矿井主排水设备选型-毕业设计说明书.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A. 编制设计 B. 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）摘 要本设计的井田面积为12平方千米，年产量90万吨。井田内煤层赋存比较稳定，煤层倾角812，平均煤厚4m，整体地质条件比较简单，沼气和二氧化碳含量相对较高，涌水量也不大。平顶山煤田是以李口向斜为主体的向斜含煤盆地，其北西、南东、北东及南部边缘分别受落差数百米至上千米的郏县断层、落岗断层、襄郏断层及鲁叶断层等构造的切割，形成相对独立的水文地质单元。平顶山矿区于李口向斜南翼，北部以红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、马棚山、平顶山等低山组成地表分水岭，标高300500m，坡度850，以北渡山、九里山、扣皂山等残丘组成西南部地表分水岭，标高130160m，坡度1530，震旦系石英岩与寒武系灰岩在西部零星出露，大气降水可直接补给地下水。南北分水岭之间为西窄东宽的槽形谷地，其间多被第四系坡积冲积本矿小时正常涌水量为120m3/h，最大涌水量为253m3/h，井型为年产90万吨的中型矿井，属于高瓦斯矿井。关键词：立井、倾斜长壁、一次采全高、综合机械化、高产高效Abstract These designed allotment area for 12 square kilometers，Yearly Output ninty trillion. Allotment intrinsically ocurrence of coal seam compare stabilize，coal seam pitch eighttwelty acid，average coal thick 4m，integrally nature condition compare simplicity， Both methane and carbon dioxide content relatively high, and neither do inflow of water no large either. On the basis of Preliminary Design，said shaft opt in adopt three vertical shaft fluctuate mountain exploitation，coal seam grouping band region fluctuate mountain co- disposal mode of opening，design adopt comprehensive mechanization full-seam mining stopper art，incline longwall method，treat goaf with whole straddle alight law from actual geologic information instance proceed allotment exploit and stand-by mode. The Preliminary Design of the both both combine versus mine haul, shaft exaltation, shaft drain and ventilation of mines isopuant systemic equipment lectotype count，as well as versus shaft technical safety measures and environmental protection claim，complete wholly shaft. Both shaft whole realize mechanization，adopt advanced techniques and use for reference afterwards realize high yield highly active modernization shaft experience，realize one mine not both high yield highly active shaft thereby run up to favorable economic benefit and social benefit. Keyword： Vertical shaft, incline length wall, full-seam mining, comprehensive mechanization, high yield highly active 38目 录摘 要1第一章 矿井概况11.1矿井简介11.2水文地质11.2.1第四系孔隙含水层11.2.2侏罗系含水带11.2.3矿床充水2第二章 