煤礦排水系統(tǒng)設計

煤礦排水系統(tǒng)設計煤礦排水系統(tǒng)設計/煤礦排水系統(tǒng)設計合用文檔主排水泵選型計算設計一、歸納本礦井采用主斜井、副立井、回風立井綜合開拓方式，主斜井井口標高為+922m，副立井、回風立井井口標高均為+1195m，副立井、回風立井落底標高均為+220m，主斜井與暗主斜井斜交，暗主斜井落底標高為+206m，初期大街最低點標高為+205m。33，正常涌水量大于3，依照地質(zhì)報告，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，本礦井應當在井底車場周圍設置防水閘門，或許在正常排水系統(tǒng)基礎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)。依照本礦井開拓方式，結(jié)合現(xiàn)有成熟的防水閘門產(chǎn)品參數(shù)，設置防水閘門抗災暫無合適的設備，因此設計在正常排水系統(tǒng)基礎上裝備潛水電泵抗災排水系統(tǒng)。二、礦井主排水（一）設計依照地質(zhì)報告供應礦井正常涌水量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，因此在設備選型時按正常涌水量33計算；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揚程。（二）排水系統(tǒng)方案依照本礦井的開拓部署，礦井涌水量和排水高度等資料，設計對本礦井的排水系統(tǒng)方案進行了比較：方案一：主排水泵房設置在初期大街最低點，排水管路沿副立井井筒敷設，將礦井涌水排至地面副立井工業(yè)場所，在副立井工業(yè)場所設置水辦理站。該方案誠然排水管路相對較短，降低了管路投資，但是由于副立井較主井井口標高高出約273m，年排水電費約增加560余萬元，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100萬元，綜合營運花銷較高。方案二：主排水泵房設置在初期大街最低點，排水管路沿西大街→主斜井井筒敷設，將礦井涌水排至主井場所。該方案誠然排水管路較長，管路損失較大，但主井較副立井井口低273m，排水設備工況揚程低，水泵級數(shù)少，設備投資省，電耗低。文案大全合用文檔經(jīng)上述綜合解析比較，設計介紹本礦井排水系統(tǒng)采用部署合理，綜合營運花銷低的方案二，即主排水泵房設置在初期大街最低點，井下涌水由主井排出方案。（三）礦井主排水泵房排水設備1、設計依照依照確定的排水系統(tǒng)方案，本礦井主排水泵房設置在+205m水平副立井井底車場周邊的初期大街最低點，排水管路經(jīng)管子道、沿主斜井井筒敷設至地面。地質(zhì)報告供應礦井正常涌水量3，最大涌水量為3，考慮礦井井下灑水和黃泥灌漿807m/h1234m/h3，因此在設備選型時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計算；初期大街最低點標高+205m，主斜井井口標高+922m，排水垂高715m，考慮礦井水辦理所需要增加的15m揚程后，排水總垂高為732m，排水管路敷設長度約5800m。2、排水設備方案水泵及管路的初選（1）泵應擁有的排水能力：正常涌水量Q1=1.2×857=1028.4m3/h;最大涌水量Q2=1.2×1284=1540.8m3/h排水揚程H=1.15×（717+5）=830.3m（2）排水設備初選MDS420-96系列礦用耐磨離心式排水泵，其額定揚程應不小于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型復合鋼管，吸水管路采用D377型復合鋼管。（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；n4－－閘閥數(shù)量，個；n5－－逆止閥數(shù)量，個；n6－－管子焊縫數(shù)量，個；－－水與管壁的阻力系數(shù)；Ld－－排水管路總長度，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：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'－－獨愛異徑管阻力系數(shù)，0.16～0.36；n3'－－彎管數(shù)量，個；－－水與管壁的阻力系數(shù)；Ls－－吸水管路總長度，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：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特點曲線方程為H=722+8.407×10-4Q23、水泵及管路的計算機優(yōu)化依照礦井排水系統(tǒng)和參數(shù)，經(jīng)我院經(jīng)過部級判斷的《礦井排水設備選型優(yōu)化設計計算程序》設計計算，選出了合適本礦井主排水泵房的3個排水設備方案，其技術經(jīng)濟參數(shù)詳見表7-3-1。從方案表中可以看出，方案三所選排水系統(tǒng)設備，排水能力大，但水泵運行工況效率低，年電耗高，基建投資多，年綜合營運花銷也較高，故設計不予介紹；方案二所選排水系統(tǒng)設備，誠然電動機容量較小，但水泵臺數(shù)多，年電耗較高，基建投資或很多，因水泵運行工況效率低、綜合營運花銷也較高，設計也不予介紹；方案一所選排水系統(tǒng)設備，基建投資低，水泵運行工況點效率高，年電耗少，年綜合運行花銷最低。