矿井排水设备选型设计参考资料

矿井排水设备选型设计一、设计任务选型设计的任务是根据矿山的具体条件，在现有产品中对水泵机组及管路进行合理的选择，以保证安全、经济、可靠地运转。

具体内容包括：（1）矿井排水系统； （2）选择排水设备； （3）提出经济核算结果； （4）绘制泵房及管路布置图。

二、原始资料（1）矿井的开拓方式、同时开采的水平数，井口及各水平标高和矿井服务年限； （2）各开采水平的正常涌水量和最大涌水量，以及每年发生的天数； （3）矿井水的密度、重度和化学性质； （4）矿井瓦斯等级及矿井年产量；（5）准备敷设管路的井筒布置及泵房附近车场的布置图； （6）矿井供电电压及井下运输轨距。

三、选择水泵的型式和台数1. 确定工作水泵、备用水泵的排水能力——排水量；2. 确定水泵必须的扬程；3. 预选水泵：最好一台就能达到工作水泵必须的排水能力，水泵级数n ；4. 确定水泵台数：n=n 1+n 2+n 3。

四、计算管径、选择管材1. 排水管径：经济流速1.5~2.2m/s ； 2. 吸水管径：经济流速0.8~1.5m/s ；3. 排水管壁厚（查表）。

五、计算管路特性管路特性方程式：2c T H H KR Q =+六、确定工况点七、验算、吸水高度计算1. 稳定性验算；2. 经济性验算；3. 排水时间验算；4. 吸水高度计算八、耗电量、排水费用计算 九、选择最佳设计方案矿井排水设备基础知识一、水泵的性能与特性曲线1、水泵型号的含义D型单吸多级分段式离心泵。

以D500-57×3为例，D型泵标准型号意义如下2、水泵的一般性能特性曲线是用来表示水泵工作性能的主要方式。

特性曲线表示水泵在额定转速下流量、总扬程、泵效率和所需功率之间的关系。

D216-25型水泵特性曲线由特性曲线图可知，如果泵在大流量工况点下运转，泵产生的总扬程会减小；繁殖，在校流量区运转，泵产生的总扬程会增大；流量为0时，虽然扬程达到最大值，但泵的效率却变成了零。

这时所需功率不能作为泵的有效功率来利用，而是以热的形式浪费了，且对水泵有损坏。

只要不产生过载、振动、汽蚀和过热现象，泵就可以在很宽的范围条件下使用。

一般情况下，泵的运转工况点在设计最高效率点附近最合理，若使运转工况点在设计最高效率点的右侧则更佳。

200D1-43型水泵特性曲线D280-65型水泵特性曲线二、排水方案确定1、单水平开采排水方案（1）直接排水系统单水平竖井开采单水平斜井开采直接排水系统简单，开拓量小，咕噜管路敷设较为容易，基建费用低，便于管理，是我国煤矿井下排水常用的系统。

（2）分段排水系统单水平开采时，若精通较深，排水所需压头超过了水泵困难产生的扬程时，可以采用分段排水系统。

有两种方案：其一是在井筒中部开拓泵房和水仓；其二是只开中间泵房、不开水仓，上下部排水装置串联工作，接续排水。

分段排水系统2、多水平开采排水方案（1）直接排水系统（2）分段排水系统无论单水平还是多水平开采，选用哪一种排水系统，都要经过技术和经济的综合比较后才能确定。

三、排水设备选型计算与台数的确定1、排水设备能力与台数的相关规定《煤矿安全规程》（2010版）第四节井下排水第二百七十八条主要排水设备应符合下列要求：（一）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20h内排出矿井24h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%。

工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h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%。

水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。

（二）水管：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。

（三）配电设备：应同工作、备用以及检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用水泵。

有突水淹井危险的矿井，可另行增建抗灾强排能力泵房。

第二百七十九条主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。

泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。

第二百八十条主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。

新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。

正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：Ｖ＝2（Q+3000）式中：V --主要水仓的有效容量，m 3；Q --矿井每小时正常涌水量，m 3。