矿井主排水设备选择计算32.1设计依据32.2排水系统的确定32.3水泵的选型与设计42.3.1工作水泵的排水能力42.3.2水泵所需扬程计算52.3.3水泵的型号及台数的确定62.4管路的选择62.4.1管路趟数及泵房内管路布置形式72.4.2管材的选择72.4.3排水管内径72.4.4壁厚验算92.4.5吸水管管径92.4.6验算流速92.4.7选择排水管92.5工况点点的确定及校验152.5.1管路系统152.5.2估算管路长度162.5.3阻力系数Rt的计算172.5.4管路特性方程182.5.5绘制管路特性曲线，确定工况点192.5.6校验计算202.5.7由工况点验算排水时间222.5.8经济性校核232.6电动机功率计算232.7电耗计算232.7.1全年排水电耗242.7.2吨水百米电耗校验24第三章 水泵房及水仓253.1泵房位置253.2泵房尺寸253.2.1泵房的长度：253.2.2泵房的宽度253.2.3泵房的高度263.3水仓的确定263.4.1水仓容量的确定26第四章 节能方案设计274.1无底阀排水274.2“绿色”流水通道274.2.1“绿色”流水通道的设计目的274.2.2“绿色”流水通道的设计284.2.3配水阀门的改造284.2.4挡水墙的施工284.2.5使用效果294.3水仓自动清挖294.3.1水仓清挖常用的几种方法294.3.2MSQ-4型水仓自动清挖设备组成304.3.3水仓清挖工艺流程图304.3.4工作原理304.3.5应用效果314.5水泵高压群控软启动314.5.1群控软件启动装置的启动程序314.5.2群控高压软启动的技术特点32结 束 语34致 谢35参 考 文 献36平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）第一章 矿井概况1.1矿井简介该矿井属于某煤田河流区域，最高海拔+170米左右，平原最低标高+110左右，井田内多为缓岗丘陵，堆积平原和玄武岩地相间，该河蜿蜒蛇曲，横贯井田南部为老年期河流，沿河两侧有大片沼泽湿地，河宽1015米，坡度2.6%河深12米，平均流量0.77米3/秒，最小流量0.23米3/秒，最大流量（暴雨后）0.85米3/秒。除此主干流外，还有季节冲沟，本区最高洪水位标高为+125米。矿井东南为背斜构造，地层倾角最大60度左右，中西部有不明显褶皱，倾角一般1018度，区内断层共11层，其中除F11逆断层外，F1F10均为正断层，断层落差最大120150米，最小为017米。1.2水文地质1.2.1第四系孔隙含水层该河在本区段上游以粗砂含水层为主，分选性和渗透性较好，含水丰富，其厚30米以上，最宽分布2100米，分选性和渗透性由上游逐渐减弱，该河下游以灰色砾砂为主，分选性与渗透性均好，含水丰富，含水层厚度平均为15米最厚25米，分布宽1100米，水力性质为潜水，埋在地表0.6米以下，水位1.2米左右，砾砂层含水层与煤系地层直接接触，二者的联系是密切的。1.2.2侏罗系含水带从水文地质条件和地貌来看，西部为补给区，东部为排泄区，当地下水流到大中沟时，在低洼处，形成上升泉排泄于地表，东区侏罗系含水带划分为：1）裂隙含水带，分布在120米以上，主要由中粗沙层组成，强化风隙含水带裂隙发育，含水丰富。2）孔隙含水带，含水带在120米以下，即位于强风化裂隙含水带以下，但二带无明显界限，孔隙含水带单位涌水量在0.040.064升/秒.米，地下水受到到控制，总的规律是由西向东流。3）自垩系隔水带岩性为灰绿色岩，全区分布厚度不一，在背斜轴部岩基附近厚305米，两冀其它部分，平均厚160米，最低处为18.6米，单位涌水量为0.0216升/秒.米，所以视为隔水层。1.2.3矿床充水1）地表水对矿床充水，该河由西向东横贯全区，它的注入是矿井充水的主要补给合源。2）地质构造对矿床充水的影响，主干断层F10伴生几条高度正断层，是沟通第四系含水层的煤系地层，含水层的良好通道，容易对矿井造成突然涌水和增大涌水量。3）大气降水，大气降水是地下水主要来源，砾砂含水层和玄武岩覆盖层裂隙发育是大气降水渗入补给的良好通道。4）煤系地层顶部80米以上岩石含水性强，区内百分之百的涌水部位多数岩性是中性粗砂岩，开采时要防止突然涌水。第二章 矿井主排水设备选择计算2.1设计依据1）矿井年产量：120万吨/年2）矿井正常涌水量：425m3/h3）矿井最大涌水量：825m3/h4）矿井物理化学性质：PH=75）主井地面标高：+138M6）付井地面标高：+135M7）付井倾角：238）付井筒直径：6M9）主井筒直径：5M10）开采水平：-150M11）沼气等级：低12）矿井供电电压：6000V13）矿井最大涌水量持续时间：70h2.2排水系统的确定矿井的排水系统分为：直接排水和分段排水1、直接排水系统的特点：具有泵房少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量小，需要的人员少。