故設計介紹方案一作為本礦井主排水設備方案。文案大全合用文檔礦井主排水設備選型方案比較表表7-3-1內(nèi)容單技術參數(shù)位方案一方案二方案三設礦井正常涌量3857m/h計礦井最大涌量31284依m(xù)/h據(jù)排水垂高m732水泵型號MDS420-96×9MD360-92×9MD420-96×9（原PJ200系列）排水泵臺數(shù)臺787水設電機型號YB2系列4極YB2系列4極YB2系列4極備電機參數(shù)10kV,1600kW10kV,1250kW10kV,1600kW排水管路4-D325×215-D325×184-D325×21水泵工作臺數(shù)臺343正排水管工作趟數(shù)343常流量3413.81343390.6m/h涌揚程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日排水時間h/d16.5514.9917.55水泵工作臺數(shù)臺454最排水管工作趟數(shù)454大流量3413.81343390.6m/h涌揚程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基建投資萬元1794.51968.71794.5綜合營運花銷萬元/a2058.82087.12108.1注：電價按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－－排水管路管壁計算厚度，cm；P－－管路最大工作壓力，設計取為9.5MPa；DW－－管路管材外徑，cm；ψ－－管路焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1；[σ]－－管材需用應力，MPa；本公式已計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型聚乙烯復合鋼管（基材為無縫鋼管），分段選擇壁厚。排水管路由+205m水平主排水泵房→管子道→主斜井井筒敷設至地面。正常涌水期3泵3管運行，最大涌水期4泵4管運行。（2）選定方案的設備及運行工況經(jīng)計算機優(yōu)化，并結(jié)合先期可研設計時專家的評審建議，本礦井主排水系統(tǒng)設備采用MDS420-96×9型礦用耐磨離心式主排水泵7臺，每臺水泵配套1臺YB2系列4極10kV1600kW礦用隔爆電動機。正常涌水期3臺工作，3臺備用，1臺檢修，最大涌水期4臺水泵工作。鑒于本礦井的涌水水質(zhì)較差，考慮到延長排水管路的使用壽命，減小管路保護工作量，主排水管路采用4趟D325礦用聚乙烯復合鋼管（基材為無縫鋼管），分段選擇壁厚。排水管路經(jīng)管子道、主斜井井筒敷設至地面。正常涌水期3泵3管運行，最大涌水期4泵4管運行。礦井排水設備運行特點曲線詳見圖7-3-1。礦井排水系統(tǒng)部署詳見圖7-3-2。礦井排水設備運行工況詳見表7-3-2。水泵運行工況點參數(shù)表表7-3-2文案大全合用文檔參數(shù)運行流量揚程效率計算軸功率理論最大日排水管路吸水高度時間方式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，舊管指管路淤積后。水泵運行時，日排水時間均＜20h，排水能力滿足要求；水泵所需軸功率（計算軸功率）均小于所配電動機容量1600kW，所選電動機容量滿足水泵要求。為了節(jié)約能源，設計采用ZPB-G型高壓氣液兩用射流裝置，使水泵實現(xiàn)無底閥運行。射流泵接井下壓縮空氣管路作為備用能源。設計采用MZ941H-100型礦用電動隔爆閘閥，實現(xiàn)水泵房自動化控制；采用JD745X-100型多功能水泵控制閥，減小水垂對排水系統(tǒng)的沖擊。泵房內(nèi)設置起重梁，配置手動單軌小車和環(huán)鏈手拉葫蘆，以便于設備安裝和維修。依照本礦井開拓方式及井下輔助運輸無軌化的特點，傳統(tǒng)的人工挖掘，清倉絞車清運水倉淤泥方法，效率低、勞動強度大，不合適本礦井高產(chǎn)高效的要求，同時煤泥（含有水）運輸也不方便，還影響井下環(huán)境。為此，設計考慮采用國內(nèi)近幾年開發(fā)的ZQ-ⅢY型水倉自動清挖系統(tǒng)1套，用于井下水倉清理。該系統(tǒng)含有淤泥攪拌設備、MQBⅡ-型泥漿抽排泵、脫水設備、濃縮設備及裝車系統(tǒng)，能將水倉淤積的煤泥轉(zhuǎn)變成煤餅，裝載到井下無軌膠輪車上，運到地面，操作方便，使用可靠，己在多對礦井中成功應用，反應較好。ZQ-ⅢY型水倉自動清挖系統(tǒng)總裝機容量約35kW。文案大全合用文檔文案大全合用文檔（四）礦井主排水設備的供配電與控制依照現(xiàn)行《礦山電力設計規(guī)范》、《煤礦安全規(guī)程》要求，井下主排水泵為一級負荷，主排水泵電機由井下中央變電所一對一供電，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，采用高壓軟起動。同時，在水泵房設有就地操作箱。主排水泵供電系統(tǒng)圖詳見附圖C1361G1-261·2-1。