矿井排水设备选型设计例题
-矿井排水设备选型设计
设计题目：矿井排水设备选型设计综放工作面选型设计本次设计是根据煤矿的实际情况、环境条件而制定的。
好的煤矿机械设备选型设计和供电系统，对于企业来说，可以更好的利用和合理分配电力资源，促进安全生产和降低生产成本。
所有的设计方案都要以《煤矿安全规程》、《煤矿井下供电设计规范》、《煤矿电工手册》等为准则。
本设计介绍了矿井排水设备选型、综放工作面供电系统；排水设备选型主要介绍确定排水系统、选择排水设备、给出指标经济核算、绘制水泵房布置图、绘制管路系统图等；紧力及选用的电机功率的计算等；综放工作面供电系统主要是介绍采煤工作面供电系统拟定、电缆选型校验、低压供电系统开关整定校验、高压系统整定校验、接地保护系统、漏电保护系统。
总之，所有的煤矿机械设备选型和供电系统都是以井下安全生产所服务为目的。
设计一套完整、完善的煤矿机械设备选型设计和井下供电系统，对煤矿安全生产是必不可缺少的。
关键词：机械设备选型; 排水设备选型；选型设计；井下；综放工作面；供电。
目录目录 (2)绪论 (4)第一部分矿山固定设备选型设计 (6)矿井排水设备选型设计 (6)1. 概述 (6)2. 排水设备及系统的选择 (7)2.1设计的原始资料 (7)2.2水泵的型号及台数选择[6] (8)2.3 管路的选择 (8)3. 工况点的确定及校验 (10)3.1 管路系统 (10)3.2 校验计算 (12)4. 电耗计算................................................................................................. 错误!未定义书签。
4.1 年排水电耗................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2 吨水百米电耗校验....................................................................... 错误!未定义书签。
煤矿排水设备选型
第三节 排水设备（一）设计依据井口标高： +1819.00m 井底标高： +1623.00m排水高度 196m 井筒斜长 490m 井筒倾角 23.6o正常涌水量： q=1335.2m 3/d 最大涌水量： q max =2764.6m 3/d水质： PH=6，密度为1000kg/m 3。
矿井现有MD280-43×6型排水泵3台，配用电机功率315kW ，排水管用选用D245×7.0的无缝钢管，沿副斜井敷设，下面对矿井排水设备进行校验。
（二）排水设备的校验1、矿井排水设备的排水能力，应保证在20h 内排出矿井一昼夜的正常和最大涌水量。
（1）水泵排矿井正常涌水时的能力 （2）水泵排矿井最大涌水时的能力矿井现有水泵额定流量为Q e =280m 3/h>66.76 m 3/h ，流量满足要求。
2、排水管路的选择 （1）排水管直径 （2）管壁厚度[])(()115.04.63.2c +'++-⨯⨯⨯=+'=δϕσδδpD p w=0.45cm矿井排水管路利用D245×7的无缝钢管。
（3）排水管路实际流速 （4）吸水管直径吸水管利用直径为D273×7的无缝钢管。
（5）吸水管实际流速水泵房水泵排水管路沿副斜井设置两趟，排至地面水沟。
管路直径利用D245×7无缝钢管，一趟使用，一趟备用，总长2×550m 。
3、管路扬程总损失 （1）排水管中扬程损失 1）排水管路淤积前扬程损失 2）排水管路淤积后扬程损失 H 排后=1.7×H 排前=1.7×13.9=23.6m （2）吸水管中吸程损失（3）管路扬程总损失1）管路淤积前扬程总损失H管总前= H排前＋H吸=13.9+0.5=14.4m2）管路淤积后扬程总损失H管总后= H排后＋H吸=23.6+0.5=24.1m（4）水泵总扬程1）水泵吸水高度式中：H smax——水泵允许最大吸水高度，m；p a′——水泵安装地点大气压，8.4×104Pa；p v′——水泵安装地点实际水温的饱和蒸汽压力，0.24×104Pa；——矿井水重度，10000N/m3；〔Δh〕——水泵样本必需汽蚀余量，4.7m；Δh s——吸水管阻力损失，0.5m。
矿井排水设备设计(排水设备选型) (1)
矿井排水设备设计一、主排水设备1、设计依据本次技改，在主井底做中央泵房，排水管路从管子道，沿主立井敷设，将矿井涌水直接排到地面。
矿井正常涌水量： 20m 3/h矿井最大涌水量： 40m 3/h排水高度： 150m （包括水处理高度、吸水高度）水泵扬程估算：167m2、设备选型(1).水泵型号、台数水泵必须的排水能力：正常涌水时排量：Q=1.2×20=24m 3/h最大涌水时排量：Q max =1.2×40=48m 3/h根据所需排量、排水高度及《煤矿安全规程》的要求，选用3台MD46-30×6型离心水泵，技术参数：流量46 m 3/h ，扬程180m ，配电动机功率45kW 。
正常涌水时，一台MD46-30×6型水泵工作；最大涌水时，两台水泵工作。
（2）排水管路所需排水管直径：d P =0.0188×p H v Q =s m v m p /209.0246==，取 因井深小于400m ，选管壁最薄的无缝钢管，排水管外径102 mm ，壁厚5 mm , 内径92mm 。
吸水管选用Φ127×5mm 。
(3).水泵工作工况排水管路（管路淤积后）特性方程为：H=150+0.016304Q2在水泵工作特性曲线上作管路特性曲线得水泵工况点M1(见图6-3-1)，则单台泵工作工况：Q m=43.3m3/h，H m=180.6m，ηm=70.7%。
(4).电动机校验管路未淤积情况下排水管路特性方程为：H' =150+0.0096Q2在水泵工作特性曲线上作管路特性曲线得水泵工况点M2 (见图6-3-1)工作参数：Q'm=48.2m3/h，H'm=172.3m，η'm=70.6%，则电机所需功率为：1030×48.2×172.3P'= ——————————×1.2=39.6kW102×3600×0.706水泵所配电动机YB225M-2隔爆型电动机，45kW，2970r/min。
矿井排水方案
