-700矿井主排水系统设计

一、设计依据

二、排水设备的选择

1、工作水泵的排水能力

水泵必须具备的总排水能力,根据《煤矿安全规程》的要求,在正常涌水期,工作水泵具备的总排水能力为:

QB ≥

2424

q z =⨯220=264m 3/h 2020

在最大涌水期,工作和备用水泵具备的总排水能力为:

Q B max ≥

2424

q max =⨯260=312m 3/h 2020

3

式中:Q B —工作水泵具备的总排水能力,m /h ;

Q B max —工作与备用水泵具备的总排水能力,m 3/h ;

q z —矿井的正常涌水量,m 3/h ;

q max —矿井最大涌水量,m 3/h 。

2、水泵所需扬程的估算

由于水泵和管路均未确定,因此就无法确切知道所需的扬程,一般可由下面公式来进行估算:

H B =

H C

=

-500--700+4

=275. 7m

0. 74

ηg

式中:H B —水泵扬程,m ;

H C —测地高度,一般取H C =井底与地面标高差+4,m ;

ηg

—管路效率。当管路架设在斜井,且倾角a ≤20︒时, ηg =0. 77~0. 74;

3、初选水泵的型号,

考虑矿井原有排水系统设备及材料互换统一,用电合理躲峰的原则,依据计算的工作水泵排水能力Q B 和估算的所需扬程H B 及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量,从泵产品样本中选取MD450—60×6型矿用耐磨离心泵,其额定流量Q=450m3/h,额定扬程H e =360m ,转数

1480r /m i n ,电机功率 ,效率高达80%。则:

工作泵台数 n 1=

Q B 264

==0. 586,取n 1=1。 Q e 450

备用泵台数 n 2≥0. 7n 1=0. 7⨯1=0. 7,取n 2=1。 检修泵台数 n 3≥0. 25n 1=0. 25⨯1=0. 25,取n 3=1 水泵总台数 n =n 1+n 2+n 3=1+1+1=3台

四、 排水管路的确定 1、管路趟数

根据泵的总台数,在满足《煤矿安全规程》的前提下,在井筒内布置以不增加井筒直径的原则,选用三泵两管路的布置方式,其中一条管路工作,一条管路备用。

2、选择排水管

因为管径的大小涉及排水所需的电耗和装备管道的基本投资,若管径偏小,水头损失大,电耗高,但初期投资少;

若管径选择偏大,水头损失小,电耗低,所需的初期投资费用高。综合两方面考虑,可以找到最经济的管径,通常用试取管内流速的方法来求得。

d

'

p

=0. Q g

υp

=0. 4501. 5~2. 2

=0. 2692~0. 3256m

式中:d ' p —排水管内径,m ;

Q g

3

—通过管子的流量,m /h ;

υp

—排水管内的流速,经济流速取υp =1. 5~2. 2m /s

从标准YB231—70钢管规格表中预选Φ273⨯10钢管,则排水管内径

d p =273-2⨯9=255mm

3、验算壁厚

δ≥0. 5d p (

z +0. 4p

-1) +C

σz -1. 3p

80+0. 4⨯0. 011⨯275. 7

-1)+0.1 = 0.95cm

80-1. 3⨯0. 011⨯275. 7

δ=0.5×25.3(

因此所选壁厚合适。 式中:d p —标准管内径,cm ;

σz —许用应力,无缝钢管取σz =8MPa ;

p —管内水压,估算P =0. 011H

B

,MPa ;

C —附加厚度,无缝钢管取C =0. 1~0. 2cm

4、选择吸水管

d ' x =d ' p +0. 025

=(0. 269~0. 326) +0. 025=0. 294~0. 351m

由d ' x 和d ' p 从标准YB231—70钢管规格表中选取Φ299⨯9的无缝钢

mm

管,内径d p =299-2⨯9=281。

验算流速

υx =

Q 3600⨯

4

=

2

d x

4503600⨯

4

=2. 01m /s

⨯0. 2812

5、计算管路特性 ①估算管路长度

排水管长度可估算为l p =H C +(40~50) =820~830m ,取l p =820m , 吸水管长度可估算为l x =7m 。

③阻力系数R t 计算

计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为:

λx =

0. 0210. 021

==0. 03260. 3

d x (0. 281) 0. 3

λp =

0. 0210. 021

==0. 0316 0. 30. 3

d p (0. 253)

