北矿四采区运煤斜井排水选型设计.docx

目 录
1 采区情况 2
2 水泵的选型 2
2.1 水泵房水泵选型 2
2.1.1按正常涌水量确定排水设备所必须的总排水能力 2
2.1.2按排水高度估算排水设备所需要的扬程 3
2.1.3预选水泵类型、型号及级数 3
2.1.4泵房内水泵台数的确定 3
3 主排水管道选型 4
3.1主排水设备排水管路趟数的确定 4
3.2排水管选择 5
3.2.1排水管材料的选择 5
3.2.2排水管内径计算 5
3.2.3管壁的厚度计算 6
3.2.4排水管材料外径的确定 6
3.2.5排水管中实际水流速度 7
4 吸水管选择 7
4.1 吸水管计算内径的确定 7
4.2 吸水管中的实际水流速度 8
5水泵的工况及电动机选择 8
5.2.1管路中扬程损失的计算 8
5.2.2、水泵工况的确定 10
6 选型结果 10
鲁班山北矿四采区运煤斜井排水设备选型设计
1 采区情况
四采区人行下山位于鲁班山井田内巡司背斜以东，其地层产状平缓，倾角多在6°，以缓倾斜为主，为一单斜构造，属中等构造类型。根据1：5000地形地质图综合分析，该斜井工程主要在二迭系上统峨眉山组（P2β）中施工，预计无煤线存在和瓦斯涌出。地质构造简单。开口标高+456.6m（轨面）；终点标高+217.9m（轨面）。
水文地质：水文地质条件简单。峨眉山玄武岩组（P2β）为裂隙弱含水层，含水性除构造裂隙带及风化裂隙带较强外，一般含水性较弱，是良好的隔水层。茅口组（P1m）为岩溶强含水层；地表岩溶发育，泉水丰富，并有代表深层地下水的盐泉、温泉出露。遇断层、裂隙发育地段、顶板破碎时普遍会有滴淋水现象存在。在茅口组石灰岩中掘进时注意溶洞积水的威胁。主要水源为大气降雨地表渗透水和溶洞积水。预计雨季期间最大涌水量为90m3/h，正常涌水量60m3/h。
2 水泵的选型
根据四采区运煤斜井初步设计经济性比较，采用二级排水方式进行排水。根据四采区水文地质情况，正常涌水量60m3/h，最大涌水量90m3/h；水泵房第一级：正常排水量80m3/h，最大排水量160m3/h。第二级：正常排水量90m3/h，最大排水量100m3/h。
2.1 水泵房水泵选型
2.1.1按正常涌水量确定排水设备所必须的总排水能力
按《煤矿安全规程》第278条规定
第一级：Q′＝ ==72 (m3/h)
第二级：Q′＝ ==86.4(m3/h)
式中Q′—正常涌水期排水设备所必须的总排水能力 (m3/h)
QZh—正常涌水量 (m3/h)
2.1.2按排水高度估算排水设备所需要的扬程
第一级：H′＝k（HX+HP）=1.2×(50+5)=66(m)
第二级：H′＝k（HX+HP）=1.2×(238.7+5)=292.44(m)
式中H′—排水设备所需要的扬程 m
K —管路扬程损失系数，斜井中，倾角α>6°时，K＝1.2－1.25 本式中取1.2
HX—吸水高度，一般Hx＝4-5m 本式中取5 m
HP—排水高度，取水泵房到排水口垂高m 本式中第一级为50m，第二级为238.7m。
2.1.3预选水泵类型、型号及级数
水泵选目前国产矿井主排水泵类型第一级：100D45*4。第二级100D45*8作为水泵房排水泵。其额定流量第一级为100m3/h，第二级为80m3/h，其单级杨程为45m。
根据排水设备所必须的总排水能力的计算值，在已确定的水泵类型的规格性能表中选取。
i=
第一级：i==1.46 取2级
第二级：i==6.49 取7级
式中Hj——所选水泵的单级平均扬程，m
2.1.4泵房内水泵台数的确定
按《煤矿安全规程》第278条规定，要求矿井主排水必须要有工作 、备用和检修的水泵。
1）工作水泵台数
=
第一级： =＝ 0.75 选取1台
第二级： =＝ 0.72 选取1台
式中 —正常涌水量 (m3/h)
— 水泵的额定流量 (m3/h) 查表取第一级为80(m3/h)，第二级为100(m3/h)
2）备用水泵台数和检修水泵台数
按《煤矿安全规程》第278条规定，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%。
nb≥0.7ng=0.67
nb′=-ng=-0.96=1.04
取最大值，备用水泵选用1台。
检修水泵nj≥0.25ng=0.25×0.96=0.24
所以检修水泵选取1台。
综上所述，水泵房内水泵台数确定为3台（两用一备一检修），型号为100D45*8、100D45*4参数为
Qe=100m3/h H=360m 电机功率P=160kw n=1480r/min
Qe=80m3/h H=180m 电机功率P=75kw n=1480r/min
3 主排水管道选型
3.1主排水设备排水管路趟数的确定
