礦水中含有的懸浮狀固體顆粒進入水泵后加速金屬表面的磨損。當H<5時，要求排水設備（包括泵、管路等）應選用耐酸材料，或者對水質(zhì)進行中性處理。對于礦水中的懸浮顆粒應在水泵前加以沉淀，而后再經(jīng)泵排出礦井。1.2排水設的要

3331.2.1固定式排設備1.2.2動式排水備第二章礦井排水系的選型計2.1設計原始資料：某礦年產(chǎn)量110噸，豎井開拓，井口標+42.50m水平標高-155.00m正常涌水量

3

/min，最大涌水量7.50m/min礦水中性，礦水密度天計算，服務年限40。22計方案

，最大涌水期按由資料，可供選擇的排水系統(tǒng)有以下兩種：2.2.1接排水系統(tǒng)

直接排水系統(tǒng)是指井下的涌水通過排水設備直接排到地面。如果單水平開采的礦井，在開采第一水平時，就采用直接排水系統(tǒng)。圖（a是豎井單水平開采時的直接排水系統(tǒng)。圖（b是豎井多水平開采時，各水平的涌水分別由本水平的排水設備直接排到地面。圖（c）豎井兩個水平同時開采時，若上水平涌水量較小，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后，可將上水平的涌水通過管路自流到下一水平的水倉中，然后兩個水平的涌水由下水平的排水設備直接排到地面。圖（d）是斜井單水平開采時，若地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，又無大的斷層，經(jīng)技術經(jīng)濟比較后，可采用鉆孔下排水管的方法將水直接排到地面。若地質(zhì)條件較復雜或井較深，可采用沿斜井井筒敷設排水管路的方法，將水直接排到地面。這種排水系統(tǒng)的水平和泵房數(shù)量少，系統(tǒng)簡單可靠，基建投資和運行費用少，維護工作量要減少一半以上，需用的人員也少，便于管理，而且上、下水平的排水設備互不影響。

2.2.2段排水系統(tǒng)分段排水系統(tǒng)，是指井下的涌水通過幾段排水設備轉(zhuǎn)排到地面。一般適用于礦井較深，又受排水設備能力所限制的礦井排水。另外，多水平同時開采時，為減少井筒內(nèi)管路敷設的趟數(shù)，也常采用分段排水系統(tǒng)。圖（a是豎井單水平開采時，由于井深已經(jīng)超過水泵可能產(chǎn)生的揚程時，可在井筒中部開拓泵房和水倉（相當于兩個水平分段排水系統(tǒng)）將水經(jīng)兩段排水設備排至地面。此圖也可表示為豎井多水平開采時的分段排水系統(tǒng)。圖（b）是斜井兩個水平同時開采時的分段排水系統(tǒng)。

采用中繼排水，在井筒中部設置一套排水系統(tǒng)，可有效降低主排水設備的揚程，從而降低主排水設備的規(guī)模。缺點是當一套排水設備發(fā)生故障時會影響整個礦井的排水，而且設備數(shù)量較多，井筒中的管路復雜，不利于安裝和維護。根據(jù)上述的有關規(guī)定，本著盡量減少水的泵數(shù)量的原則，并且考慮基建、維護、運行成本的簡易程度，選用直接排水系統(tǒng)作為本設計的排水方法。

2.3設備選型2.3.1選水泵的型號和臺數(shù)選擇水泵的型號和臺數(shù)應符合《規(guī)程》和《規(guī)范》的規(guī)定。若有兩種或兩種以上符合要求時，應選擇其中尺寸小、效率高的水泵，而且水泵的臺數(shù)應盡可能少。只有在不得已的情況下，才采用兩臺水泵并聯(lián)排水。2.3.1.1排水系統(tǒng)對水泵的要求：（1）水泵必須具備的總排水能力：正常涌水時，工作水泵必須具備的總排水能力==1.2=1.2288=345.6最大涌水時，工作水泵和備用水泵必須具備的總排水能力==1.2=1.2×450=540式中、——礦井正常涌水量和最大涌水量，/h備用水泵的工作能力′

=

×0.7=241.92

－

=540345.6=194.4取二者較大值

′

=241.93檢修水泵的工作能力

=Q××0.25=86.5B式中——礦井正常涌水量，m3/h——礦井最大涌水量，m/h——工作水泵排水能力，m/h′

——備用水泵排水能力，m/h——檢修水泵排水能力，m/h（2估算水泵必須的揚程：=

+

）/=/=(42.5+115+5)/0.9=180.56式中——水泵所必須的揚程，m——排水高度，m——吸水高度，m

——測地高度（實際揚程），一般取底與地面標高差+5（井底車場與水倉最低水位距離），m

=——管路效率，對豎井，

=0.90.872．初水泵型號因為礦水呈中性，所以選擇D型泵。查泵產(chǎn)品樣本，依據(jù)計算的工作水泵的排水能力泵D500-57,數(shù)為i=取i=4泵D450-60級數(shù)為i=取i=4兩水泵詳細資料如下：

和所需揚程，可選泵的型號為：==3.17==3.01D450-60離心泵參數(shù)