矿井排水方案一、水泵选型验算 1、校核依据①矿井设计生产能力为45万t/a 。
②主排水泵房标高： +730.00m ；主斜井标高：+940.00m ；排水标高210m ；井筒倾角：β=22°、18°、12°、10°、9°。
③水泵房正常涌水量：h m Q r /13.623= ④水泵房最大涌水量：h m Q m /2.933= 2、水泵选型计算①正常涌水量时水泵必须的排水能力h m Q Q r Br /56.74202413.6220243=⨯=⨯=① 最大涌水量时水泵必须的排水能力h m QQ rmBm /84.11120242.9320243=⨯=⨯=② 水泵扬程的估算m h H K H x p B 54.29074.0/5730940=+-=+=）（）（根据校核计算，+730m 水平已安装的MD155-67×5（P) （额定流量Q=155m 3/h 额定扬程H=335m ）型矿用自平衡耐磨水泵3台，能满足矿井排水要求。
（3）排水管路校核计算 ①排水管管径mm m Q d pBp 174174.021550188.00188.0==⨯==υ 式中：B Q ――排水泵流量；p d ――排水管内经济流速，一般取s m d p /2.2~5.1=。
②吸水管管径mm d d p x 199025.0174.0025.0=+=+=3、排水管趟数的确定根据设计规范要求，确定设置2趟管路，1趟工作，1趟备用。
4、管材的选择根据斜井排水要求，确定选用无缝接钢管。
5、排水管流速的计算s m d Q u pn p /825.1233.090028090022=⨯==ππ满足u p =1.5～2.2m/s 的要求。
6、吸水管流速的计算s m d Q u xn x /024.1311.090028090022=⨯==ππ满足u x =0.8～1.5m/s 的要求 二、工况点确定 1、排水管阻力损失gu g u d L h p p pP P p p 22.22ξλ∑+=mh m L L L L L p p T P 56.248.92825.186.88.92825.1233.011130284.086.85.1122.014.065.4108.031113152030104822321=⨯⨯+⨯⨯⨯==⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=∑=+++=+++=ξ 2、吸水管阻力损失gug u d L h x x x x x x x 22.22ξλ∑+=m h x x 31.08.92024.11.58.92024.1311.07027.01.562.014.014.4122=⨯⨯+⨯⨯⨯==⨯+⨯+⨯=∑ξ 3、新管总阻力损失m g u h h h x x p w 04.258.92825.151.056.24222=⨯++=++=4、旧管总阻力损失m g u h h h x x p w 56.427.18.92825.151.056.247.1222=⨯⨯++=⨯++=）（）（5、水泵所需总扬程m h h H H H x p x p 26.25756.425210=++=+++=6、工况点确定（1）新管路性能方程式为：23.22.000319.0215/Q H h m Q m h m H Q Q h H H wx y s wx y s +=---+=。
矿井排水设备选型设计例题
集中排水系统 分段排水系统 直接排水系统
水泵选型
Q 1.2 700 840m / h
3 B
Q 1.2 1100 1320m / h
3 max
水泵扬程的估算
500 18.5 4 H 580.5m 0.9
B
选型号D450-60X10，
额定流量Qe=450m3/h，额定扬程He=600m
140 4~32
146 4.5~36
152 4.5~36
159 4.5~36
168 4.5~36
180 5~（45）
外径 壁厚
194 5~（45）
203 6~50
219 6~50
245 6.5~50
273 6.5~50
299 7.5~75
325 7.5~75
351 8~75
377 9~75
外径 壁厚
正常涌水时，水泵每天工作的时间
24q T2 n1QM 2
≤20h
最大涌水时，水泵每天工作的时间
T2max 24qmax (n1 n2 )QM 2
≤20h
电动机容量的验算 电耗计算
排水管内径
dp
/
p /
4Qe
dp
p/
/
——排水管内径，m；
——排水管经济流速，一般取
p/
=1.5～2.2m/s
吸水管内径
d x / d p / 0.025
热轧结构用无缝钢管（GB9162—87）
外径 壁厚
32 2.5~8
38 2.5~8
42 2.5~10
45 2.5~10
2、管路在泵房内的布置
管路在泵房内的布置形式应根据水泵台数和所选管路 的趟数确定。如图所示，为常见矿井排水管路在泵房 内布置示意图。图（a）为三台水泵两趟管路的布置方 式，（b）为四台水泵三趟管路布置方式。另外，也有 五台泵三趟或四趟管路的布置方式等。但是，不论采 用哪种布置方式，都应使任意一台水泵能用任何一趟 管路排水。
淮南李一煤矿—602m水平泵房排水设备选型
较好地解决了单个车轮可能 现负载过大 的现象。 （） ２ 轮胎改装。从轮胎的外轮廓 、 花纹和轮胎材质上对轮胎 进行改装 ， 使其满 足高原地区的车辆运行条件 。具体做 法是 为
件出现断裂或 早期疲劳损坏 。另外 ， 高原地 区公路等级低 ， 面 路
起 伏 不 平 ， 而 使 汽 车 的 行 驶 阻 力 瞬 时变 化 大 ， 力 不 稳 定 ， 从 动 换 挡 频 繁 ， 动机 、 速 器 、 合 器 、 减 速 器 等 传 动 系 统 的 瞬时 冲 发 变 离 丰 ｌ 击 严重 ， 使这 些 系统 的零 部 件 过 损 坏 ， 而 使 汽 车 的 大修 间 促 从 隔里 程 缩 短 ， 车 耐 久性 和 使用 寿命 降 低 ｊ 整
房 生 活用 水 池 。 二 、 水方 案 的 确 定 排 根据 矿 井 生 产 的 需 要 ， 号 井 、 ７ 暗副 立 井 均报 废 ， ６２ 一 ０ ｍ水 平 （ ） 架 改 装 。 底 盘 改 装 是 提 高 车辆 通 过 性 能 的 一 个 最 有 １悬 效 的 途 径 。 由于 高 原 地 区崎 岖 的 道 路 和 恶 劣 的气 候 条 件 ， 车 原