按《煤矿安全规程》第278条和《煤矿井下排水设计技术规定》第2－138条规定，矿井主排水管路必须要有工作和备用水管，其中一条出现故障时，其余管路就能在20h内排出矿井24h的最大涌水量，所以确定主排水管路趟数为2趟。
3.2排水管选择
3.2.1排水管材料的选择
根据《煤矿井下排水设计技术规定》第205条规定，当水压超过1.6MPa时，一般选用热轧无缝钢管或焊接钢管。所以我矿主排水管路确定选材为20号热轧无缝钢管。
3.2.2排水管内径计算
＝ (m)
式中 —排水管的最佳计算内径 m
— 向排水管内同时输水的水泵台数
—一台水泵的额定流量 m3/h
—排水管中的经济流速，根据《煤矿井下排水设计技术规定》,一般取1.5—2.2 m/s 取1.5m/s
1)主排水管内径
＝=0.059(m)
根据计算，增大等级考虑，预选主排水管标准外径为159 mm，壁厚为10mm.
3.2.3管壁的厚度计算
根据《煤矿工业设计规范》第2－141条的规定，管壁厚度就分2－3段选择:
δ＝0.5（-1）+
式中 —管子内径mm ，由预选外径和壁厚而得
— 材料许用应力，无缝钢管取80MPa
p—管内液体压力,估算值p=0.011Hp MPa，Hp为排水扬程
—附加厚度,无缝钢管取1-2mm 本式中取2mm
1)主排水管壁厚
δ＝0.5×378（-1）+2
＝0.5×378×（1.035-1）+2=8.62 (mm)
3.2.4排水管材料外径的确定
由计算内径和壁厚δ查表，最终确定主排水管标准外径为159 mm，壁厚为10 mm。
3.2.5排水管中实际水流速度
＝
式中 —排水管中的实际水流速度 m/s
— 向排水管内同时输水的水泵台数
—一台水泵的额定流量 m3/h
—排水管的内径 m
1)主排水管实际水流速度
＝＝＝0.39m/s
4 吸水管选择
4.1 吸水管计算内径的确定
＝ (m)
式中 —吸水管的最佳计算内径 m
— 向排水管内同时输水的水泵台数
—一台水泵的额定流量 m3/h
—吸水管中的经济流速，根据《煤矿井下排水设计技术规定》第2.0.6条所述原则确定,一般取0.8—1.5 m/s 取1.2
水泵房吸水管内径：
＝＝0.76 (m)
由计算与查表选出水泵房吸水管外径为159 mm，壁厚为8 mm。
4.2 吸水管中的实际水流速度
＝ m/s
式中 —吸水管中的实际水流速度 m/s
—一台水泵的额定流量 m3/h
—吸水管的内径 m
水泵房吸水管实际水流速度：
＝＝＝1.04 m/s
5水泵的工况及电动机选择
5.1、管路中扬程损失的计算
1）、排水管流动阻力损失
=(γ+) m
=(0.025×+7.3)×＝16.8m
式中γ—排水管沿程阻力系数，查表取0.025
—排水管的总长m。＝+++=1005m
—泵房内排水管的总长度，一般取20－30m，式中取25 m
—管子道中管子的总长度，一般取15－20m，式中取15 m
—井口出水长度，一般取15－20m，式中取15 m
—排水高度m
α—井筒倾角，度
—排水管局部阻力系数的和，查表后和值为7.3
排水管、名称
数 量
系 数
渐扩管
1
0.5
逆止阀
1
1.7
闸阀
2
2×0.26＝0.52
90°弯头
4
4×0.206＝0.824
18°弯头
1
0.206×18/90＝0.0412
4°弯头
1
0.206×4/90＝0.0092
转弯三通
2
2×1.5＝3
直流三通
1
0.7
共 Σbp＝ 7.3
2）、吸水管流动阻力损失
=(λ+) m
=(0.027×+4.006)×＝0.26 m
式中λ—排水管沿程阻力系数，查表取0.027
—吸水管的总长度，一般取8－10m，式中取8 m
—吸水管局部阻力系数的和，查表后取值为3.7
吸水管、名称

数 量
系 数
底阀、带滤网
1
3.7
90°弯头
1
0.206
渐缩管
1
0.1
共 Σbx＝4.006
3）、排水管路决扬程损失：
因为是新铺设管路，不考虑管路淤积使内径缩小引起的附加阻力损失系数
=+ m
=16.8+0.26+0.025＝17.085 m
5.2、水泵工况的确定
根据《煤矿井下排水设计技术规定》第2.0.1条和第2.0.2条规定， 水泵的理论工作点应作三个点（不考虑淤积的一个点和考虑有淤积的两个点）均应在水泵的工业利用区内。
1）、绘制水泵特性曲线
2）、求出管路常数
淤积管
＝＝＝0.00037
无淤积管
＝＝＝0.00022
3）、绘制管路特性曲线，确定工况点
因为是新管路，所以管路曲线方程H=Hc+RWQ2
式中HC——测地高度，HC=HX+HP=316.6m

6 选型结果
综上所述，
1）水泵房内水泵台数确定为4台（两用一备一检修），型号为100D45*8，参数为Qe=100m3/h H=360m 电机功率P=160kw n=1480r/min
2）主排水管采用两趟Φ159×10无缝钢管从水泵房铺设至+450m；