矿井排水设备的经济流速.pdf

2 0 1 0年第 4期 煤炭工程 矿井排水设备 的经济流速 陈 华 ( 北京圆之翰煤炭工程设计有限公司，北京1 0 008 8 ) 摘要：排水管径决定管路效率 ，工况点位 置及水泵工况点效率 ，最终决定设计 方案的经 济性 ，在经济流速 中寻求最佳流速以保证设计方案的经济性不是 明智 的方法。最佳流速不一定 在经济流速限定范围内，经济流速对优化设计无实际意义。 关键词：经济流速；最佳流速 ；管路效率；工况点效率 ；排水电耗 ；最佳管径 中图分类号：T D 7 4 4 文献标识码 ：B 文章编号：1 6 7 1 0 9 5 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 _ ( ) 0 0 7 - ( ) 3 矿井排水设 备选 型设计 中 ，经济 流速是个 比较 含糊 的 概念，在通常选型设计方法中，它却是个重要参数。经济 流速决定了排水管径的选型结果，所规定的经济流速范围 似乎成了不可超越的经济指标。本文对经济流速在选型中 的价值 以及 当经济流 速在 1 52 2 m s 范 围内应如何 选取 最佳值进行了探讨 。 1 m s 为分界点 ，分界点以左即01 m s 段 随变 化幅度 大，管内流速 V稍减小，单位重量 W大幅提升；分界点以 右即大于 l m s 段 W随 变化幅度较小 。 结论 ：在 大于 1 m s的流速段 ，特别在 1 5 2 2 m s 段范围内，随管内流速 减小，单位重量 提升幅度不大， 投 资费用与其功效相 比较 为经 济。 1 经济流速与管路投资 2经济流速与设计方案的经济性 排水设备选 型设计 中，初选 水泵后 ，排 水管 路 中流量 Q的范围基本 确定 ，排水管路流量计算式 ： q = ( 1 ) 式中可见：排水管径 与管内流速 的不同组合保证了管 路流量 Q值 ，其函数关系为： 吃 = ( 2 ) 对一定的流量 Q，d 随 的增大而减小，管内流速 在 0 1 m s 段 ，随着 的减小 ，排 水管径 d 大幅度 增加 ；在 大于 1 m s 段 ，随管 内流速增加 ，d 逐渐减小 ，减小幅度 比 较平缓。南此可见 ，管内流速 在 01 m s 段是不经济的， 应尽量使管内流速 在大 于 l m s的范围 内，经 济流速 1 5 2 2 m s 正在此范 围内。 将式 ( 2 ) 代入排水管单位长度的重量计算公式 ： =2 4 6 6 0 ( d + ) ( 3 ) 式 中 排水管单位长度 的重量 ，k g m； 6 排水管壁厚 ，m； 可得到排水管单位重量 与管内流速 的函数关系式 ： ， _ ：8 2 2 + 2 4 6 6 0 ( 4 ) V 分析计算式( 4 ) 可知 ： 排水 管单位重量 随管 内流速 的变化规律也是 以 = 排水设备选型设计方案的经济性，体现在总体费用即 初期投资费用与运转费用之和最小，初期投资中管路投资 受设计方案影响最大，其余 的设备、管路附件购置费及安 装费受 设计方案 影响较 小 ；排水 设备 运转费用 中，操作 人 员工资、维修费等经营费用与设计方案经济性关系不大， 排水电耗是应着重考虑的因素。运转中设备不断磨损 ，管 路 污垢 不断沉 积 ，使 排水 电耗逐 年增 加 ，为计算 简便 ，按 每年电耗都相同计算十五年电耗 ，不再计算电耗增加部分。 评价排水设备选型设计方案经济性的总体费用可简化为管 路投资费用与 十五年排水 电耗之和 ，即 ： C =l p w C l+1 5 E C 2 ( 5 ) 式中c 设计方案的经济指标，元 ； z 排水管路总长度 ，m； E 排水 电耗 ，度 ； C 钢管单位重量的价格 ，元 k g ； 电费价 格 ，元 度 。 分 析计算式 ( 5 ) 可 知 ： 在确定的矿井条件下 ，1 为确定的值，C 、C 受市场 因素决定 ，决定设计方案 的经济指标 C的因素 只有 W和 。 排水电耗计算式 ： E： Q 丝一 1 0 0 0 36 00 叩d 叩 n +n z r ( k w WY) ( 6 ) 收稿 日期 ：2 0 0 91 0 2 0 作者简介 ：陈华 ( 1 9 6 5一) ，女 ，河北唐 山人 ，高级工程师 ，毕业于唐 山工程技术学 院( 现河北理 工大学 ) ，现北京 圆 之翰煤炭工程设计有限公司从 事煤矿设计 工作 。 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 0年第 4期 式 中Q 工况点流量 ，m h ； 工况点扬程 ，m； ， 7 水泵工况点效率 ； 传动效率； 可 d 电机效率 ； 叼 电网效率 ； n 一正常、最大涌水期水泵工作台数，台； 、 l眦正常、最大涌水期水泵每 日工作时问，h ； r z 、r 正常、最大涌水期水泵工作 日数，日。 正常涌水期水泵 每 日工作 时间： = ( 7 ) 式 中q 正常涌水量 ，m 。 h 。 最大涌水期水泵每日工作时间： = ( 8 ) ( ) 式中g 一最大涌水量 ，m 。 h 。 管路效率 仇 ： H ( 9 ) 式中 排水垂高，m。 将式( 7 ) 、( 8 ) 、( 9 ) 代入( 6 ) 整理得： E = 2 4 q z r , +q m = r 1 1 0 0 0 3 6 0 0 叼d ( 1 0) 将式( 4 ) 、( 1 0 ) 代人( 5 ) ，则设计方案的经济指标： c - 8 2 2 6 。 