為了實現(xiàn)礦井井下主排水自動化，設計有自動化排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用防爆PLC控制，能依照井下水倉水位自動起停水泵，工作泵故障時，備用水泵自動投入。現(xiàn)場控制器采用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)控設備。系統(tǒng)控制點設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。1、操作方式：系統(tǒng)控制擁有自動、半自動和手動檢修3種工作方式。2、程控功能：PLC主要實現(xiàn)主排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、動向顯示及主排水泵自動啟停、自動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、設備運行工況和在線設備性能等參數(shù)、控制系統(tǒng)狀態(tài)、高、低壓配電及MCC系統(tǒng)等的連續(xù)實時顯示以及報表打印、數(shù)據(jù)儲藏功能。4、水泵監(jiān)控系統(tǒng)與井下控制網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)在礦調(diào)換室進行三遙。五、抗災潛水電泵排水系統(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型為復雜，涌水量在西北地區(qū)較大，對采掘工程、礦井安全構成必然水害威脅。為此設計考慮在井底車場周圍設置防水閘門，或許在正常排水系統(tǒng)基礎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，高壓水閘門還沒有定型設計產(chǎn)品，超高壓防水閘門也還在研究階段，考慮實質(zhì)抗災需要，以及目前潛水電泵設備發(fā)展狀況，采用增加潛水電泵排水系統(tǒng)以增強礦井的抗災排水能力，設計在井底車場主排水泵房水倉周邊設潛水電泵系統(tǒng)，排水管路沿回風立井井筒敷設至地面。（二）設計依照本礦井回風立井井口標高為+1195m，井底車場主排水泵房水倉周邊的標高為+205m，排水垂高990m。在主排水泵房水倉周邊設置潛水電泵硐室，潛水電泵硐室標高為+205m，排水管路沿西回風大巷轉(zhuǎn)回風石門至回風立井井底，由回風立井井筒敷設至地面，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，排水管路長度1880m。1234m/h（三）抗災潛水電泵選型文案大全合用文檔1、抗災潛水電泵選型依照排水能力要求、估計水泵揚程，本礦井抗災潛水電泵排水系統(tǒng)采用3臺3BQ550-1105/13-2500/W-S型，額定流量550m/h，額定揚程1105m的礦用隔爆臥式潛水電泵，當井下突水或涌水量增大時，3臺水泵同時工作，每臺水泵配用1臺4極、10kV、2500kW礦用潛水泵專用隔爆型電動機。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—設計排水管流速，m/s。結(jié)合所選水泵臺數(shù)、水泵揚程，排水管路采用3趟外徑為D325mm的聚乙烯復合鋼管（基材為無縫鋼管），分段選擇壁厚。當井下突水或涌水量增大時，3趟管路同時工作。排水管路由臥式潛水泵硐室→管子道→回風大街→回風石門→回風立井井筒敷設至地面。3、管路阻力系數(shù)計算（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)，對于DN300mm管路，=0.027；Ld—排水管路總長度，本礦井抗災排水系統(tǒng)為1880m；D—排水管路公稱直徑，本礦井抗災排管路管徑為0.30m；3—彎管阻力系數(shù)，0.76～1.0；n3—彎管數(shù)量，個，本礦井抗災排水管路系統(tǒng)為2個；4—閘閥阻力系數(shù)，0.25～0.5；n4—閘閥數(shù)量，個，本礦井抗災排水管路系統(tǒng)為2個；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)抗災排水管路舊管（淤積）時阻力損失：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：HafHsfRQ259.6+0=1.97010-45502舊管（管路未淤積）時：Haf''Haf'R'2Q101.2+0=3.34510-45502則排水系統(tǒng)新管（管路未淤積時）阻力特點方程為：2-42H=H+RQ=993+1.970×10Qt舊管（管路未淤積時）阻力特點方程為：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、水泵運行工況按新管（管路未淤積時）阻力特點方程和舊管（管路未淤積時）阻力特點方程，在BQ550-1105/13型水泵特點曲線上繪出管路阻力特點曲線，得出水泵運行工況點。礦井抗災排水設備運行工況點詳見表7-3-3。文案大全合用文檔抗災水泵運行工況點參數(shù)表表7-3-3參數(shù)流量揚程效率計算軸功率日排水運行管路31η（%）φ（kW）時間（h/d）t新管593106179.3220416.653泵3管559109879.52