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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,单击此处编辑母版标题样式,目录,第一章,矿井排水系统的确定,第二章,水泵的选型及台数计算,第三章,排水管道选型计算及管道的布置,第四章,吸水管道选型计算及管道的布置,第五章,管道特性曲线的绘制及工况点的确定,第六章,水泵工作合理性校验,第七章,水泵电动机的选型计算,第八章,主排水经济指标的计算,第九章,水泵房、水仓的布置尺寸确定,第一章 矿井排水系统的确定,1.1,分析本矿井特点：,本矿年产量,90,万吨，采用竖井开拓，井口标高,+50.00m,，水平标高,-265.00,，正常涌水量,4.5m3/min,，最大涌水量,7.2m3/min,，矿水中性，矿水密度,1020kg/ m3,，最大涌水期按,60,天计算，服务年限,30,年。,由此，可供选择的排水系统有以下两种：,1.1.1方案一 直接排水系统,直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。,图（,a,）是竖井单水平开采时的直接排水系统。图（,b,）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排水设备直排地面。图（,c,）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图（,d,）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。,这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的排水设备互不影响。（图,1.1,）。,图1.1,1.1.2 方案二 分段排水系统,分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。,图（,a,）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的分段排水系统。图（,b,）是斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。,采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图,1.2,）。,图1.2,根据上述的有关规定,本着尽量减少水泵数量的原则,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法,.,第二章 水泵的选型及台数计算,2.1,初选水泵的型号和台数,选择水泵的型式和台数应符合,规程,和,规范,的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。,2.1.1.排水系统对水泵的要求：,a)水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工作水泵的排水能力应为：,由于该矿井,所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为：,在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力：,备用水泵的工作能力：,取二者较大值：,检修泵组的工作能力：,公式中：,1.2煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。,b)估算水泵必须的扬程：,式中 H,c,排水高度，H,c,=473.3 m;,干管倾斜敷设时的倾角。,2.1.2.,初选水泵型号,参照泵产品样本,因为矿水呈中性，所以选择D型泵，依计算的工作水泵能力Qe可选择泵的型号为:,泵 D450-60 的级数为：,i=HB/Hi=5.65.9,取i=6,泵 D500-53 的级数为：,i=HB/Hi=5.96.2,取i=6,则水泵的型号为：D450-60和D500-53 其详细资料如下：,表2.1 离心泵参数：,表2.2 D450-60,8型离心泵参数：,2.1.3.所需水泵的台数为：,式中,分别为工作、备用检修水泵的台数,。,计算水泵装置效率,排水设备主要由水泵、电机、管路、电控设备等组成。排水时的装置效率定义为：,输出地有益能量,与装置输入的能量,之比，,其比值用,表示，且,则装置效率为,式中,水泵工况点效率，81%；,管道效率，98%；,电机效率，92%；,传动效率，98%。,其他符号意义同前所述。,为确保排水设备经济运行，对竖井其装置效率，,对斜井其装置效率，,根据式(3-17)，在合理工况中，分别计算出装置效率，选出装置效率较高的泵和管路系统作为优选排水设备，从而确定水泵型号、台数、管路系统及其布置方式。,2.6.1若电机效率d=0.92, 工况效率m1=0.78，管路效率,g1=HC/Hm1=320/330=0.97，,则装置效率为：,z1=m1dg1c,=0.780.920.970.98,=0.68(z0.6),2.6.2若工况效率m3 =0.76，管路效率,g3=HC/Hm3=320/328=0.98,则装置效率为：,z3=m3dg3c,由此可选定 D500-57型水泵3台，排水管路选 YB-231-70-2998 管 两趟，吸水管规格为 YB-231-70-3258,=0.80.920.980.98,=0.7(z0.6),第三章 排水管道选型计算及管道的布置,3.1,排水管选择计算,a,）,.,计算根据,规范,第,2,138,条,管径常按经济流速,Vp=1.5,2.2m/s,计算,:,式中 dp排水管内径(计算),m.,对于D450-60水泵，额定流量为 450m3/h,对于D500-57水泵，额定流量为500,3,m,3,/h,b）.壁厚度的计算：,壁厚可按如下公式计算：,式中： d,p,排水管内径,cm,p管内液体压强，作为估算p=0.011H,p,(MPa)；,H,p,(m)为排水高度；,z,许用应力。,铸铁管,z,=20 Mpa,焊接钢管,z,=60 Mpa,无缝钢管,z,=80 Mpa;,C附加厚度,对于铸铁管C=0.70.9cm;焊接管C=0.2cm; 无缝钢管C=0.10.2cm,c)水管材质:对于敷设在深度不超过200m竖井内的排水管多采用焊接钢管,深度超过200m时多用无缝钢管;对于敷设在斜井内的排水管路,可按承压的变化,由下向上分段采用无缝钢管、焊接钢管和铸铁管。