2、分段排水系统的特点：泵房数量多，排水设备多，技术管理复杂，基建投资和运行费用多，工作人员多。根据上述排水系统的特点，在采用直接排水时，由于只使用一套排水设备，所需用于排水的基本设备费和生产费较少，管理也比较简单。同时,依据矿井的开拓方式和涌水的大小等给定的条件，只需在井底车场副井附近设立中央泵房，将井底所有涌水直接排至地面，故本设计的排水系统采用直接排水系统。2.3水泵的选型与设计根据煤矿安全规程的要求，主要排水设备必须有工作水泵、备用水泵和检修水泵。工作水泵的能力应能在20h内排除矿井24h的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作水泵和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大泳水量。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，可根据具体情况在主水泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或另增设水泵。排水管路必须有工作和备用水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排完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。2.3.1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： 在最大涌水期，工作和备用水泵具备的总排水能力为：式中：工作水泵具备的总排水能力，；工作与备用水泵具备的总排水能力，；矿井的正常涌水量，；矿井最大涌水量，。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：式中：水泵扬程，；测地高度，一般取井底与地面标高差，；管路效率。当管路架设在斜井，且倾角时，；3、初选水泵的型号依据计算的工作水泵排水能力和估算的所需扬程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200MD436型矿用耐磨离心泵，其额定流量，额定扬程，转数，电机功率，效率高达。则：工作泵台数 ，取。备用泵台数 ，取。检修泵台数 ，取水泵总台数 台2.3.2水泵所需扬程计算由于水泵和管路均未确定，无法确切知道所需的扬程，所以需进行估算，即 式中 估算水泵所需扬程，； 侧地高度，即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差，一般可取=井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），； 管路效率。当管路在立井中铺设时，=0.90.89；当管路在斜井中铺设，且倾角时, =0.830.8；时，0.80.77；时，0.770.74。2.3.3水泵的型号及台数的确定1）、水泵的级数确定 取=8级式中 水泵的级数； 单级水泵的额定扬程，。2）、水泵型号的选择根据计算的工作水泵排水能力，初选水泵。从水泵产品目录中选取D450-60010型号泵，额定流量为450m3/h，额定扬程为600m。则：工作泵台数取n1=2备用水泵台数n20.7n1=0.72=1.4和n2Qmax/Qe-n1=900/450-2=0取n2=2检修泵数n30.25 n1=0.252=0.5，取n3=1因此，共选5台泵。2.4管路的选择2.4.1管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型五泵三趟管路系统，二条管路工作，一条管路备用。正常涌水时，二台泵向二趟管路供水；最大涌水时，只需要三台泵同时工作就能达到20h内排出24h的最大涌水量，故从减少能耗的角可采用三台泵向三趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Qe等于泵的流量。2.4.2管材的选择由于井深远大于200m ，确定采用无缝钢管。2.4.3排水管内径式中 排水管内径，； 排水管中的流量，； 排水管内的流速，通常取经济流速1.5到2.2（s）来计算。从表2.1预选32513无缝钢管，则排水内径=（325-213）mm =299mm 表2.1热轧无缝钢管（YB231-70）外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm外径/mm壁厚/mm893.524.01464.536.0273 7.050.0953.524.01524.536.02998.075.01023.528.01594.536.03258.075.01083.528.01685.045.03518.075.01144.028.01805.045.03779.075.01214.032.01945.045.04029.075.01274.032.02036.050.04269.075.01334.032.02196.050.04599.075.01404.536.02457.050.04809.075.0常用壁厚尺寸系列2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 752.4.4壁厚验算 式中 所选标准内径 管材许用应力。