本文 中 ， 者充 分 分 析 了高 原 条 件 对 车辆 性 能 的影 响 ， 中 笔 对
型车辆做 了如下 的改装。 １ ． 发动机。使用增压设 备， 经计算采用ＪＯ １ ９ 一 涡轮增压器和 ６ ３ ９柴 油机来匹配 ， １０ 用来恢 复动力 、 降低油耗 ， 改善 低速 扭矩
１ ． 将汽油发 动机改为柴油发动机。根据高原地区的特点 ， 对 发动机进行必要的调整 ， 使其动力性提高 ， 油耗降低 。改用柴油
矿井排水设备的选型计算
Ｖｏ１３１ ． Ｎｏ ． ３
２１ ｏｌ １
一… … 一 … ～
～～ 一
～
山西 煤 炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡＬ
Ｍ ａｒ ２０１１ ．
文 章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ ）３ ０ ４ — ３ １７ — ０ ０ ２ １ ０ — ０ ５ ０ １
第３ 卷 １
第３ 期
《 规程》 规定 ： 主要排水必须要有工作和备用水
２４２ 管路 及 管路 布 置 ．．
收 稿 日期 ：０ ０ １— ０ ２ １ — ２ １
作者简 介 ： 赵建群 （９ ６ ）男 ， １６ 一 ， 吉林 白山人 ， 在读 工程硕士研 究生 ， 高级工 程师 ， 主要从 事煤矿生产 管理工作 。
４ ５
山 西煤 炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡ Ｌ
泵 相 应 的 扬 程日ｏ７ １ ７ ０Ｉ，又 ７ ０Ｘ０９ ６ ３ ＝ ０Ｘ１ ＝ ７ Ｉ Ｔ ７ ． ９ ＝
该值大于日 ＝ ９ ｍ， ５０ 满足稳定条件 ０ Ｈ ≥Ｈ 。 ． 。 ９
式 中 ： 为工 作 水 泵 必 须 的排 水 能 力 ， ３ ； 一 为 Ｑ ｍ／ ｐ ｈ
２ ． 排水 设备 的选 择 ４
工作 ， 直到矿井寿命终止 。 因此 ， 排水设备是矿井建
设 和生产 中不 可或 缺 的关 键 设备 。 为使 排水 设备 能 在安 全 、 可靠 、 济 的状态 下 工作 ， 须选 择好 排 水 经 必
设备 。
根据 上述 条 件及 相 关计 算值 ，经分 析后 ，选 用
而且在 遇到 涌水 袭 击 ， 可 能淹 没 矿井 的情 况下 还 有
工作 与备 用水 泵必 须 的排水 能力 ， ３ 。 ｍ／ ｈ
矿山排水设备选型
某矿山排水设备的选型设计目录某矿山排水设备的选型设计( 一) 矿山排水系统一. 排水系统的确定 (3)二. 矿井排水简图 (3)( 二) 矿山排水设备的选型计算<一>. 第一水平主排水设备和输水管等设计选择计算 (4)一. 资料 (4)二. 水泵的选择计算 (5)三. 管路的选择确定 (6)四. 管路阻力损失的计算 (8)五. 水泵工作点的确定 (10)六.吸水高度的验算 (11)七. 排水时间及水管中流速的验算 (12)八. 电动机容量的计算 (12)九. 电耗量的计算 (13)十. 水泵房的布置 (14)十一. 水仓 (15)<二> 第二水平排水设备和输水管等设计选择计算一. 资料 (15)二. 水泵的选择计算 (16)三. 管路的选择确定 (16)四. 管路阻力损失的计算 (18)五. 水泵工作点的确定 (20)六. 吸水高度的验算 (22)七. 排水时间及水管中流速的验算 (22)八. 电动机容量的计算 (23)九. 电耗量的计算 (23)某矿山排水设备的选型设计( 一) 矿山排水系统一.排水系统的确定:该矿是多水平开采, 第一水平标高-50M, 第二水平标高为-200M, 因此确定该矿为分段排水. 在-200M水平设置主排水设备, 将该水平涌水沿管道上山排至-50M水平, 在-50M水平大巷内设有排水沟, -50M水平的涌水和由-200M水平排至-50M水平的水经排水沟流到井底水泵房附近的内水仓和外水仓. 然后由主排水设备沿副井将该矿井的全部涌水排至地面+263.二.矿井排水简图如下:. -200第二水平-50第一水平50度副井井口+26335度**矿井排水系统简图( 二) 矿山排水设备的选型计算矿山固定排水设备是矿山重要设备, 根据该矿具体条件和安全经济可靠的原则, 对水泵机组和输水管路选择如下:因为该矿为分段排水, 因此必须对第一水平和第二水平排水设备和排水管路分别进行选择计算, 先对第一水平进行计算选择.<一>: 第一水平主排水设备和输水管等设计选择计算:根据设计规范规定: 排水设备的选择, 应能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常排水量; 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; 检修水泵台数按工作水泵或备用水泵二者中的最多台数的25%设置, 但不少于一台. 所有水泵具有同等能力. 当工作水泵一台时, 对于正常涌水量为50m3/小时或50m3/小时以下时, 而且最大涌水量不超过正常涌水量一倍的矿井可选用二台水泵, 其中一台工作, 一台备用(包括检修). 对于正常涌水量大于50m3/小时(包括充填水和其他用水), 而且最大涌水量与正常涌水量相差不多时, 应选用三台水泵, 其中一台工作, 一台备用, 一台检修.该矿第一水平正常涌水量为50m3/小时, 而且最大涌水量为160m3/小时. 每年正常涌水量时间大约7个月(213天), 最大涌水量大约5个月(152天), 根据以上情况, 决定在该水平设置主排水水泵6GD67-6型三台, 正常涌水时期, 一台工作, 最大涌水时二台工作, 一台备用(包括检修), 一台工作时, 一台备用, 一台检修.根据<<规范>>规定: 主排水管至少设两条, 其中一条出现故障时, 其余管路应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量. 正常涌水量为50m3/小时及以下, 而且最大涌水量为100m3/小时及以下的斜井, 可敷设一条管路, 其能力应在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量. 