第一部分矿井排水设备选型设计述1概:略2设计的原始资料开拓方式为立井，其井口标高为+1215m，开采水平标高为+1173m，正常涌水量为80m3/h；最大涌水量为650m3/h；持续时间60d。

矿水PH值为中性，重度为10003N/m3，水温为15℃。

该矿井属于高沼气矿井，年产量为5万吨。

资料个人收集整理，勿做商业用途3排水方案的确定在我国煤矿中，目前通常采用集中排水法。

集中排水开拓量小，管路敷设简单，管理费用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，则增加了电耗。

当矿井较深时可采用分段排水。

资料个人收集整理，勿做商业用途涌水量大和水文地质条件复杂的矿井，若发生突然涌水有可能淹没矿井。

因此，当主水泵房设在最终水平时，应设防水门。

资料个人收集整理，勿做商业用途在煤矿生产中，单水平开采通常采用集中排水；两个水平同时开采时，应根据矿井的具体情况进行具体分析，综合基建投资、施工、操作和维护管理等因素，经过技术和经济比较后。

确定最合理的排水系统。

资料个人收集整理，勿做商业用途从给定的条件可知，该矿井只有一个开采水平，故可选用单水平开采方案的直接排水系统，只需要在2343车场附近设立中央泵房，就可将井底所有矿水集中排至地面。

资料个人收集整理，勿做商业用途4水泵的选型与计算根据《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。

资料个人收集整理，勿做商业用途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。

资料个人收集整理，勿做商业用途4.1水泵必须排水能力计算正常涌水期 最大涌水期式中 B Q ——工作水泵具备的总排水能力，3/m h ；max Q ——工作和备用水泵具备的总排水能力，3/m h ； z q ——矿井正常涌水量，3/m h ； max q ————矿井最大涌水量，3/m h 。

4.2水泵所需扬程估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 B H ——估算水泵所需扬程，m ；sy H ——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sy H =井底与地面标高差+4（井底车场与吸水井最低水位距离），m ；资料个人收集整理，勿做商业用途g η——管路效率。

当管路在立井中铺设时，g η=0.9～0.89；当管路在斜井中铺设，且倾角α>30时,g η=0.83～0.8；α＝30～20时，g η＝0.8～0.77；α＜20时，g η＝0.77～0.74。

资料个人收集整理，勿做商业用途4.3水泵的型号及台数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D280-100×4型号泵，流量300～250 m 3/h 额定扬程392～420m 。

则：资料个人收集整理，勿做商业用途 取i =5级式中 i ——水泵的级数；i H ——单级水泵的额定扬程，m 。

工作泵台数13840.85450B e Q n Q =≥= 取n 1=1备用水泵台数n2≥0.7n1=0.7×1=0.7和n2≥Q max/Q e-n1=780/450-1=0.73取n2=1检修泵数n3≥0.25 n1=0.25×1=0.25，取n3=1因此，共选3台泵。

5管路的选择5.1管路趟数及泵房内管路布置形式根据泵的总台数，选用典型三泵两趟管路系统，一条管路工作一条管路备用。

正常涌水时，一台泵向一趟管路供水；最大涌水时，两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两台泵向两趟管路供水，从而可知每趟管路内流量Q e 等于泵的流量。

资料个人收集整理，勿做商业用途5.2管材的选择由于井深远大于200m ，确定采用无缝钢管。

5.3排水内径式中d——排水管内径，m；pQ——排水管中的流量，3/m h；pv——排水管内的流速，通常取经济流速p v＝１.５～２.２（ｍ／s）来计算。

从表1－１预选Φ325×８无缝钢管，则排水内径pd=（325-2×8）mm = 309mm表1-1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/mm89 3.5～24.0 146 4.5～36.0 273 7.0～50.095 3.5～24.0 152 4.5～36.0 299 8.0～75.0102 3.5～28.0 159 4.5～36.0 325 8.0～75.0 108 3.5～28.0 168 5.0～45.0 351 8.0～75.0 114 4.0～28.0 180 5.0～45.0 377 9.0～75.0 121 4.0～32.0 194 5.0～45.0 402 9.0～75.0 127 4.0～32.0 203 6.0～50.0 426 9.0～75.0 133 4.0～32.0 219 6.0～50.0 459 9.0～75.0 140 4.5～36.0 245 7.0～50.0 480 9.0～75.0常用壁厚尺寸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系列 60 63 70 755.4壁厚验算式中 p d ——所选标准内径，cm ；z σ——管材许用应力。