但主要水仓的总有效容量不得小于4h 的矿井正常涌水量。

采区水仓的有效容量应能容纳4h 的采区正常涌水量。

矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。

水仓进口处应设置箅子。

对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。

水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。

第二百八十一条 水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。

在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。

水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清理1次。

第二百八十二条 对基岩段富水性较强的深井，应在井筒中部设置相应排水能力的转水站。

第二百八十三条 井筒开凿到底后，井底附近必须设置具有一定能力的临时排水设施，保证临时变电所、临时水仓形成之前的施工安全。

第二百八十四条 在建矿井在永久排水系统形成之前，各施工区必须设置临时排水系统，并保证有足够的排水能力。

2、排水设备的选型与计算（1）按正常涌水量确定排水设备所需排水能力12420z Q Q =1( 5.5)h H K H =+式中：z Q ——矿井正常涌水量，m 3/h ；K ——扬程损失系数，对于竖井K =1.1，对于斜井K =1.20~1.35，倾角大时取小值；h H ——精通深度，m 。

根据1Q 和1H 出巡水泵型号，所选水泵的流量和扬程应尽量接近并高于1Q 和1H 。

讯顶水泵，即确定了流量Q （m 3/h ）和扬程H （m ）。

（2）正常涌水期所需水泵的工作台数1z Q Z Q=式中：Q ——单台水泵的流量，m 3/h 。

（3）正常涌水期一昼夜内水泵工作时间zz z Q T Z Q=（4）排水管直径根据以下公式计算所需的排水管直径：gd '=式中：dv '——排水管中水流速度，m/s ；通常取最有利的排水管流速d v '=1.5~2.2m/s 。

根据gd '选与g d '接近的标准管径g d 。

（5）排水管中实际水流速度243600d gQv d π=常用管径、流速和流量关系见表2-1。

凡是超过表2-1中的最大值，都将使管路扬程损失显著增加。

表2-1 常用管径g d 、流速d v 与流量Q 的关系表2-2 管路直径、最大流量及流速限制（6）吸水管直径吸水管直径一般比排水管直径大一级，可用下式选取标准管径s d ：25(mm)s g d d =+（7）吸水管内实际流速243600s sQv d π=吸水管中的实际流速一般取0.8~1.5m/s 。

（8）管路扬程损失管路扬程损失包括排水管路扬程损失和吸水管路扬程损失两大部分，即222j dgf sf t g L v H H R Q d gλ+== 式中：gf H ——排水管路扬程损失，Pa ；sf H ——吸水管路扬程损失，Pa ；t R ——管路阻力损失系数，s 2/m 5；j L ——管路计算长度，等于实际长度加上底阀、异型管、逆止阀、闸阀及其他部分补充损失的等值长度（及把管路的局部损失等效成一定长度直管上的沿程损失），m （不同管件折合成直管的等值长度g L 见表2-3）；λ——水与关闭的摩擦阻力系数，可查表2-4或按下式计算：111.742lg 2g d K λ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭对于焊接管（λ大）取1K =1.1~1.3mm ，对于无缝钢管取1K =1.01~1.07mm 。

表2-3 管件等值长度g L表2-4 水和管壁的摩擦阻力系数λ管路扬程总损失如下：①排水管中扬程损失（包括沿程损失和局部损失）：21233445()2dgfv H z z gϕϕϕϕϕ=++++式中：1ϕ——速度压力系数，取11ϕ=；2ϕ——直管阻力系数，2dgL d ϕλ=； 3ϕ——弯管阻力系数，见表2-5；3z ——弯管数量，个；4ϕ——闸阀阻力系数，见表2-5；4z ——闸阀数量，个；5ϕ——逆止阀阻力系数，见表2-5；排水直管总长d L ： 12312d h L H L L L h h =+++++ 式中：h H ——井筒深度或斜井长度，m ；1L ——水泵房长度，m ； 2L ——地面上的排水管长，m ； 3L ——巷道长度，m ；1h ——从井底车场至支撑弯管间的高度，m ； 2h ——管子超出井口水平高度，m 。

②吸水管中的吸程损失（包括沿程损失和局部损失）：22334()2s sf v H z gϕϕϕ''''=++式中：2ϕ'——吸水管直管阻力系数，2xsL d ϕλ'=； x L ——吸水管直管长度，m ；3ϕ'——吸水管弯管阻力系数，见表2-5； 3z '——吸水管弯管数量，个； 4ϕ'——逆止阀和滤网阻力系数，见表2-5。

表2-5 局部阻力系数表为了计算方便，也可按表2-3和表2-6估算每100m直管的扬程损失值。

表2-6 100m长度的直管摩擦损失估算表表2-7 按海拔而定的大气压力表2-8 按水温而定的饱和水蒸气压力。