根据该矿实际条件和具体情况, 结合以上规定, 决定设置二趟管路, 矿井正常涌水量时一趟管路排水, 矿井最大涌水量时二趟管路排水.一: 资料1.第一水平标高-50M, 管路沿副井井筒敷设. 副井井口标高+263M.2.矿井正常涌水量40 m3/小时, 涌水时间213天; 矿井最大涌水量160 m3/小时,涌水天数152天.3.水泵房水仓及井底车场布置图如下:泵泵副井地面4.矿井涌水的重量r=1080Kg/m3. PH=7是中性水.5.矿井年产量35万吨/年二: 水泵的选择计算1.正常涌水量时水泵必须的排水能力:Q B ＝24 Q H/20 ＝1.2 Q HQ H------矿井正常涌水量40 m3/小时Q B ＝1.2×50 ＝60m3/小时2.最大涌水量时水泵必须的排水能力:Q B′＝24Q max÷20＝1.2 Q max ＝192 m3/小时Q max------矿井最大涌水量160 m3/小时3. 水泵扬程的估算:Hg = K(Hp+Hx)K------管路损失系数. 斜井倾角α>30°K=1.2—1.25 这里K取1.2 Hp------排水高度为263+50等于313米Hx------吸水高度约为4—5米这里取5米代入计算:Hg =1.2(313+5)=381.6米4. 水泵的选取及总系数的确定:据Q B ＝60m3/小时Q B′＝192 m3/小时Hg = 381.6米和PH=7从水泵设备手册中选取6GD67-6型水泵, 其技术特性如下:Qn=100m3/h H=450m n=2980 r/mHs=6.3m η=0.64 N轴=192KWN=290KW D(叶轮直径)=235mm 重744Kg如前所定: 正常涌水时, 一台工作, 一台备用, 一台检修; 最大涌水时, 二台工作, 一台备用(包括检修).三: 管路的选择确定1.排水管趟数的确定:如前所定, 矿井正常涌水量时一趟管路排水, 矿井最大涌水量时二趟管路排水.排水系统管路布置图如下:泵2. 管材的选择:该矿井为超级瓦斯矿井, 不许在井下电焊, 因此选择热轧无缝钢管.3.管径计算:按经济流速计算:d p′= （Q n/900πU p′）开平方根Q n------所选水泵的额定流量. 为100m3/hU p′------排水管的经济流速. 一般U p′为1.5—2.2m/s. 这里取1.8 m/s 代入:d p′=140mmd x′= d p′+0.025m =0.165m = 165mm4.管壁厚度的计算:δg′＝0.5 d p′()+δfτn-------管材许用应力热轧无缝钢管为800㎏/C㎡P ------管内水流压力P = 0.11 HsyH sy------测地高度H sy = H p + H x = 318 mP = 0.11×318 = 34.98 ㎏/C㎡δf------附加厚度取0.15代入:δg′= 0.447cm = 4.47 mm据以上计算值d p′= 140mm d x′= 165mm δg′ = 4.47 mm选取标准管子:排水管:d p=158mm Dp = 168mm δg = 5mm 42.59㎏/m吸水管:d x = 165mm D x = 203mm δg = 6mm 52.08㎏/m5.排水管流速的计算:U p = Q n /(900π×d p×d p) = 100/(900×3.14×0.158×0.158) ≈ 1.5m/s6. 吸水管流速的计算:U x = Q x /(900π×d x×d x) = 100/(900×3.14×0.191×0.191) ≈ 1 m/s四.管路阻力损失的计算:1. 排水管的计算:H p = λp×（L p/d p）×U p×U p/2g + ∑ξp（U p×U p/2g）λp------沿程阻力损失系数. 据书表4-1取0.0327d p 为0.158mU p为1.5m/sL p------排水管总长度L p = l1+l2+l3+l4l1------水流经泵房排水管的长度取30米l2------管子道中的管子长度, 根据该矿管子道较长实际情况取40米l3------副井井筒斜长l3 = H/Sin35°= 313/ Sin35°= 546ml4 = 井口出水管长度. 一般为15—20米. 这里取20米故L p = l1+l2+l3+l4=30+40+546+20=636米∑ξp------排水管路附件局部阻力损失系数之和管路附件见<<排水系统管路布置简图>>选取:排水管路设有闸板阀二个ξ1 = 2×17逆止阀一个ξ2 =30三通阀三个ξ3 =2×0.1+1×0.13弯头五个(直角二个)ξ4 =2×0.294+3×0.74异径管一个ξ5 = 0.286∑ξp =ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5=2×17+30+2×0.1+1×0.13+2×0.294+3×0.74+0.286=67.63代入H p = λp×（L p/d p）×U p×U p/2g + ∑ξp（U p×U p/2g）=0.0327×（636/0.158）×1.5×1.5/2×9.8 + 67.63（1.5×1.5/2×9.8） 23.732.吸水管流动阻力损失系数计算:H x = λx×（L x/d x）×U x×U x/2g + ∑ξx（U x×U x/2g）L p------吸水管总长度取8米λx------吸水管沿程阻力损失系数.据书表4-1取0.03083d x -------吸水管内径为0.158mU x-----吸水管流速为1 m/s∑ξp------吸水管路附件局部阻力损失系数之和吸水管路中设置过滤器一个ξ1 =6.6弯头一个ξ2 =0.294异径管一个ξ3 = 0.09∑ξp =ξ1+ξ2+ξ3=6.6+0.294+0.09=0.53代入H x = λx×（L x/d x）×U x×U x/2g + ∑ξx（U x×U x/2g）=0.031×（8/0.191）×1×1/2×9.8 + 7.8（1×1/2×9.8）=0.533.输水管路总损失的计算:H w = (H p+H x+ U p×U p/2g) ×1.7H w-----输水管路总损失1.7-----考虑管路使用日久后在管子内壁积有沉淀物而使阻力增加的附加阻力损失故H w =(23.73+0.53+ 1.5×1.5/2×9.8) ×1.7=42米五. 