焊接钢管z σ=60MPa ，无缝钢管z σ=80MPa ；p ——管内水压，考虑流动损失，作为估算0.011p a B =H MP ；C ——附加厚度。

焊接钢管0.2C cm =，无缝钢管0.1~0.2C cm =。

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。

5.5吸水管径据根选择的排水管径，吸水管选用Φ351×８无缝钢管。

6工况点的确定及校验 6.1管路系统管路布置参照图1-2所示的方案。

这种管路布置方式任何一 台水泵都可以经过两趟管路中任意一趟排水，排水管路系统图如图1-2所示。

图1-2泵房管路布置图6.2估算管路长度排水管长度可估算为：L p =H sy +（40～50）m=266+（40～50）m=（306～316）ｍ 取L p =３１５m ，吸水管长度可估算为L x =7m 。

6.3管路阻力系数R 的计算沿程阻力系数吸水管 λx = 0.3dx 021.0=0.0210.30.335= 0.0292 排水管 λp =0.3p d 021.0=0.0210.30.309= 0.0299 局部阻力系数 吸、排水管及其阻力系数分别列于表1-3、表1-4中表1-3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 1 3.7 90。

弯头 1 0.294 异径管 1 0.1表1-4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 逆止阀 1 3.2 转弯三通 1 1.5 90。

弯头 4 异径管 1 0.5 直流三通 4 30。

弯头 2式中 R ——管路阻力系数，25/s m ；x l 、p l ——吸、排水管的长度，m ；x d 、p d ——吸、排水管的内径，m ；x λ、p λ——吸、排水管的沿程阻力系数，对于流速v ≥1.2m/s ，其值可按舍维列夫公式计算，即xζ∑、p ζ∑——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。

6.4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。

资料个人收集整理，勿做商业用途6.5绘制管路特性曲线并确定工况点根据求得的新、旧管路特性方程，取8个流量值求得相应的损失，列入表1-5中。

表1-5管路特性参数表Q/（m3·h-1）200 250 300 350 400 450 500 550 H1/m 267.5 268.4 269.5 270.7 272.2 273.8 275.7 277.7H2/m 268.6 270.1 271.9 274.1 276.5 279.3 282.5 285.9 利用表1-5中各点数据绘制出管路特性曲线如图1-7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Q M1=532m3/h,H M1=277m,ηM1=0.8,Hs M1=5.1m,N M1=498KW；旧管的工况点参数为Q M2=516 m3/h，H M2=283m,ηM2=0.81,Hs M2=5.3m,N M2=492KW，因ηM1、ηM2均大于0.7，允许吸上真空度Hs M1=5.1m，符合《规范》要求。

资料个人收集整理，勿做商业用途6.6校验计算管路挂污后，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1n台同时工作时每天的排水小时数最大涌水期，工作水泵1n、2n台同时工作时每天的排水小时数即实际工作时，只需2台水泵同时工作即能完成在20h内排出24h的最大涌水量。

工况点效率应满足η1M =0.8≥0.85ηmax≥0.85×0.81=0.69，η2M=0.81≥0.69。

H sy =266≤0.9iH 0=0.9×5×72=324m 式中 0H ——单级零流量扬程，m 。

由D450-60型水泵特性曲线图可知0H =72m 吸水管中流速122532/ 1.68/9009000.335M x x Q v m s m s d ππ===⨯⨯ 排水管中流速122532/ 1.97/9009000.309M p p Q v m s m s d ππ===⨯⨯ 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1.5～2.2m/s式中 [H SM1] = H SM1-（10-h a ）-（h n -0.24）=5.1-（10-10.3）-（0.17-0.24） =5.47m注: a h ——不同海拔高度ｚ时大气压值见表［］ｍ；n h ——不同水温ｔ时的饱和蒸汽压力值［］ｍ；实际吸水高度H x =4m ＜[H x ]，吸水高度满足要求。