金河煤矿井下排水系统设计

金河煤矿井下排水系统设计井下排水开采一采区时在+1240m水平设水泵房和主、副水仓，矿井涌水经进风行人斜井管道由1240m水平的中央水泵房水泵排至地面1526.46m标高矿井水处理站。1、设计依据由于矿井现已有3台MD155-67×5型离心式水泵，因此，设计以一采区排水量验算现有水泵能否满足一采区排水要求。1）矿井涌水量（1）根据前述预测，一采区开采时，正常涌水量为65m3/h，最大涌水量为161m3/h。（2）井下生产用水量：防尘洒水用水量预计为10m3/h；灌浆防灭火用水量预计为30m3/h；（3）设计一采区开采时涌出量：正常排水量为：65+10+30=105(m3/h)；最大排水量为：161+10+30=201(m3/h)；2）排水垂高：进风行人斜井井口标高1526.46m，水泵房标高1240m，排水垂高286.46m。2、排水设备的选型计算1）排水设备排水能力（1）正常涌水量时工作水泵的最小排水能力20105242024rBQQ＝126（m3/h）式中：Qr---矿井正常涌水量，105m3/h。（2）最大涌水量时工作水泵的最小排水能力20201242024maxrBQQ＝241（m3/h）式中：Qrm---矿井最大涌水量，201m3/h。（3）计算水泵所需扬程HB＝Hp+H吸+1.7hw＋1＝286.46+5+1.7×21＋1＝329.86(m)式中：Hp——排水高度，286.46m；H吸——吸水高度，5m；hw——吸、排水管管路损失扬程，经计算hw=21m；1.7——管路於积系数；1——排水口富裕高度，取1m。2）水泵选型根据上述计算，设计利用矿井现有的MD155-67×5（P）型水泵3台，正常涌水时1台工作，1台备用，1台检修，最大涌水时2台工作，配套防爆电动机Y355M1-2，功率为220kW。水泵的性能参数见表7-2-5。表7-2-5MD150-67×5（P）型多级水泵技术参数表型号流量(m3/h)总扬程(m)转速(r/min)电机功率(kW)电机电压(kV)效率%必须汽蚀余量(m)MD155-67×5（P）155335295022010775.23）管路直径计算（1）排水管直径计算vQD36004排214.336001554=0.166(m)式中：Q额——所选水泵的额定流量，155m3/h；V排——最有利管径的流速，取2.0m3/s；经计算选择φ219×7mm的无缝钢管，外径219mm，壁厚7mm。吸水管直径：D吸=D排+25=205+25=230mm经计算选择φ273×8mm的无缝钢管,外径273，壁厚8mm。（2）管路流速计算①排水管流速计算22207.014.33600155436004排排DQv=1.3m3/s式中：D排——排水管内径，0.207m。①吸水管流速计算22257.014.33600155436004吸吸DQv=0.8m3/s式中：D吸——吸水管内径，0.257m。（3）排水管壁厚计算aPRPDkg22.04.3480025.204.34=0.65cm，取7mm式中：P——管子内部水的压力kgf/cm2，34.4kgf/cm2；Dg——管子内径cm，20.5cm；Rk——许用应力，kgf/cm2，对无缝钢管为800kgf/cm2；a——考虑管路受腐蚀及管路制造误差时的附加厚度，cm，对于钢管取0.1-0.2cm；本次取0.2cm；选用φ219×7无缝钢管能满足排水要求。4）管路扬程损失计算8.923.1205.08920293.0222gvdLhjw排排=11m式中：λ——水与管壁摩擦阻力系数，查表λ=0.0293；d排——排水管直径，d排=0.205m；v排——排水管流速，v排=1.3m3/s；g——重力加速度，g=9.8m/s2；Lj——管路计算长度，等于实际长度加底阀、逆止阀、闸阀、弯头、异形管、三通等附件的等值长度，m；管路计算长度见表7-2-6。