水泵工作点的确定H =H sy + R Q×QR =(H - H sy )/ Q×Q= H w/ Q×Q=42/ 100×100=0.0042R-----管网常数Q------所选水泵的流量, 该水泵为100m3/h根据管路特性曲线方程式H =H sy + R Q×Q=318+0.0042×Q×Q取不同的Q值列表, 求对应点的H值把水泵特性曲线和管路特性曲线用同一比例尺画在同一的H-Q坐标上, 其交点M为水泵的工作点.60120 180240 300 360 420 480540 600 50100150200Qm3/h Hm HmQmηmMH = f（Q）η = f（Q）H = Hsy + RQ×RQ705060102030405060708090100工作扬程 H M = 420m 工作流量 Q M = 153 m3/h 工作效率 ηM = 0.73工作点所对应的流量Q M 不得少于水泵的额定流量:Q M = 153 m3/h > Q = 100 m3/h 故满足要求工作点所对应的扬程 H M 应小于0.9—0.95倍水泵额定扬程: 工作扬程 H M = 420m < 0.95H = 0.95×450 = 428米, 故满足要求 工作效率 ηM 不少于最高效率的0.85倍:ηM = 0.73 > η= 0.85×0.74 = 0.63, 故满足要求六. 吸水高度的验算: H X = H S – hx –Ux ×U x/2g H S-------所选水泵样本上规定的吸水高故H X = 6.3 – 0.53–1×1/2×9.8 = 5.72米 > 5.0米故可以采用吸水高度5.0米七. 排水时间及水管中流速的验算:1.T H =24Q H/Z H Q m ≦ 20小时Z H------正常涌水时工作水泵台数1台代入T H = 24Q H/Z H Q m = 24×50/1×153 = 7.8小时 < 20小时故满足要求2.最大涌水量时水泵每天工作小时数Tmax = 24Q max/Z max Q m ≦ 20小时Z max-------最大涌水量时水泵台数2台代入T H = 24Q max/Z max Q m = 24×160/2×153 = 12.5小时 < 20小时3.排水管中实际水流速度:U p′= Q m /(900π×d p×d p)规定U p′之值应在1.5—2.2m/sU p′= 153 /(900×3.14×0.158×0.158)=2.17 m/s故满足要求4.吸水管中实际水流速度:U x′= Q m /(900π×d x×d x)规定U x′之值应在0.8—1.5m/sU x′= 153 /(900×3.14×0.191×0.191)=1.484 m/s故满足要求八. 电动机容量的计算:N d = 1.1×r Q m H m/(3600×102×ηm×ηc)1.1------备用系数在1.1—1.15之内取1.1Q m H mηm----------分别为水泵工作点的流量扬程效率ηc-------传动效率取0.98故N d = 1.1×1080×153r×420/(3600×102×0.73×0.98)=290 KW根据计算所得功率及所选水泵的转速确定选用JK-133-2型电机, 参数如下:额定功率为290 KW转速为2960 r/s效率为0.94电压为6KV电流为34.5A功率因数为0.88λ为1.8JK-133-2型电机尺寸:长宽高为1700×1200×1125九.电耗量的计算:1.年电耗量的计算:W= 1.05×r Q m H m/(102×3600×102×ηm×ηc×ηd×ηw)×(Z H N H T H + Z max N max T max )式中:Ηw------电网效率一般取0.95—0.98 这里取0.95Ηd--------电机效率为0.94N H-------矿井每天正常涌水天数213天N max------矿井每年最大涌水天数152天代入:W= 1.05×1080×153×420/(102×3600×102×0.73×0.98×0.94×0.95)×(213 ×7.84. + 2×152 ×12.5)=1699361 KWh2.吨煤排水电耗:W dm = W/AA------矿井年产量35万吨/年W dm = W/A=1699361/350000=4.85度/吨十. 水泵房的布置:该矿主水泵房设置在井底车场附近, 为了减少水泵房的宽度, 水泵房内沿泵房长度布置水泵. 水泵房的布置如图所示.泵房的长度, 宽度和有效长度计算如下:1.泵房长度:L = n2×L i+A(n2+1)式中:n2------水泵总台数3台L i------水泵基础长度查产品手册可知: L5 =525mm L4 = 835mm查电机手册可知: 电机总长度L电机 = 1.7mL i = L5 + L4 + L电机 = 525 + 835 + 1700 = 3060mm = 3.06mA------水泵基础之间的距离一般为1.5—2米取2米故L = n2×L i+A(n2+1)=3×3.06+2(3+1)=17.2米2.泵房的宽度B = b j + b g + b c式中:b j ------水泵基础宽度取电机宽度b g------水泵基础边到轨道侧墙壁的距离, 一般取1.5—2米, 这里取2米b c------水泵基础另一边边到吸水井一侧墙壁的距离, 一般取0.8—1.0米, 这里取1米故B = b j + b g + b c= 1.2 + 2 + 1= 4.2米3.泵房的高度依据水泵叶轮直径D2的大小估算, D < 350mm 取3米. 该矿选用6GD67-6型水泵直径(叶轮)为235mm, 因此取泵房高度为3米. 泵房内设置有起重梁.为了使井下涌水突然增加或某种事故水泵短期不能输时, 涌水可以充满整个水仓, 并从水仓流到井底车场和运输大巷而不至于淹没高于井底车场的水泵房, 泵房地面较井底车场钢轨面高0.5米, 管子道水平设置, 排水管经管子道到副井井筒经排水管排水至地面.十一. 水仓为了减少水流速度, 便于矿井水中的泥沙得到沉淀, 有利于水泵的排水工作, 并在涌水量不均匀和排水设备发生故障后起调节作用设计水仓, 水仓是能够储水的巷道, 形状与普通运输巷道相同, 它比井底车场低3.