C1 + 1 5 C 22 4 +口 r 一 1 1 0 0 0 3 6 0o 7 叼d 7 J， 7 g 在确 定 的矿井 条件下，Q 、 c 。 、 c 2 、 占 、 、 1 、 r z 、 q r 虹 、 7 、 吼、 卵 均为基本确定的值 ，管内流速只影响管路投 资费用，对排水电耗无任何影响。排水电耗是影响经济性 指标 C的主要 因素 ，当水泵工况点效率 与管路效率 叩 乘 积 卵 最大时，排水电耗最小 ，排水设备总体费用最小， 设计方案最经济 。 影响管路效率 叼 水泵工况点效率 的因素。管路效 率 田 计算式( 9 ) 中，工况点扬程日也是工况点处管路阻力， 满足管路特性方程 ： H = +R Q ( 1 2 ) 式中R 管路阻力损失系数，其值为： 专 专 + +警 。 式 中l 吸 、排水管的长度 ，m； 、d D 吸 、排水管的内径 ，m； 1 2 m s ，按舍维列夫公式计算 ： A = ( 1 4 ) 排水设备管路系统布置方案确定后，z 、z 、 都是确定 的值 ，管路 阻力 系数 主要 取决 于管 路 直径 d ，d 越大 ，阻力 系数 越 小 ，管路特性方 程 中，对应于 不同流量 Q的各点，管路阻力 H都相应减小，管路效率 町 随管路阻力H减小而增大，即随排水管径 d 增大而增大。 水泵工况点效率 田，由管路特性 曲线与水泵特性曲线 交点决 定 ，水泵 特性 曲线 中 ，水 泵扬 程是随 流量增大 逐渐 减小的；对确定的管路 ，其管路特性 曲线中，管路阻力随 流量增大逐渐增大，管路直径越大，管路效率 叼 越高，管 路 阻力随流量增大 幅度越小 ，其 与水泵特 性 曲线 的交点 即 工况点随管路效率 叩 的增大向右下方偏移；在水泵效率最 高点右侧 ，虽然水 泵工 况点 效率 田随流量 增大 有所 下降 ， 但 叩 乘积随之增大 ，排水电耗随之降低。 排水管径 d 同时影响管路效率 叼 水泵工况点效率 ，是影 响排水 电耗的决定 因素。在排水设计方案 的经 济性 指标 c中，管路投资所占的比例是极小的，而且排水管径 增大使管路投 资有小 幅增加 ，会使排 水 电耗 大幅 降低 ，使 排水设备投资运转的总体费用大幅降低。排水管径 d 受水 泵正常工作条件及管 路布置 条件 限制 ，满足 限制条件 的最 大排水管径是最佳管径。 设计方案的经济性最终取决于排水管径 d 。 ，水泵选定 后 ，流量是一定 的，对 于确定 的排水 管路 ，管 内流速 是 确定的值，它与流量 Q、排水管径 d 之间满足计算式( 1 ) 的关系 ，管 内流速 随流量 Q和管径 d 的变化而 变化 ，是 与流量 Q、排水管径 d 。 相配合 的派生值 ，对影 响设计方案 经济性的各个环节都无控制作用，管内流速 是否在经济 流速范围内，不能用来衡量排水设备的经济性，其值大小 对设计方案的经济性而言是无关紧要的。投资与运转的总 体费用是评价排水设 备的经济性 的唯 一指标 ，因此在经济 流速中寻求最佳流速以保证设计方案的经济性不是明智的 方法 。 3经济流速与管路效率 在管路阻力系数R 计算式中，做下列简化，按一趟排 水管路考虑，管路附件按最简单配置，令 d = ，l + l = 1 1 5 H， = 4 0 9 4 ， =2 7 5 4 ，则 ： 【 + 7 8 4 8 ， 将式( 1 2 ) 、( 1 5 ) 代入( 9 ) 式中，得出管路效率与管内 ， 1 3 ) 流速的简化计算式： 一 一 、 吸、排水管附件局部阻力系数之和； A A 吸、排水管沿程阻力系数，对于流速 8 此计算式虽经各项简化得出，但也能反映出管路效率 、管 内流速 、工况点流量 Q、工况点扬 程 日之间的相互 关 系。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0年第 4期 煤炭工程 基于边坡时效性 的露天煤矿 端帮靠帮开采 王博文，才庆祥，周 伟，舒继森，周 游 ( 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州2 2 1 0 0 8 ) 摘要 ：文章从 内排露天矿的内排特点和露天矿 边坡断面形式入手 ，通过 比较 不同边坡 角、 不同断面形式的端帮边坡稳定性及 最下一个 台阶的掩埋 高度和时间来分析边坡 时效性对露天煤 矿端帮靠帮开采的影响。安家岭露天矿充分利用排 土场边坡的 内排 时效性及 凸形边坡的边坡设 计方法，获得端帮煤量 2 6 5 6万 t ，提高了经济效益。 