1、 2014 届毕业论文 煤矿主排水设备选型设计 学 生： 学 号： 123804104 专 业：矿山机电 班 级： 12 矿山机电 1 班 指导教师： 能源工程系 2014年六月 摘要 :根据设计任务书所提供资料，以严格遵守矿井安全规程和煤矿工业设计规范所规定的有关条款为依据，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想，确定矿井对排水系统的具体要 求。 初步选择排水方案，进行设备选型以及相关计算，确定设备工况，校验水泵的稳定工作条件、经济运行条件，排除不合理方案。对所剩方案进行经济核算，以吨水百米费用和初期投入为指标筛选出最终方案。 选择系统配套附件，根据各设备外形尺寸及安装要
2、求，并考虑其运行条件，最终确定泵房及管路的布置图。 关键词 :矿井涌水 ; 水泵 ; 工况点 ; 设备布置 ; 3 目 录 第一章 绪论 4 1.1 对排水系统的要求 4 1.2 对排水设备的要求 5 1.3 离心式水泵的分类 5 第二章 矿井排水系统的确定 7 2.1 分析本矿井特点 7 2.2 方案一 直接排水系统 7 2.3 方案二 分段排水系统 8 第三章 水泵的选型及台数计算 9 3.1 排水系统对水泵的要求 9 3.2 初选水泵型号 10 3.3 所需水泵的台数 12 第四章 排水管道选型计算及管道的布置 14 4.1 排水管选择计算 14 4.2 管路趟数及布置方式的选择 16
3、第五章 吸水管道选型计算及管道的布置 18 5.1 吸水管道选型计算 18 5.2 绘制管 道系统图 19 第六章 管道特性曲线的绘制及工况点的确定 20 6.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线 20 6.2 确定工况点 24 第七章 水泵工作合理性校验 25 7.1 校验水泵稳定性 25 7.2 校验排水时间 25 第八章 水泵电动机的选型计算 26 第九章 主排水经济指标的计算 27 9.1 电费 27 9.2 设备购置费 28 9.3 安装工程费 28 9.4 井巷工程费 29 第十章 水泵房、水仓的布置尺寸确定 29 10.1 泵房尺寸 29 10.2 水仓尺寸 32 参考文献 3
4、3 4 第一章 绪 论 1.1 对排水系统的要求 在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井生产有重要意义。 矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的矿水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是 排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。 为了使排水设备能在
5、安全、可靠和经济的状况下工作，必须做好确定排水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转，直到正常运行各环节的工作。 1.1.1 矿水来源 矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂缝与井下沟通时，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层水和老空水。地下水在开采过程中不断涌 出。 矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“ q”表示，其单位为 m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化不大，因此前者称
6、最大涌水量，而后者称为正常涌水量。 为了对比不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以 K表示相对涌水量，则 K=24q/T （ m3/t） 式中 q 绝对涌水量， m3/h； T 同期内煤炭日产量， t。 1.1.2 矿水性质 5 矿井水中会有各种矿物质，并且会有泥沙、煤屑等杂质，故矿井水的密度比清水大， 15。 C 矿水的密度约为 1015-1025kg/m3。按 PH 值矿水可分为碱性 PH7、中性 PH=7、弱酸性 PH=46 和强酸性 PH=03。酸性水对排水设备的非耐酸金属零件产生腐蚀作用，减
7、少排水设备正常使用年限。矿水中含有的悬浮状固体颗粒进入水泵后加速金属表面的磨损。当 PH5时，要求排水设备（包括泵、管路等）应选用耐酸材料，或者对水质 进行中性处理。对于矿水中的悬浮颗粒应在水泵前加以沉淀，而后再经泵排出矿井。 1.2 对排水设备的要求 排水设备是煤矿大型固定设备之一，为确保矿井设备安全生产，要求排水设备在矿井服务年限内，必须安全、经济、可靠、合理的工作。选择的排水设备及其布置方式必须符合矿井安全规程和煤矿工业设计规范以及国家有关的技术规定；同时，在技术合理的前提下，应尽可能提高设备的装备效率和设备本身的完好率，充分发挥设备的潜力。 1.2.1 固定式排水设备 固定式排水设备安