米. 水仓的容量按设计规范规定必须能够容纳全矿井8小时的正常涌水量. 因此该矿水仓400m3全矿井的涌水量最后全部汇集于此水仓中, 经水泵排至地面.该水仓设有内外两水仓, 以方便轮换清理水仓. 水仓在使用期间, 必须定期清理. 每年雨季之前把两个水仓轮换全部清理干净, 并在水仓的进水口处设置笼子.<二>: 第二水平排水设备和输水管等设计选择计算:根据设计规范规定: 排水设备的选择, 应能使工作水泵总能力在20小时内排出矿井24小时的正常排水量; 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; 检修水泵台数按工作水泵或备用水泵二者中的最多台数的25%设置, 但不少于一台. 所有水泵具有同等能力. 当工作水泵一台时, 对于正常涌水量为50m3/小时或50m3/小时以下时, 而且最大涌水量不超过正常涌水量一倍的矿井可选用二台水泵, 其中一台工作, 一台备用(包括检修). 对于正常涌水量大于50m3/小时(包括充填水和其他用水), 而且最大涌水量与正常涌水量相差不多时, 应选用三台水泵, 其中一台工作, 一台备用, 一台检修.该矿第二水平正常涌水量为20m3/小时, 而且最大涌水量为40m3/小时. 每年正常涌水量时间大约7个月(213天), 最大涌水量大约5个月(152天), 根据以上情况, 决定在该水平设置主排水水泵80D30-8型二台, 正常涌水时期和最大涌水时皆为一台工作, 一台备用(包括检修).根据<<规范>>规定: 主排水管至少设两条, 其中一条出现故障时, 其余管路应能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量. 正常涌水量为50m3/小时及以下, 而且最大涌水量为100m3/小时及以下的斜井, 可敷设一条管路, 其能力应在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量. 根据该矿实际条件和具体情况, 结合以上规定, 决定在该矿第二水平至第一水平排水管路设置一趟, 第二水平的涌水经管路上山输送到第一水平排水沟内, 流向第一水平水仓.一: 资料1.第二水平标高-200M, 管路山输送到第一水平排水沟内.矿井第二水平正常涌水量20 m3/小时, 涌水时间213天; 矿井最大涌水量40 m3/小2.时,涌水天数152天.3.矿井涌水的重量r=1080Kg/m3. PH=7是中性水.4.矿井年产量35万吨/年二: 水泵的选择计算1.正常涌水量时水泵必须的排水能力:Q B ＝24 Q H/20 ＝1.2 Q HQ H------矿井正常涌水量20 m3/小时Q B ＝1.2×0 ＝24m3/小时2.最大涌水量时水泵必须的排水能力:Q B′＝24Q max÷20＝1.2 Q max ＝48 m3/小时Q max------矿井最大涌水量40 m3/小时3. 水泵扬程的估算:Hg = K(Hp+Hx)K------管路损失系数. 斜井倾角α>30°K=1.2—1.25 这里K取1.2Hp------排水高度为.-50 + 200等于150米Hx------吸水高度约为4—5米这里取5米代入计算:Hg =1.2(150+5)=186米4. 水泵的选取及总系数的确定:据Q B ＝24m3/小时Q B′＝48 m3/小时Hg = 186米和PH=7从水泵设备手册中选取80D30-8型水泵, 其技术特性如下:Qn=50m3/h H=212.8m n=2950 r/mHs=5m η=0.655 N轴=44.4KWN=55KW D(叶轮直径)=166mm .如前所定: 正常涌水时期和最大涌水时皆为一台工作, 一台备用(包括检修).三: 管路的选择确定1.排水管趟数的确定:如前所定, 设置一趟2. 管材的选择:该矿井为超级瓦斯矿井, 不许在井下电焊, 因此选择热轧无缝钢管.2.管径计算:按经济流速计算:d p′= （Q n/900πU p′）开平方根Q n------所选水泵的额定流量. 为50m3/hU p′------排水管的经济流速. 一般U p′为1.5—2.2m/s. 这里取1.8 m/s 代入:d p′=99mmd x′= d p′+0.025m =0.165m = 165mm6.管壁厚度的计算:δg′＝0.5 d p′()+δfτn-------管材许用应力热轧无缝钢管为800㎏/C㎡P ------管内水流压力P = 0.11 HsyH sy------测地高度H sy = H p + H x = 155 mP = 0.11×155 = 17 ㎏/C㎡δf------附加厚度取0.15代入:δg′= 0.256cm = 2.56 mm据以上计算值d p′= 99mm d x′= 165mm δg′ = 2.56 mm选取标准管子:排水管:d p=106mm Dp = 114mm δg = 4mm .吸水管:d x = 131mm D x = 140mm δg =4.5mm .7.排水管流速的计算:U p = Q n /(900π×d p×d p) = 100/(900×3.14×0.106×0.106) ≈ 1.575m/s6. 吸水管流速的计算:U x = Q x /(900π×d x×d x) = 100/(900×3.14×0.131×0.131) ≈ 1.02 m/s四. 管路阻力损失的计算:1. 排水管的计算:H p = λp×（L p/d p）×U p×U p/2g + ∑ξp（U p×U p/2g）λp------沿程阻力损失系数. 据书表4-1取0.0378d p 为0.106mU p为1.58m/sL p------排水管总长度L p = l1+l2+l3+l4l1------水流经泵房排水管的长度取25米l2------管子道中的管子长度, 根据该矿管子道较长实际情况取15米l3------管子道出口到管道上山长度140米l4------管子道上山斜长= H/Sin35°= 150/ Sin35°= 196ml5 ------管子道在第一水平出水长度. 