沙坝煤矿主排水系统改进方案

贵州天府矿业沙坝煤矿矿井主排水系统改进方案编制：林明义审核：2013年3月2日2设计方案审查表部门负责人审查意见签名日期生产副矿长安全副矿长机电副矿长总工程师矿长公司安监部公司生产部公司预算部公司领导3目录一、矿井排水系统现状---------------------------------------4二、排水系统能力校验---------------------------------------41.主排水泵排水能力校验--------------------------------------4工作水泵能力校验------------------------------------------4备用排水泵能力校验----------------------------------------5检修水泵的能力校验----------------------------------------5④最大涌水量时期的排水能力校验------------------------------52.排水高度能力的校检----------------------------------------63.排水管道能力的校验----------------------------------------6三、水仓能力校检--------------------------------------------6四、电源保证情况--------------------------------------------71.柴油发电机负荷的计算和选型--------------------------------8①沙坝矿井一类负荷统计--------------------------------------8②柴油发电机型号的选择--------------------------------------82.升压变压器的选择------------------------------------------93.备用电源方案接线示意图------------------------------------9五、沙坝煤矿主排水系统改进措施表----------------------------94贵州天府矿业沙坝煤矿矿井主排水系统改进方案一、矿井排水系统现状沙坝煤矿位于贵州省惠水县断杉镇，矿井设计生产能力为9万吨/年，属低瓦斯，水患较为严重矿井，斜井开拓，二级提升，一级排水；矿井现配备有D155-67×5型主排水泵6台，直径为200mm的无缝钢管排水管道2趟，属10KV单回路供电系统，备用电源为一台800KW/10KV高压柴油发电机组，采用单电源两回路高压入井，井下设有中央变电所。根据沙坝煤矿总工程师梁华文提供的实测数据如下：矿井正常涌水量为240m³/h，矿井最大涌水量为340m³/h；单趟排水管路长度为650米，排水高度为230米（图纸高程为188m）。二、排水系统能力校验1.主排水泵排水能力校验根据《煤矿安全规程》要求：煤矿井下排水泵必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作水泵和备用水泵的总能力应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。工作水泵能力校验根据公式：Q工=24Qmin/20式中Qmin---矿井正常涌水量代入相关数据计算：Q工=24×240/20=288m³/h，5即工作水泵排水能力必须大于等于288m³/h。而沙坝煤矿井下水泵D155-67×5型水泵单台排水能力为155m³/h，所以必须2台水泵同时工作，才能满足工作水泵排水能力的需要，即：2×155m³/h=310m³/h＞288m³/h。沙坝煤矿现配备有D155-67×5型主排水泵6台，直径为200mm的无缝钢管排水管道2趟，完全能够满足工作水泵的需要。备用排水泵能力校验根据公式计算得：Q备=70%Q工=70%×288=201.6m³/h，而D155-67×5型水泵单台排水能力为155m³/h，不能满足备用泵的需要，所以必须配备2台D155-67×5型水泵做备用泵，即2×155=310m³/h＞201.6m³/h，满足备用水泵的要求。检修水泵的能力校验根据公式代入计算：Q检=25%Q工=25%×288=72m³/h，而D155-67×5型水泵单台排水能力为155m³/h＞72m³/h，满足检修水泵的要求。④最大涌水量时期的排水能力校验根据公式：Q大=24Qmax/20代入相关数据计算：Q大=24×340/20=408m³/h。工作水泵排水能力+备用水泵排水能力=620m³/h﹥Q大=408m³/h，满足最大排水能力需要。根据计算，沙坝煤矿必须配备的水泵台数为：工作水泵为2台，备用水泵为2台，检修水泵为1台，共计5台，而沙坝煤矿井下现有D155-67×5型主排水泵6台，完全能够满足《煤矿安全规程》要求。62.排水高度能力的校检根据公式：H=1.2（Ht+5.5）=1.2（230+5.5）=282.6m﹤335m，现有水泵扬程满足排水高度要求。式中：1.2---系数Ht---计划排水高度5.5---吸水高度335---现有水泵扬程。3.排水管道能力的校验根据计算出的最大涌水时期的排水能力(Q大)和现有D155-67×5型水泵的排水能力，计算排水系统独立工作的水泵台数为：N=Q大/Q排=408/155≈3台式中：Q大---最大涌水时期的排水能力Q排---D155-67×5型水泵的排水能力即最大涌水时期至少必须保证3台水泵和3趟独立配套排水管路。