焊接钢管=60MPa，无缝钢管=80MPa； 管内水压，考虑流动损失，作为估算； C附加厚度。焊接钢管，无缝钢管。所选标准壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管壁厚不需要验算。因此所选壁厚合适。2.4.5吸水管管径据根选择的排水管径，吸水管选用351无缝钢管。2.4.6验算流速2.4.7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，选用典型五泵三趟管路的布置方式（如图2.1所示），其中二条管路工作，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；图2.1泵房管路布置图若管径选择偏大，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，。式中：排水管内径，；通过管子的流量，；排水管内的流速，经济流速取从标准YB23170钢管规格表中预选钢管，则排水管内径。3、验算壁厚因此所选壁厚合适。式中：标准管内径，；许用应力，无缝钢管取；管内水压，估算，；附加厚度，无缝钢管取4、选择吸水管由和从标准YB23170钢管规格表中选取的无缝钢管，内径。验算流速5、计算管路特性管路布置采用五泵三趟管路（如图2.1所示）的布置方式，。任何一台水泵都可以经过三趟管路中任一趟排水，（如图2.2所示）。估算管路长度排水管长度可估算为，取,吸水管长度可估算为。阻力系数计算计算沿程阻力系数。对于吸、排水管分别为：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2.2、表2.3中。图2.2管路布置图表2.2吸水管路附件其阻力系数吸水管附件名称数 量系 数 值底 阀13.790弯头10.294收缩管10.1表2.3 排水管路附件其阻力系数排水管附件名称数 量系 数 值闸 阀2止回阀1四 通190弯头4直流三通4扩大管130弯头2管路阻力损失系数，其值为： 式中：、吸、排水管的长度，；、吸、排水管的内径，；、吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速，其值可按舍维列夫公式计算如下：、吸、排水管附件局部阻力系数之和，可查阻力损失系数表得，g重力和速度，。管路特性方程绘制管路特性曲线，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2.4所示）。表2.4利用表2.4中各点数据绘出管路特性曲线（如图2.3所示），图2.3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，工况点参数为，因大于0.7，允许吸上真空度符合煤矿井下排水设计技术规定要求。2.5工况点点的确定及校验2.5.1管路系统管路布置参照图2.4所示的方案。这种管路布置方式任何一台水泵都可以经过三趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如图2.5所示。2.4五台泵三趟管路2.5管路布置图2.5.2估算管路长度排水管长度可估算为： Lp=Hc+（4050）m=+（4050）m=（564574）取Lp=570m ，吸水管长度可估算为Lx=7m 。2.5.3阻力系数Rt的计算沿程阻力系数吸水管 x = = = 排水管 p = = 局部阻力系数 吸、排水管及其阻力系数分别列于表2.5、表2.6中表2.5吸水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数底阀13.790。弯头10.294收缩管10.1表2.6排水管附件及局部阻力系数附件名称数量局部阻力系数闸阀2止回阀11.7四通11.5X2=390。弯头4扩大管10.5直流三通430。弯头2 式中R管路阻力系数，； 、吸、排水管的长度，m； 、吸、排水管的内径，m； 、吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v1.2m/s，其值可按舍维列夫公式计算，即 、吸、排水管附件局部阻力系数之和，根据排水管路系统中局部件的组成，见表1-3、1-4。2.5.4管路特性方程新管 旧管 式中 K考虑水管内径由于污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数，对于新管K=1，对挂污管径缩小10%，取K=1.7，一般要同时考虑K=1和K=1.7两种情况，俗称新管和旧管。