局部阻力系数,对于吸、排水管路附件其阻力系数分别列于表1、表2中。

表1 吸水管路附件其阻力系数

∑ε

x =4. 094

表2 排水管路附件其阻力系数

∑εp =10. 186

管路阻力损失系数R t ,其值为:

R t =

8(λx

l p ∑εx ∑εp +1l x

+λ+4+) p 554d x d p d x d p

π2g

=

873304. 09410. 186[0. 0326⨯+0. 0316⨯++]

π2⨯9. 807(0. 281) 5(0. 253) 5(0. 281) 4(0. 253) 4

=0. 0827⨯(203. 54+15855. 25+938. 47+3577. 42) =1700. 64s 2/m 5=2. 21⨯10-4h 2/m 5

式中:L x 、L p —吸、排水管的长度,m ;

d x 、d p —吸、排水管的内径,m ;

λx 、λp —吸、排水管的沿程阻力系数,对于流速υ≥1. 2m /s ,其值可

按舍维列夫公式计算如下:

λ=

0. 021

d 0. 3

∑εx 、∑εp —吸、排水管附件局部阻力系数之和,可查阻力损失系数

表得,

2

g =9. 807m /g g —重力和速度,。

④管路特性方程

H =H c +KR t Q 2=289+1700. 64Q 2(m )

⑤绘制管路特性曲线,确定工况点,

根据管路特性方程,取六个流量求得相应的损失(表3所示)。 表3

利用表3中各点数据绘出管路特性曲线(如图3所示),

图3 管路特性曲线与泵特性曲线

管路特性曲线与扬程特性曲线的交点M ,即为工况点,由图中可知,工况

3

Q =328m /h ,H M =420m ,ηM =0. 79,H sM =5. 4m ,N M =520kW ,M 点参数为

因ηM 大于0.7,允许吸上真空度H sM =5. 4m 符合《煤矿井下排水设计技术规定》要求。

五、 校验计算

1、由工况点验算排水时间

正常涌水期和最大涌水期每天必须的排水时间为

Tz =

24q z 24⨯530

==14. 13h η1Q M 2⨯450 24q max 24⨯590

==7. 86h

(n 1+n 2) Q M 4⨯450

T max =

式中:Q K —工况点流量m /s

q Z —正常涌水量m 3/n

q max —最大涌水量m 3/n

无论正常涌水期和最大涌水期,每昼夜的排水时间均不超过20小时,符合《煤矿井下排水设计技术规定》规定。

2、经济性校核

工况点效率应满足ηM ≥0. 85ηmax 。

ηM =0. 79≥0. 85ηmax

故经济性满足要求。 3、稳定性校核

单级平均额定扬程必须大于管路的测地高度。

H c =289

4 、计算允许吸水高度

4433

p =0. 235⨯10Pa p =9. 8⨯10Pa γ=9. 8⨯10N /m n a 取,,,则允许的吸水

高度为:

H x ≤H xm -10+

p a

γ

-

p n

γ

+0. 24-

l x ∑εx +128(λ+) Q m x 254

π∙g d x d x

9. 8⨯10480. 0326⨯74. 094+143282

=5. 4-10++0. 24-[+⨯() ]3254

36009. 8⨯10π⨯9. 807(0. 257) (0. 257)

=1. 83m

六、电动机功率计算

根据工况参数,可算出电机必须的容量为:

N ' d =K d

γQ M H M

1000⨯3600⨯ηM

9. 8⨯103⨯450⨯360

=1. 1⨯

1000⨯3600⨯0. 79=614kW

根据产品样本取N d =630kW 。 七、电耗计算 1、全年排水电耗

E =

γQ M 2H M 2

[n z T z r z +n max T max r max ]

1000⨯3600ηM 2ηc ηd ηω

9. 8⨯103⨯450⨯482

=[2⨯15. 5⨯295+4⨯18. 1⨯70]1000⨯3600⨯0. 8⨯1⨯0. 95⨯0. 95 =5. 824⨯106kW ⋅h /Y

式中:n z 、n max —年正常和最大涌水期泵工作台数;

r z 、r max —正常和最大涌水时期泵工作昼夜数; T z 、T max —正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数;

ηd 、ηω、ηc —电机效率,电网效率,传动效率。

2、吨水百米电耗校验

e t ⋅100=

H M 2

3. 673ηM 2ηc ηd ηωH c

=

328

3. 673⨯0. 8⨯1⨯0. 95⨯0. 95⨯289

=0. 428


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