关键词 ：露天矿；边坡时效性 ；靠帮开采；回收率 中图分类号 ：T D 8 2 4 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 0 9 5 9( 2 0 1 0) 0 4 - 0 0 0 9 - 0 3 En d s l o p e mi n i ng a n d pi t s l o p e mi n i n g o f s ur f a c e mi ne b a s e o n s l o pe t i m e e ffe c t WA N G B o w e n ， C A I Q i n g x i a n g ， Z HO U We i ， S U J i s e n ， Z H O U Y o u ( S t a t e K e y L a b o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y Min in g ，C h i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d T e c h n o l o g y ，X u z h o u 2 2 1 0 0 8，C h i n a ) Abs t r a c t：The i np i t d ump i n g f e a t ur e s o f t h e s ur f a c e mi n e a n d t h e c r o s s s e c t i o n f o r m o f t h e s u rfa c e mi n e，t h e c o mp a r i s o n b e t we e n t he d i f f e r e n t s l o p e a n g l e s，d i ffe r e n t C R O S S s e c t i o n t y p e e n d s l o pe s t a b i l i t i e s，a s we l l a s t h e n e x t be l o w b e nc h b u r i e d h e i g h t a n d t i me w a s a p p l i e d t o a n a l y z e t h e s l o p e t i me e f f e c t a f f e c t e d t o t h e e n d s l o p mi n i n g a n d t h e p i t s l o p e mi n i n g o f t h e s u rf a c e mi n e Wi t h t h e i np i t d u mp i n g t i me e ff e c t o f t h e d u mp i n g s l o p e i n t h e An j i a l i n g S u rf a c e Mi n e a n d t h e s l o p e d e s i g n me t h o d o f t h e c o n v e x s l o p e， t h e c o a l p r od u c t i o n o f 2 6 5，6 O O t fr o m t h e e n d s l o p e w a s o b t a i n e d a n d t h e e c o n o mi c b e n e fi r o f t h e s u rf a c e mi n e wa s i mp r o v e d Ke y wo r ds：s u r f a c e mi n e；s l o pe t i me e f f ec t ；pi t s l o p e mi n i ng；r e c o v e r y a r t e 对 于确定 的管路系统 ，管路效率 叩 是 确定的 ，工况点 的扬程 H、流量 Q是 确定 的 ，此时管 内流 速 也 是 唯一确 定的值 ，当排水管径 d 。 增大时，管路阻力系数 R 减小 ，管 路效率 提高，管路特性曲线下移，与水泵特性曲线交点 即工况点 向右下方偏 移 ，新 的工况 点流量 Q增 大 ，扬 程 日 减小，管内流速 随之降低 ，管内流速 的值是派生的，其 值可能超出经济流速 范 围 ，用 经济 流速范 围限 制管 内流速 V ，必定造成投资运转总体费用的增加。 4 经济流 速 与最佳 流速 管内流速 随管路效率 的增大而减小，管内流速 随管路效率 变化的最终结果是无法预知的，只能先确定 目标工况点，再用管路效率 与管内流速 的简化计算式 估算管内流速 ，计算排水管径 d D ，此时计算出的排水管径 接近最佳管径 ，再作其他相应计算，确定最佳排水管径 。最佳排水管 径对应 的管 内流速 为最 佳流 速 ，通 常流量 Q较大 的排 水设备 最佳流速 较 高 ，流量 Q较小 的排水设 备最佳流速 V较低，最佳流速不一定在经济流速限定范围 内，经济流速范 围对优化设计无实际指导意义 。 S结论 经济流速为管路投资提供了经济性参考，经济流速范 围1 5 2 2 m s 段，对管路投资有一定指导意义，但从排 水设备投资运转整体上看，管路投资的经济性却导致了排 水 电耗 的巨大浪费 ，因此对优化设计方案 确定无实 际意 义， 把经济流速作为选择排水管径重要参数的设计方法是不可 取的，易造成误导，不但增加了计算工作量还可能无法最 终确定最优设计方案。 ( 责任编辑章新敏) 收稿 日期 ：2 0 0 91 2 2 7 基金项目：十一五国家科技支撑计划项 目( 2 0 0 6 B A B 1 6 B 0 0 ) ；国家自然科学基金项目( 5 0 4 7 4 0 6 9 ) 作者简介：王博文( 1 9 8 6一) ，男，河北承德人，从事露天采矿、边坡稳定等方面的研究。 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m