沙坝煤矿现有D155-67×5型水泵6台满足水泵台数的要求而沙坝煤矿只有2趟配套排水的独立管道，所以排水管道能力不能满足管道排水的需要，急需新安设配套管路一趟。注：如果采用3台水泵，2趟管道联合运行排水，管道阻力将大大增加，排水能力明显下降，局部地方可能出现管道爆裂导致淹井！三、水仓能力校检《煤矿安全规程》对煤矿井下水仓的要求：主要水仓必须有主水仓和副水仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、扩建矿7井或生产矿井正常涌水量在1000m³/h以下时，主要水仓的有效容积量应能容纳8小时的正常涌水量。正常涌水量大于1000m³/h的矿井，主要水仓的有效容积量按《规程》第二百八十条规定计算。但主要水仓的总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。主要水仓容积计算：V有=8Qmin=8×240=1920m³即：（主水仓容积+副水仓容积）必须大于1920m³，才能满足《规程》要求。而沙坝煤矿现有水仓有效容量不清楚，根据矿上总工程师梁华文提供的估算依据：正常涌水量时，如果停2个小时不抽水，就回出现淹没设备现象，为此，估算现有水仓有效容量为：Q估=2Qmin=2×240=480m³。结合沙坝煤矿现有水仓库情况进行对照检查，以下3个条件都不具备《煤矿安全规程》要：1.主要水仓的有效容积量不能容纳8小时的正常涌水量（即Q估＜V有）；2.没有副水仓，无法清理主水仓，导致主水仓有效容积逐渐减小；3.主水仓有效容量小于4小时的矿井正常涌水量（Q估＜4×240=960m³）所以必须尽快扩建现有水仓有效容量，抓紧建设副水仓库，避免淹井事故的发生！四、电源保证情况《煤矿安全规程》第四百四十一条规定：矿井应有两回路电源线路。当任一回路发生故障停止供电时，另一回路应能担负矿井全部负荷。采用单回路供电时，必须有备用电源。备用电源的容量必须满足通风、排水的要求。8沙坝煤矿目前属10KV单回路供电系统，双回路电源正在建设中，备用电源为一台800KW/10KV高压柴油发电机组，采用单电源两回路高压入井，井下设有中央变电所。根据矿方2012年对800KW/10KV高压发电机组的使用情况得知：高压柴油发电机组维护费用较高，且连续使用24小时后出现过缸体发红现象（温度较大）；网电停电后，为确保矿井排水通风系统正常运行，特建议增加一台备用低压柴油发电机组和一台变压器升压至10KV入井，其负荷容量计算如下：1.柴油发电机负荷的计算和选型①沙坝矿井一类负荷统计沙坝煤矿为斜井提升，低瓦斯矿井，网电停电时，绞车可以停止工作，则一类负荷为：P一=主水泵+主扇风机正常涌水时期的一类负荷为：P一=主水泵+主扇风机=2×220+2×30=500KW/660V最大涌水时期的一类负荷为：P一=主水泵+主扇风机=3×220+2×30=720KW/660V②柴油发电机型号的选择根据经验估算法，柴油发电机组所带负荷不得超过额定功率的85%，对应配置柴油发电机功率如下：正常涌水时期配备的发电机功率：Pe=500/85%=588KW/660V匹配的柴油发电机组为600KW/660V。最大涌水时期配备发电机功率：9Pe=720/85%=847KW/660V匹配的柴油发电机组为900KW/660V。但综合以下几点因素：1）、网电停电时，3台水泵联合排水的几率不大；2）、有800KW/10KV高压柴油发电机组做保障（最大涌水时期网电停电，高压发电机投入使用）；3）、充分利用天府公司现有发动机组所以，建议从小凤山煤矿调配600KW/660V发动机组一台。2.升压变压器的选择根据正常涌水时期的一类负荷计算：I=P/（√3Ue*cos∮）=（500×1000）/(√3×660×0.85)I=514A。综合以下几点因素：1）、充分利用天府公司现有发动机组;2）、有800KW/10KV高压柴油发电机组做保障（最大涌水时期网电停电，低压发电机故障、温度过高，高压发电机投入使用）；3）、沙坝煤矿为低瓦斯矿井，必要时可以压负荷，只开一级主扇风机；4）、变压器可短时间内超负荷20%。所以，建议从小凤山煤矿调配KS11-630/10/0.66变压器（Ie=454.5A）一台。3.备用电源方案接线示意图（见附件）五、沙坝煤矿主排水系统改进措施表10贵州天府矿业沙坝煤矿主排水系统改进方案表序号现有状况不足情况改进方案费用预算1排水系统供电为双回路单电源，自备800KW/10KV高压柴油发电机组一台；①发电机连续运行故障几率大（温度过高故障停机），无后备发电机做保障，容易导致淹井事故②高压柴油发电机组维护费用大；③高压发电机不安全因素居多。方案：增加低压柴油发电机组做保障：600KW/660V发电机组+KS11-630/10/0.66变压器（从小凤山煤矿调）；网电停电后，原则上尽量使用600KW/660V柴油发电机组发电，出现：低压发动机温度过高、需要启动3台水泵和风机时才开高压发电机组，高压发电机组做低压发电机组的后备电源。1．5万元（运输费+吊装费）22趟∮200排水主管道无法满足最大涌水时期的排水要求，可能导致淹井方案：增加一趟500米∮200排水主管道，由风井口排出地面，为了符合《规程》，风井井口段建议使用PE管道。500m×31.53kg/m÷1000×8000元/吨=12.612万元3无副水仓，水仓有效容量为480m³（估算容量）①没有副水仓,无法清理主水仓；②水仓容积小于1920m³，不符合要求；③主水仓容积小于960m³，不符合要求①新建副水仓，保证正常清理水仓需要；②确保水仓有效容积大于1920m³；③确保主水仓有效容积大于960m³；（1920m³-480m³）×300元/m³=43.2万元