,对于D450-60 水泵，,对于D500-57水泵，,表2.4 热轧无缝钢管 （YB231-70）（mm）,自表2.4中查得的无缝钢管如下：,对于D450-60水泵选取 管2998或 管3258,对于D500-57水泵选取 管2998或 管3258,3.2,）管路趟数及布置方式的选择,a),管路趟数的选择 根据规程有关规定，水管必须有工作和备用的，其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。涌水量小于300m3/h的矿井，排水管也不得少于两趟。对于所选的三台水泵，敷设两趟管路，即三泵两管工作方式，一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。,b),其管路系统布置如图,图3-4（a）,1）图3-4（a）是三台泵两趟管路的布置方式。一台水泵工作时，可通过其中任一趟管路排水，另一趟管路备用；两台水泵同时工作时，可分别通过一趟管路排水。,图3-4 四台水泵管路布置方式（,b,）,2）图3-4(b)是四台泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管路备用，最大涌水时期三台泵工作可各用一趟管路排水。,图,3-,4,五台水泵管路布置方式（,c,）,3) 图,3-4,（,c,）五台水泵三趟管路的布置方式，正常涌水时期两台泵工作，可通过其中任意两趟管路分别排水，另一趟管备用；最大涌水期四台泵工作，三趟管路排水，泵在并联管路上工作。,根据上述规定，对于此设计中的,D450-60,6,3台水泵，敷设,2,趟管路，其管路系统布置如上图,3-4a,所示；,对于,D500-57,6,3台水泵，敷设,2,趟管路，管路系统布置图如上图,3-4a,所示。,第四章 吸水管道选型计算及管道的布置,4.1吸水管道选型计算,计算根据规范第2138条,管径常按经济流速Vp=0.81.5m/s计算:,式中 dx吸水管内径(计算),m.,Q,e,额定流量，m,3,/h。,对于D450-60水泵,a）由上述可知，对应管2998水泵吸水管选为：,管3258,b）由此对应管32510水泵吸水管选为：,管3518,对于D500-57水泵选取,c）对应管2998水泵吸水管选为：,管3258,d）对应管3258水泵吸水管选为：,管3519,4,.2绘制管道系统图,估算管道长度排水管道长度可估算为：,取,吸水管长度,水流经泵房内排水管的长度，一般取,=2030m；,管子道中的管子长度，一般取,=2030m；,井口出水管长度，一般取,=1520m。,第五章,管道特性曲线的绘制及工况点的确定,5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线,由上计算可知排水管和吸水管的长度，不计管径差异，近似地按排水管径计算其特性，则：,b).选取沿程阻力系数,:,对于D450-60水泵选取 选用管2998作为排水管时,0.0237,吸水管3258取,0.0307,选用管3258作为排水管时,0.0292,吸水管,3518,取,0.0237,管路特性方程式:,对于D450-60水泵在选取管3258做为排水管时有：,H,=H,sy,+ RQ,2,=,挂垢后的管路特性方程为：,H,=H,sy,+1.7RQ,2,=,5.2确定工况点,由以上方程就可以在水泵性能区线图上绘出管路特性曲线。参照水泵的流量范围，选取几个流量值，分别计算排水所需扬程。,对于D450-60水泵在选取管3258做为排水管时,表2.7,在选取管3518做为排水管时有：,表2.8,将管路特性分别绘制在D450-608型水泵性能曲线上，由图2.5可见，工况点M,2,趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为M,1,，工况参数分别为Q,m1,= 500m,3,/h, H,m1,=330m, N,m1,=100KW, ,m1,=78%(NPSH),m1,= 5,对于D500-57 水泵选取在选取管3258做为排水管时有：,表2.9,在选取管3518做为排水管时有：,表2.10,将管路特性分别绘制在D500-57型水泵性能曲线上，由下图可见，工况点M,4,趋进工业区边缘，为确保水泵正常工作，故舍去，最后确定工况点为M,3,，工况参数分别为Q,m3,= 530m,3,/h, H,m3,=328m, N,m3,=105KW, ,m3,=80%, (NPSH),m3,=5.6m,第六章 水泵工作合理性校验,6.1校验水泵稳定性,1）自特性查得Q=0时6级泵的扬程,H,0,= 69 该值大于,H,C,=63 ，满足稳定条件,0.9H,0,H,C,的要求。,2）自特性查得Q=0时6级泵的扬程,H,0,=71 该值大于,H,C,=53，满足稳定条件,0.9H,0,H,C,的要求。,6.2.1 D450-60水泵,对于D280-65水泵在选取管3258做为排水管时有：,在正常涌水期每天所需排水时间为,T,z1,=,24q,z,/n,1,Q,m1,=244.560/1500,=12.96h,在最大涌水期每天所需排水时间为,T,max1,= 24q,max,/(n,1,+n,2,)Q,m1,=247.260/2500,=10.4h,6.2校验排水时间,6.2.2 D500-57水泵,对于D450-60水泵在选取管29910做为排水管时有：,在正常涌水期每天所需排水时间为,T,z3,=,24q,z,/n,1,Q,m3,=244.560/530,=12.23h,在最大涌水期每天所需排水时间为,T,max3,=,24q,max,/(n,1,+n,2,)Q,m3,=247.260/2530,=9.78h,经校验排水时间均小于20h，符合煤矿安全规程规定,第七章,水泵电动机的选型计算,所选水泵工作在工业利用区，可直接选用水泵厂家提供的配套电动机，型号为：,JSQ-1512-6,型高压三相高速鼠笼异步电动机,其参数如下表：,第八章 主排水经济指标的计算,8.1电费,a）年电耗,由于正常涌水期和最大涌水期各泵的工况参数相同，则年电耗为,E=,（,n,z,r,z,T,z,n,max,r,max,T,max,）,= 3.55,kw,式中,1.05,辅助用电系数；,矿水重度，N/m,3,；,Q工况流量m,3,/h；,H工况扬程，m；,水泵工况效率；,C,传动效率；,d,电机效率；,b)年电费,年电费等于当地工业电价C,d,（元/度）与年电耗量之积，即,S,1,= C,d,E,=35.5万元,W电网效率，一般可选取W=0.95-0.97；,nz ,nmax 正常和最大涌水期水泵工作台数；,rz ,rmax 正常和最大涌水期水泵工作天数 ,d；,Tz ,Tmax 正常和最大涌水期水泵工作时间 ,h；,8.2,设备购置费,8.3,安装工程费,8.4,井巷工程费,
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