这里取20米故L p = l1+l2+l3+l4=25+15+196+12=388米∑ξp------排水管路附件局部阻力损失系数之和-50m水平管道上山 50度 196米140米泵泵管路见上图选取情况如下:排水管路设有闸板阀二个ξ1 = 2×17逆止阀一个ξ2 =30三通阀2个ξ3 =1×0.1+1×0.13 =0.26弯头五个.ξ4 =5×0.364 =1.82异径管一个ξ5 = 0.364∑ξp =ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5=9.32代入H p = λp×（L p/d p）×U p×U p/2g + ∑ξp（U p×U p/2g）=0.0378×（388/0.106）×1.58×1.58/2×9.8 + 9.32（1.58×1.58/2×9.8） = 18.84.吸水管流动阻力损失系数计算:H x = λx×（L x/d x）×U x×U x/2g + ∑ξx（U x×U x/2g）L p------吸水管总长度取8米λx------吸水管沿程阻力损失系数.据书表4-1取0.0378d x -------吸水管内径为0.131mU x-----吸水管流速为1.02 m/s∑ξp------吸水管路附件局部阻力损失系数之和吸水管路中设置过滤器一个ξ1 =6.5弯头一个ξ2 =0.294异径管一个ξ3 = 0.8∑ξp =ξ1+ξ2+ξ3=6.5+0.294+0.8=7.6代入H x = λx×（L x/d x）×U x×U x/2g + ∑ξx（U x×U x/2g）=0.038×（8/0.131）×1.02×1.02/2×9.8 + 7.6（1.02×1.02/2×9.8）=0.535.输水管路总损失的计算:H w = (H p+H x+ U p×U p/2g) ×1.7H w-----输水管路总损失1.7-----考虑管路使用日久后在管子内壁积有沉淀物而使阻力增加的附加阻力损失故H w =(18.8+0.53+ 1.58×1.58/2×9.8) ×1.7=33米五. 水泵工作点的确定H =H sy + R Q×QR =(H - H sy )/ Q×Q= H w/ Q×Q=33/ 50×50=0.0132R-----管网常数Q------所选水泵的流量, 该水泵为50m3/h 根据管路特性曲线方程式H = H sy + R Q ×Q=155+0.0132×Q ×Q取不同的Q 值列表, 求对应点的H 值把水泵特性曲线和管路特性曲线用同一比例尺画在同一的H-Q 坐标上, 其交点M 为水泵的工作点.Qm3/hHHmQmηmMH = f（Q）η = f（Q）H = Hsy + RQ×RQ1020304032024016080183654633040506070η工作扬程 H M = 192m 工作流量 Q M = 55 m3/h 工作效率 ηM = 0.66工作点所对应的流量Q M 不得少于水泵的额定流量:Q M = 55 m3/h > Q = 50 m3/h 故满足要求工作点所对应的扬程H M应小于0.9—0.95倍水泵额定扬程:工作扬程H M = 192m < 0.95H = 0.95×212.8 = 202.16米, 故满足要求工作效率ηM不少于最高效率的0.85倍:ηM = 0.66 > η= 0.85×0.68 = 0.578, 故满足要求六.吸水高度的验算:H X = H S– hx –Ux×U x/2gH S-------所选水泵样本上规定的吸水高度6.3米故H X =5 – 0.53–1.02×1.02/2×9.8 = 4.42米故可以采用吸水高度5.0米七.排水时间及水管中流速的验算:5.T H =24Q H/Z H Q m ≦ 20小时Z H------正常涌水时工作水泵台数1台代入T H = 24Q H/Z H Q m = 24×20/1×55 = 8.73小时 < 20小时故满足要求6.最大涌水量时水泵每天工作小时数Tmax = 24Q max/Z max Q m ≦ 20小时Z max-------最大涌水量时水泵台数1台代入T H = 24Q max/Z max Q m = 24×40/1×55 = 17.5小时 < 20小时7.排水管中实际水流速度:U p′= Q m /(900π×d p×d p)规定U p′之值应在1.5—2.2m/sU p′= 55 /(900×3.14×0.106×0.106)=1.732 m/s故满足要求8.吸水管中实际水流速度:U x′= Q m /(900π×d x×d x)规定U x′之值应在0.8—1.5m/sU x′= 55 /(900×3.14×0.131×0.131)=1.12 m/s故满足要求八.电动机容量的计算:N d = 1.1×r Q m H m/(3600×102×ηm×ηc)1.1------备用系数在1.1—1.15之内取1.1Q m H mηm----------分别为水泵工作点的流量扬程效率ηc-------传动效率取0.97故N d = 1.1×1080×55×192/(3600×102×0.66×0.97)=53.4 KW根据计算所得功率及所选水泵的转速确定选用J2-81-2型电机, 参数如下:额定功率为55 KW转速为2950 r/s电压为380V电流为99.8A功率因数为0.92九.电耗量的计算:3.年电耗量的计算:W= 1.05×r Q m H m/(102×3600×102×ηm×ηc×ηd×ηw)×(Z H N H T H + Z max N max T max )式中:Ηw------电网效率一般取0.95—0.98 这里取0.95Ηd--------电机效率为0.94N H-------矿井每天正常涌水天数213天N max------矿井每年最大涌水天数152天代入:W = 1.05×1080×55×192/(102×3600×0.66×0.95×0.9×0.95)×(213 ×8.73 + 152×17.5)=262131 KWh4.吨煤排水电耗:W dm = W/AA------矿井年产量35万吨/年W dm = W/A=262131/350000=0.748度/吨致谢在完成设计的过程中得到了***老师及***老师的精心指导，两位老师严谨求实的治学态度，给我留下了深刻的印象，也深深地影响了我在做设计过程中的态度，他们及时的点拨和解答疑难，常常使我茅塞顿开，不仅仅帮助我顺利的完成了毕业设计，而且大大开拓了我视野，也必将使我在日后的学习和工作过程中受益匪浅，在这里向两位老师致以最真诚的谢意。