型號

級流量

揚

轉(zhuǎn)速

功率

效必須汽

泵重葉數(shù)

程

n

P(KW)

率蝕余量

(kg)

輪(m/h)(L/s)

H(r/min)(m)

軸功率

電機

η%

(NPSH)r(m)

直徑功率D450-64501253601480551.5680804.4282060

Φ430注：曲線圖系單級性能，葉輪名義直徑D=430㎜，轉(zhuǎn)速2n=1480r/min。級數(shù)增加時，揚程按比例增加，流量不變。例如：3級揚程系圖中曲線查得的揚程乘3，4級乘4，其余類推。

型號

級流量數(shù)

揚程

轉(zhuǎn)速n

功率P(KW)

效必須汽率蝕余量

泵重(kg)(m/h)(L/s)

H

(r/min)

軸

電

(NPSH)r(m)

功率

機功

(m)D280-550043

率13939914806718508153060檢驗水泵穩(wěn)定性:（1因

=+=42.5+115+5=162.5m

而故

=i=5×57=228m=162.5≤0.9=0.9228=182.4mD500-57水泵滿足穩(wěn)定性要求。（2)而

=+=42.5+115+5=162.5m=i=4×65=240m故

=162.5≤0.9=0.9240=216mD450-60水泵滿足穩(wěn)定性要求。2.3.3需水泵的臺數(shù)D500-57:（1正常涌水時工作水泵的臺數(shù)：===0.69取1。（2備用水泵的臺數(shù)≥0.7=0.483取1。

（3檢修水泵的臺數(shù)≥0.25=0.173取1。故選用3水泵。正常涌水時，工作，1備用，1檢修；最大涌水時，2工作，1臺檢修。D450-60:（1正常涌水時工作水泵的臺數(shù)：===0.768取1。（2備用水泵的臺數(shù)≥0.7=0.5376取1。（3檢修水泵的臺數(shù)≥0.25=0.1344取1。

故選用3水泵。正常涌水時，工作，1備用，1檢修；最大涌水時，2工作，1臺檢修。管路的選擇計算2.1管路的條數(shù)、布置和管材的選擇a)管路趟數(shù)的選擇

根據(jù)《規(guī)程》有關規(guī)定，水管必須有工作和備用的，其中工作水管的能力應能配合工作水泵在20小時內(nèi)排出礦井24小時的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應能配合工作和備用水泵在20小時內(nèi)排出礦井24小時的最大涌水量。涌水量小于300m

/h礦井，排水管也不得少于兩趟。對于所選的三臺水泵，敷設兩趟管路，即三泵兩管工作方式，一臺水泵工作時，可通過其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺水泵同時工作時，可分別通過一趟管路排水。b)其管路系統(tǒng)布置如圖

圖3-4（a）1）圖3-4（a）是三臺泵兩趟管路的布置方式。一臺水泵工作時，可通過其中任一趟管路排水，另一趟管路備用；兩臺水泵同時工作時，可分別通過一趟管路排水。圖3-4

四臺水泵管路布置方式（b）

2）圖3-4(b)是四臺泵三趟管路的布置方式，正常涌水時期兩臺泵工作，可通過其中任意兩趟管路分別排水，另一趟管路備用，最大涌水時期三臺泵工作可各用一趟管路排水。（1管材的選擇根據(jù)豎井排水要求，井深超過200m，確定選用熱軋無縫鋼管。2.2排水管、吸水管內(nèi)徑及壁厚的確定排水管的經(jīng)濟流速=0.81.5m/s

=1.5～2.2m/s吸水管的經(jīng)濟流速(1)

預選排水管規(guī)格對于D450-60水泵，額定流量/h排水管內(nèi)徑==0.0188=0.0188×

=0.326～0.269m預選排水管規(guī)格為Φ273Φ299×8的熱軋無縫鋼管。對于D500-57水泵，額定流量m3/h排水管內(nèi)徑==0.0188=0.0188×

=0.343～0.283m預選排水管規(guī)格為Φ325Φ351×8的熱軋無縫鋼管。

表2.4熱無縫鋼管（YB231-70）外徑32384245

壁厚2.5～2.5～2.5～10.02.5～10.0

外徑76838995

壁厚3.0～3.5～3.5～3.5～

外徑152159168180

壁厚4.5～4.5～5.0～5.0～

外徑377402426459

壁厚9.0～75.09.0～75.09.0～75.09.0～75.050

2.5～10.0

102

3.5～

194

5.0～

(465)9.0～545760

3.0～11.03.0～13.03.0～14.0

108114121

3.5～4.0～4.0～

203219245

6.0～6.0～7.0～

480500530

9.0～75.09.0～75.09.0～25.063.5

3.0～14.0

127

4.0～

273

7.0～

(550)9.0～687073

3.0～16.03.0～16.03.0～19.0

133140146

4.0～4.5～4.5～

299325351

8.0～8.0～8.0～

560600630

9.0～25.09.0～25.09.0～25.0壁厚

2.53.03.54.04.55.05.5

77.583.599.510111213系列

1435

1536

1638

1740

1842

1945

2048

222425505660

2663

2865

2930347075（2排水管壁厚的驗算對于D450-60水泵Φ2737水管。δ=

==0.00554m=5.54mm7mm式中——管壁厚度，d—所選管子標準管徑，m；p—水管內(nèi)部工作壓力，作為估算×；——排水揚程，=180.56mR—管材許用應力，無縫鋼管R=80