8、装在副井井底车场附近的泵房内，做主排 水用，它将全矿或大部分矿水排至地面 1.2.2 移动式排水设备 移动式排水设备主要用于掘进工作面（含建井期凿井排水）或淹没坑道的排水并要求排水设备能随工作面的推进或水位下降而移动。 1.3 离心式水泵的分类 1、按叶轮数目分 （ 1）单级水泵 泵轴上有仅装有一个叶轮 (2) 多级水泵 泵国上装有几个叶轮 2、按水泵吸水方式 6 （ 1）单吸水泵 （ 2）双吸水泵 3、按泵壳的结构分 （ 1）螺壳式水泵 （ 2）分段式水泵 （ 3）中开式水泵 4、按泵轴的位置分 （ 1）卧式水泵 （ 2）立式水泵 5、按比转数分 （ 1） 低比转数水泵 比转数 =40-80
9、 （ 2）中比转数水泵比转 数 =80 150 （ 3）高比转数水泵比转数 =150-300 第二章 矿井排水系统的确定 2.1 分析本矿井特 点： 本矿年产量 90 万吨，采用竖井开拓，井口标高 +50.00m，水平标高 -265.00，正常涌水量 4.5m3/min，最大涌水量 7.2m3/min，矿水中性，矿水密度 1020kg/ m3，最大涌水期按 60天计算，服务年限 30年。 由此，可供选择的排水系统有以下两种： 2.2 方案一 直接排水系统 直接排水系统是指井下的涌水通过排水设备直接排到地面。如单水平开采的矿井，在开采第一水平时，就采用直接排水系统。 图（ a）是竖井单水平开采时
10、的直接排水系统。图（ b）是竖井多水平开采时，各水平的涌水分别由本水平的排 水设备直排地面。图（ c）是竖井两个水平同时开采时，若上水平涌水量较小，经技术经济比较后，可将上水平的涌水通过管路自流到下一水平的水仓中，然后两个水平的涌水由下水平排水设备直排地面。图（ d）是斜井单水平开采时，若地质条件比较稳定、又无大的断层，经技术经济比较后，可采用钻孔下排水管的方法将水直排地面。若地质条件较复杂或井较深，可采用沿斜井井筒敷设排水管路的方法，将水直排地面。 这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少，便于管理，而且上、下水平的 排水设
11、备互不影响。（图 1.1）。 8 .图 1.1 2.3 方案二 分段排水系统 分段排水系统，是指井下的涌水通过几段排水设备转排到地面。一般适用于矿井较深，又受排水设备能力所限制的矿井排水。另外，多水平同时开采同时开采时，为减少井筒内管路敷设的趟数，也常采用分段排水系统。 图（ a）是竖井单水平开采时，由于井深已超过水泵可能产生的扬程时，可在井筒中部开拓泵房和水仓（相当于两个水平分段排水系统）将水经两段排水设备排至地面。此图也可表示为竖井多水平开采时的分段排水系统。图（ b）是 斜井两个水平同时开采时的分段排水系统。 采用中继排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水设备的扬程，从而降低
12、主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多井筒中的管路复杂，不利于安装和维护。（图 1.2）。9 (a) (b) 图 1.2 根据上述的有关规定 ,本着尽量减少水泵数量的原则 ,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用方案一作为本设计的排水方法 . 第三章 水 泵的选型及台数计算 选择水泵的型式和台数应符合规程和规范的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。 3.1 排水系统对水泵的要求： a)水泵必需排水能力的计算 依据规程，在正常涌水期工作水泵
13、的排水能力应为： hmqQ zB /2.1 3 由于该矿井 hmqz /240 3 ，所以该煤矿所选工作水泵的工作能力应为： zB qQ 2.1 在最大涌水期，工作和备用水泵必需的总排水能力： maxmax 2.1 qQB 10 备用水泵的工作能力： 取二者较大值： 3 m /hBQ 检修泵组的工作能力： Q0.25 B“ BQ 式中 hmQhmQhmQhmqhmqBBBz/3“333m a x3检修水泵的排水能力，排水能力，工作水泵和备用水泵的；工作水泵的排水能力，；最大涌水量，；正常涌水量，1.2 煤矿安全规程规定的排水设备能力系数。 b)估算水泵必须的扬程： Hb = Hcg= 260 0.9= 234 m 式中 Hc 排水高度， Hc=260 m; g 管路 效率。 当管路在立井中铺设时， g =0.9 0.89 3.2 初选水泵型号 参照泵产品样本 ,因为矿水呈中性，所以选择 D 型泵，依计算的工作水泵能力 Qe可选择泵的型号为 : 泵 D450-60 的级数为： i=HB/Hi=5.6 5.9 取 i=6 泵 D500-53 的级数为： i=HB/Hi=5.9 6.2 ZB qQ 7.0 BBB QQQ m ax