根据排水系统，管路附件有2个90度弯头，3个闸阀，1个逆止阀，2个单流三通，2个120度弯头，1个异形管接。表7-2-6管路计算长度表序号项目名称单位数量等值长度m合计等值长度m备注1底阀个118182逆止阀个136363闸阀个30.872.614弯头个40.893.565异形管个13.553.556单流三通个25.2610.527合流三通个008分流三通个009直流三通个0010小计74.2411井筒管道长度m73312管子道管道长度m2013水泵房管道长度m65合计8925）确定水泵行动参数（1）建立管网阻力特性方程式根据排水系统运行理论，管网阻力特性方程式如下：2RQHHs式中：H——排水泵所需扬程，m；Hs——水泵吸水管吸水面与排水管出水口高差，m；HS＝286.46＋5＝291.46m；R——排水系统管道阻力系数；Q——水泵额定流量，m3/h，Q=155m3/h；①管路淤积时排水系统管道阻力系数按下式计算；22155117.1QhRw=0.00078式中：符号意义同前。管网阻力特性方程式为：200078.046.291QH②管路不淤积时排水系统管道阻力系数：00046.0155112R管网阻力特性方程式为：200046.046.291QH（2）作管网阻力特性曲线根据200078.046.291QH及200046.046.291QH方程式，在MD155-67×5（P）型水泵的性能曲线上按同一比例画作Q－H图得管网阻力特性曲线，见图7-2-5。管路淤积时其工况点参数见表7-2-7。管路不淤积时其工况点参数见表7-2-8。N(kw)H(m)Q(m3/h)NPSHr(m)η(%)Q(L/s)NH=Ht+R×Q264MD155-67型水泵特性曲线图MD155-67(一级）n=2950r/min66图7-2-5管网特性曲线图表7-2-7MD155-67×5（P）型多级水泵管路淤积时工况点运行参数型号流量(m3/h)总扬程(m)转速(r/min)轴功率(kW)电压(KV)效率%必须汽蚀余量(m)MD155-67×5（P）15733029501951075.45.1表7-2-8MD155-67×5（P）型多级水泵管路不淤积时工况点运行参数型号流量(m3/h)总扬程(m)转速(r/min)轴功率(kW)电压(KV)效率%必须汽蚀余量(m)MD155-67×5（P）16432029502001074.85.56）水泵工况点运行参数校核（1）经济性校验水泵的工作点位于工业利用区内，符合经济要求。（2）稳定性校验由特性曲线可知水泵在零流量时的压头值H0＝312m，排水系统测地高度HS＝286.46m，水泵能稳定工作。（3）吸上真空度校核由厂家提供的资料MD155-67×5型水泵必须汽蚀余量为5m，而水泵工况点汽蚀余量为5.5m。吸上真空度基本符合要求。（4）排水时间验算①正常涌水时实际排水时间1571052424eQQT=16h＜20h，符合要求式中：Q——设计矿井正常涌水量，105m3/h；Qe——水泵淤积时的工况点流量，157m3/h。②最大涌水量时：20121642424eQQT=9.8h＜20h，符合要求式中：Q——设计矿井最大涌水量，201m3/h；Qe——水泵淤积时的工况点流量，164m3/h。7）电动机容量的验算（1）管路淤积时：cmmmdHQkN102360098.0754.0102360046.29115710202.1=206kW＜220kW电机功率符合要求。式中：γ——矿井水的比重，kg/m3，取1020kg/m3；Qm——水泵工况点的流量，m3/h，157m3/h；Hm——实际扬程，m，291.46m；ηm——水泵工况点的效率，75.4%；ηc——传动效率，联轴节传动取ηc=0.98；K——电机备用系数，取K=1.2。