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2、管路在泵房内的布置
管路在泵房内的布置形式应根据水泵台数和所选管路 的趟数确定。如图所示，为常见矿井排水管路在泵房 内布置示意图。图（a）为三台水泵两趟管路的布置方 式，（b）为四台水泵三趟管路布置方式。另外，也有 五台泵三趟或四趟管路的布置方式等。但是，不论采 用哪种布置方式，都应使任意一台水泵能用任何一趟 管路排水。
当排水高度小于200m时，可选用管壁较薄的 一种，管壁承压强度不需要校验；当排水高度 大于200m时，可选用较厚的管壁，管壁承压 强度应进行校验。
≥
0.5d p
0.4 p 1 C 1.3 p
（三）计算管路特性方程
新管特性方程 旧管特性方程
正常涌水时，水泵每天工作的时间
24q T2 n1QM 2
≤20h
最大涌水时，水泵每天工作的时间
T2max 24qmax (n1 n2 )QM 2
≤20h
电动机容量的验算 电耗计算
402 9~75
426 9~75
450 9~75
（465） 9~75
530 9~75
（550） 9~75
560 9~（24）
外径 壁厚
600 9~（24）
630 9~（24）
壁厚规格
2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
H H c RQ 2
H H c 1.7 RQ 2
0.021 d
0.3
8 R g
2
l l 1 d d d
x x p x 5 5 p 5 x x p
p
1 d
4 p
（四）确定水泵工况点
把两条管路的特性方程所表示的曲线，按同一 比例作在所选水泵的特性曲线上，即可得到与 水泵扬程特性曲线的两个交点，即初期工况点 M 1 和末期工况点 M 2，查出的工况参数流量、扬程、 M2 轴功率、效率、必需汽蚀余量，以及 的工况 参数。
确定水泵的台数
（1）工作水泵台
Q n1 Qe
式中
n1
——工作水泵台数，台；
Qe ——所选水泵的额定流量，m3/h。
（2）备用水泵台数
n 0.7n
2
1
Qmax n1 n2 Qe
（3）检修水泵台数
n 0.25n
3
1
供选择五台泵
（二）管路的选择
《煤矿安全规程》规定：必须有工作和备用的水 管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内 排出矿井24h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20h内排出 矿井24h的最大涌水量。 1、管路趟数的确定 管路趟数应根据《煤矿安全规程》的有关规定、 所选水泵台数确定。管路至少应有两趟，一般也 不宜超过四趟。
例：有一开拓方式为竖井的矿井，其副井的井口 标高为+18.5m，开采水平标高为-500m。正常 涌水量为700m3/h，最大涌水量为1100m3/h，持 续时间70天。矿水为中性，重度为10006N/m 3 ， 水温为15 o C。该矿井属低沼气矿井，年产量 1.2Mt。试选择可行的排水方案。
排水系统的选择
（a） (b) 图 管路在泵房内布置示意图
3、管径计算及管材选择
（1）管径计算 管径对排水的影响是管路直径越大，损失越小，但用于 管路的投资费用越高；管路直径越小，损失越大，但 用于管路的投资费用低。一般来讲，选择的管路直径， 使工况运行在额定工况较好。但是，考虑管路运行后 的积垢使管径缩小等问题，管径最好选大些，设计在 工业利用区右侧较合理，但应注意电机过载和吸水高 度问题。管径一般按经济流速进行选择。
集中排水系统 分段排水系统 直接排水系统
水泵选型
Q 1.2 700 840m / h
3 B
Q 1.2 1100 1320m / h
3 max
水泵扬程的估算
500 18.5 4 H 580.5m 0.9
B
选型号D450-60X10，
额定流量Qe=450m3/h，额定扬程He=600m
排水管内径
dp
/
p /
4Qe
dp
p/
/
——排水管内径，m；
——排水管经济流速，一般取
p/
=1.5～2.2m/s
吸水管内径
d x / d p / 0.025
热轧结构用无缝钢管（GB9162—87）
外径 壁厚
32 2.5~8
38 2.5~8
42 2.5~10
45 2.5~10
50 2.5~10
54 3~11
57 3~13
60 3~14
63.5 3~14
外径 壁厚
68 3~16
70 3~16
73 3~19
83 3.5~19
89 3.5~（24）
95 3.5~（24）
102 3.5~（24）
108 4~28
114 4~28
外径 壁厚
121 4~28
127 4~30
133 4~32
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22
(24)
25
(26)
28
30
32
(34)
(35)
36
(38)
40
(42)
(45)
(48)
50
56
60
63
(65)
70
75
（2）管材选择
管材选择的主要依据是管路的承压大小。管路承压大小与 井深成正比。一般情况下，当井深小于200m时多采用焊 接钢管；井深超过200m时多采用无缝钢管。
计算最大吸水高度
为水仓的设计、水泵的安装以及为防止发生汽 蚀，应正确确定水泵的最大吸水高度。水泵的 最大吸水高度按下式进行计算，并按新管进行 计算。
H x max pa ( NPSH )r M1 hx pn h
（六）校验排水时间
排水时间按旧管进行校验，因旧管流量小，排 水时间较新管长。
140 4~32
146 4.5~36
152 4.5~36
159 4.5~36
168 4.5~36
180 5~（45）
外径 壁厚
194 5~（45）
203 6~50
219 6~50
245 6.5~50
273 6.5~50
299 7.5~75
325 7.5~75
351 8~75
377 9~75
外径 壁厚