Pac—附加厚度（考慮運輸和其他原因形成的表面損傷），無縫鋼管c=0.0010.002m,。對于Φ273排水管δ=

==0.00464m=4.64mm7mm對于D500-57水泵Φ3258水管δ===0.00524=5.24mm8mm對于Φ351排水管δ==

=0.00554m=5.54mm8mm（3吸水管規(guī)格的確定對于D450-60水泵，對Φ273水管，選取299×的吸水管。對應Φ2998排水管，選Φ325×的吸水管。對于D500-57水泵，對Φ325水管，選取351×的吸水管。對應Φ3518排水管，選Φ377×的吸水管。2.3管路系統(tǒng)圖2.4管路特性計算（1）管路阻力損失常數(shù)

R=對于D450-60泵：選用管Φ273×7為排水管時，=0.0315吸水管Φ299×8取=0.0307選用Φ299作為排水管時，=0.0307吸水管Φ325×8取=0.0299對于D500-57泵：選用管Φ325×8為排水管時，=0.0299吸水管Φ351×8取=0.0292

選用Φ351作為排水管時，=0.0292吸水管Φ377×9取=0.0286式中——排水管路沿程阻力系數(shù)——吸水管路沿程阻力系數(shù)排水管吸水管

Φ273×0.0315Φ299×0.0307

Φ299×0.0307Φ325×0.0299

Φ325×0.0299Φ351×0.0292

Φ351×0.0292Φ377×0.0286排水管局部阻力系數(shù)表并整理后得下表：

和吸水管局部阻力系數(shù)

經(jīng)查名稱

數(shù)量

局部阻力系數(shù)直角彎頭30°彎頭轉(zhuǎn)彎流三通直流三通閘板閥逆止閥

421221

管Φ273×0.2940.0981.50.71790

管Φ299×0.2940.0981.50.71790

管Φ325×0.2940.0981.50.71790

管Φ351×0.2940.0981.50.71790

（15°）名稱直角彎頭漸縮管異徑管底閥(300)合計

數(shù)量111

管Φ273×0.2940.13.7128.2724.094

管Φ299×0.2940.13.7128.2724.094

管Φ351×0.2940.13.7128.2724.094

管Φ377×0.2940.13.7128.2724.094吸水管排水管長度確定：排水管長=(

－7.5)=(157.5－7.5)+30+20+20=220m吸水管長取

=8m式中——排水管實際長度；——水流經(jīng)泵房內(nèi)排水管的長度，一般取

=20m～30m——管子道內(nèi)的管子長度，一般取

=20m30m——井口出水管的長度；一般取

=15m～20m

——吸水管總長度，一般取

=8m10m對于D450-60泵，選用Φ273為排水管時有：R==2.26選用管Φ299×為排水管時有：R==4.13對于D500-60泵，選用Φ325為排水管時有：R==3.01選用管Φ351×為排水管時有：R==1.88（3管路特性方程式：

對于D500-57泵，選用Φ325為排水管時新管特性和掛垢后管路特性方程式分別為=+R=162.5+1.304×=+1.7R=162.5+2.22選用管Φ351×8為排水管時，新管特性和掛垢后的管路特性方程式分別為=+R=162.5+0.98=+1.7R=162.5+1.67對于D450-60泵，選用Φ273為排水管時，新管特性和掛垢后的管路特性方程式分別為=+R=162.5+2.261×=+1.7R=162.5+3.85選用管Φ299×8為排水管時，新管特性和掛垢后的管路特性方程式分別為=+R=162.5+1.88

=+1.7R=162.5+3.2×3泵工況點的確定參照水泵的流量圍選取若干流量值，分別計算排水所需揚程，列出管路特性參數(shù)表。對于D450-60水泵選用管Φ2737作為排水管時有：Q/m3/h/4m/m/m/4m

0300350400450500550600162.5182.84190.19198.66208.27219.00230.88243.8640.62545.7147.5549.6752.0754.7557.7261.04162.5197.15209.66224.10240.46258.75278.96301.140.62549.2952.4256.160.1264.6969.7475.275選用管Φ2998作為排水管時有：Q/m3/h/4m/m/m/4m

0300350400450500550600162.5167.40169.17171.21173.52176.10178.96182.0857162.5170.83173.83177.30181.23185.63190.48195.0869.43對于D500-58水泵選用管Φ3258作為排水管時有：

Q/m3/h/4m/m/m/4m

0300350400450500550600162.5189.59199.37210.66223.45237.75253.55270.8640.62547.4049.8452.6655.8659.4463.3967.715162.5208.4224.87244.12265.78287.75316.77342.0240.62552.1056.2461.0366.4471.9379.2085.53選用管×8作為排水管時有：Q/m3/h/4m/m/m/4m

030