2.5.5绘制管路特性曲线，确定工况点根据求得新、旧管特性方程，取八个流量值求得相应的损失，列入表2.7中。表2.7管路特性参数表Q/（m3h-1）200250300350400450500550H1/m524.8526.1527.6529.5531.6534.1536.8539.8H2/m526.4528.6531.3534.4538.1542.2546.8551.2利用表2.7中各点数据绘制出管路特性曲线如图2.6所示，新、旧管路特性曲线与扬程特性曲线的交点分别为M1和M2，即为新、旧管路水泵的工况点。由图中可知：新管的工况点参数为QM1=522m3/h,HM1=538m,M1=0.79,HsM1=5.4m,NM1=980KW；旧管的工况点参数为QM2=500 m3/h，HM2=547m,M2=0.8,HsM2=5.85m,NM2=960KW，因M1、M2均大于0.7，允许吸上真空度HsM1=5.5m，符合规范要求。图2.6管路特性曲线与泵特性2.5.6校验计算1）由旧管工况点验算排水时间管路挂污后，水泵的流量减小，因此应按管路挂污后工况点流量校核。正常涌水时，工作水泵台同时工作时每天的排水小时数最大涌水期，工作水泵、台同时工作时每天的排水小时数即实际工作时，只需3台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大涌水量。2）经济性校核工况点效率应满足=0.790.850.850.8=0.68，=0.80.68。3）稳定性校核H=5240.9iH0=0.9700=630m4）吸水管中流速排水管中流速吸、排水管中的流速在经济流速之内，故满足要求。注：吸、排水管的经济流速通常取1.52.2m/s7、计算允许吸水高度则允许的吸水高度为： 8、电机功率计算= 式中电动机容量富余系数，一般当水泵轴功率大于100KW时，取=1.1；当水泵轴功率为10100KW时，取=1.11.2。水泵配套电机功率为，大于计算值，满足要求。9、电耗计算1）、全年排水电耗式中 年排水电耗， ； 水的重度，； 、年正常和最大涌水期泵工作台数； 、 正常和最大涌水期泵工作昼夜数； 、正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数； 传动效率，对直联接取1，联轴器联接取0.950.98； 电动机效率，对于大电动机取0.90.94，小电动机取0.820.9； 电网效率，取0.95；2)吨水百米电耗校验 。2.5.7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式中：工况点流量正常涌水量最大涌水量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。2.5.8经济性校核工况点效率应满足。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。4 、计算允许吸水高度取，则允许的吸水高度为： 2.6电动机功率计算根据工况参数，可算出电机必须的容量为：根据产品样本取。2.7电耗计算2.7.1全年排水电耗式中：、年正常和最大涌水期泵工作台数；、正常和最大涌水时期泵工作昼夜数；、正常和最大涌水时期泵每昼夜工作小时数；、电机效率，电网效率，传动效率。2.7.2吨水百米电耗校验第三章 水泵房及水仓3.1泵房位置泵房设在-150井底车场，与井下中央变电所相联，并用防火门隔离。泵房设有两个出口，一个与井底车场连通的水平通道，这个通道设一个即能防火又能防水的密封门，另一个通道用斜巷通到付井井筒，其出口高度高出井底车场8米，泵房的地面高度应高出井底车场0.5米，并向吸水井侧有1%的下坡。3.2泵房尺寸根据煤矿安全规程规定，水泵房至少有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。泵房轮廓尺寸应根据安装设备的最大外形、通道宽度和安装检修条件等确定。3.2.1泵房的长度：式中：水泵的台数；水泵机组（泵和电机）总长度；A水泵机组的净空距离，一般取1.52.0m。3.2.2泵房的宽度式中：水泵基础宽度；水泵基础边到有轨道一侧墙壁的距离，一般取1.52.0m；水泵基础边到吸水井一侧墙壁距离，一般取0.81.0m。故泵房宽度取4m。3.2.3泵房的高度水泵房的高度应满足检修时的起重要求（一般取3.04.5m）和水泵工作轮直径的尺寸要求来确定。当工作轮直径时，泵房的高度为4.5米，因为200MD436工作轮直径为450mm，故取4.5m。当工作轮直径时，取泵房的高度为3米。3.3水仓的确定根据煤矿安全规程规定，在井底车场建二个水仓，即建一个主仓，建一个副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。水仓的断面采用了拱形断面。3.4.1水仓容量的确定按能容8小时正常涌水量的要求设计，为了使矿水中的大部分颗粒沉淀于仓底，水仓中的水位以小于0.005米/秒的速度在仓中流动，而且在水仓中的流动时间