2）管路不淤积时：cmmmdHQkN102360098.0748.0102360046.29116410202.1=217Kw220kW根据校核采用厂家配套电动机，其额定功率220kW，满足要求。矿井现有3台MD155-67×5型离心式水泵能满足一采区排水要求，其中1台工作，1台备用，1台检修。水泵额定流量为155m3/h，额定扬程为335m，电机功率220kW。敷设两趟Φ219×4mm排水管，其中一趟工作，一趟备用，排水管从水泵房经管子道沿副进风行人斜井铺设至地面，水泵最大吸水高度不超过5.2m。今后开采二采区时，水泵再另行选择。10）主要水仓设计矿井正常涌水量105m3/h，按8小时正常涌水量计算，主要水仓有效容积应大于840m3。设计主要水仓设主仓、副仓，净断面为7.9m2，主要水仓有效长度为151m，容水量约1193m3，主要水仓容量满足矿井涌水量的要求。11）水泵房和通道布置及安全出口水泵房：在+1240m井底车场附近布置井底水泵房，长度为65m，净断面积12.5m2。根据岩性情况采用锚喷支护，泵房设计断面为半园拱巷道，水泵共用两个吸水井。水泵房有两个出口，一个（管子道）通到进风行人斜井，并应高出泵房底板7.0m；另一个出口通到井底车场，并高出井底车场0.5m，此出口应设置即能防水又能防火的密闭门。泵房与水仓的连接通道，应设置闸门，管子道出口必须安设铁栅栏门、警示牌。3、泵房附属设施①引水漏斗：用在开机前向水泵灌满引水；②起重设施：泵房内设10t手动单梁起重机，以便设备安装检修，并辅设轨道与车场巷道相通；联轴器的安全防护采用联轴器罩用螺钉固定于水泵机座上即可。4、排水设备及设施选型合理性和运行安全、稳定性分析通过以上对该矿水仓及水泵的计算，所选水泵能满足于矿井涌水量的排水要求，并对相关的管路附属设施进行了说明和要求，所选排水设备及设施是合理的，完全能够安全稳定地运行。、排水系统排水系统见矿井排水系统图。+1240m水平中央水泵房管子道1#2#3#地面矿井水处理装置名称型号规格数量水泵MD155-67×5Q=155m3/hH=335m3台电动机Y355M1-2220kW排水管路Φ219×7闸阀两趟Φ219逆止阀Φ219水仓主水仓V=1343m31+1240m水平排水系统技术特征表3台单位台台趟件座311件序号123456矿井正常涌水量:65m3/h,设计矿井正常涌水量:105m3/h；矿井最大涌水量:161m3/h,设计矿井最大涌水量:201m3/h；主井口标高：+1525.46m；主井底标高：+1240m；排水垂高：286.46m。水处理能力：400m3/h逆止阀闸阀水泵吸水管底阀排水管φ219×7引自井底车场防尘洒水管路φ57×3.5射流泵水仓排水管φ219×71525.46m+1517m副水仓V=1074m3进风行人斜井图矿井排水系统图6、井下排水系统管路1）管路趟数及敷设井巷和运行方式在井下每个水泵房三台水泵的出水口位置，通过闸阀将三台水泵和两趟管路联系在一起，正常涌水时，一台水泵运行，可以使用其中任一趟管路，最大涌水时，开启的两台水泵分别使用两趟管路，管路之间通过闸门隔离，两管路之间互不影响，以使水泵的排水能力达到最大值，从而满足于矿井最大涌水时的需用。即水泵的运行方式采用分列运行机制。排水管路沿进风行人斜井铺设，在井巷中的位置位于人行道的另一侧。在倾斜巷道中，铺设排水管路应遵守以下规定：（1）水管直径大于200mm时，可安装中底板上专用木座或混凝土墩上，水管的下部装设支撑弯管，每隔75—100m安设一个承担该段管一定重量（包括水重）的带拉杆的管夹子。管径小于200mm，如需架设在巷道壁上时，需固定在专设的管子支架上。如在人行道一侧时，管中心距巷道底板的高度不小于1800mm。支架间距不超过8m。（2）平巷中水管用铁丝梆吊时，间距一般为4—6m。（3）每条水管上应设放水闸阀，以便在检修时将排水管中的水放入水仓中。（4）底阀应设置在吸水最低水面500mm