1、煤矿排水系统煤矿排水系统第一章 概述 一、矿井排水设备的任务和分类 1、矿井排水设备的任务、矿井排水设备的任务防止地下水淹没矿井造成人员、设备损失；防止地下水淹没矿井造成人员、设备损失；排放矿井涌水至地表，保障矿井正常生产。排放矿井涌水至地表，保障矿井正常生产。透水矿难透水矿难广西南丹广西南丹7.17特大透水事故特大透水事故山西王家岭透水事故山西王家岭透水事故。 大厂矿区位于广西壮族自治区南丹县大厂镇境内，是以锡为主，锑、铟、大厂矿区位于广西壮族自治区南丹县大厂镇境内，是以锡为主，锑、铟、铅、锌共生的特大型矿床，属国家重点规划矿区。铅、锌共生的特大型矿床，属国家重点规划矿区。2001年年7月月
2、16日下午日下午4点，点，龙山、拉甲坡和田角锌矿共安排职工龙山、拉甲坡和田角锌矿共安排职工500多人下井作业。多人下井作业。17日凌晨日凌晨3点多，拉点多，拉甲坡矿甲坡矿9号井实施两次爆破后，标高号井实施两次爆破后，标高-166m平巷的平巷的3号作业面与恒源最底部号作业面与恒源最底部-167m平巷的隔水岩体产生脆性破坏，大量高压水从恒源矿涌出，发生透水，平巷的隔水岩体产生脆性破坏，大量高压水从恒源矿涌出，发生透水，淹及拉甲坡矿淹及拉甲坡矿3个工作面、龙山矿个工作面、龙山矿2个工作面、田角锌矿个工作面、田角锌矿1个工作面，致使个工作面，致使81人死亡，直接经济损失人死亡，直接经济损失8000余万
3、元。余万元。 广西南丹广西南丹7.17特大透水事故特大透水事故王家岭煤矿透水事故王家岭煤矿透水事故王家岭煤矿隶属华晋焦煤公司（中煤集团与山西焦煤集团合作组建）王家岭煤矿隶属华晋焦煤公司（中煤集团与山西焦煤集团合作组建）2、矿水（1）矿水来源矿水：矿水：涌入矿井的水统称为矿水，分为自然涌水和开采工程涌水。自然水：自然水：自然存在的地面水和地下水，地面水包括江、河、湖以及季节性雨水、融雪等，地下水包括含水层水、断层水和老空水。开采工程涌水：开采工程涌水：是与采掘方法或工艺有关的涌水，如矿井充填废水，水力采煤的动力废水等。（2）矿井涌水量矿井涌水量：矿井涌水量：单位时间内涌入矿井水仓的矿水总量称为矿
4、井涌水量最大涌水量：最大涌水量：通常在雨季和融雪期出现涌水高峰，此期间的涌水量称为最大涌水量。正常涌水量：正常涌水量：除最大涌水期外其他时期的涌水量变化不大，一年内持续时间较长，此期间的涌水量称为正常涌水量。绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（q），单位是），单位是m3/h；相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。以以“Ks”表示。表示。 tmTqKs/243T同时期内煤炭日产量（同时期内煤炭日产量（t）3 3、排水系统、排水系统（1）直接（集中）排水系统）直
5、接（集中）排水系统 n系统简单系统简单n开拓量小开拓量小n管路敷设容易管路敷设容易n基建投资低基建投资低n便于管理便于管理n上下水平排水设备上下水平排水设备互不影响互不影响（2）分段排水系统）分段排水系统 n上 水 平 排上 水 平 排水 设 备 故水 设 备 故障停机后，障停机后，两 个 水 平两 个 水 平均 存 在 被均 存 在 被水 淹 没 的水 淹 没 的可能可能露天矿山排水系统露天矿山排水系统 自流排水和机械排水自流排水和机械排水露天采场底部集中排水露天采场底部集中排水系统系统 露天矿分段截流排水露天矿分段截流排水系统系统 （1）水仓）水仓用来专门储存矿水的巷道叫水仓水仓， 作用：
6、作用：一是储存、集中矿水。 二是沉淀矿水。分类：分类：主水仓、副水仓。4 4、水仓和水泵房、水仓和水泵房（2）水泵房）水泵房 水泵房是专为安装水泵、电机等设备而设的硐室，大多数主水泵房布置在井底车场附近。（2）水泵房（续）水泵房（续）管子道水仓5、排水设备、排水设备水泵、电机及电控设备、管路及附件、监测仪表等。二、矿山排水设备及分类二、矿山排水设备及分类 矿山排水设备根据矿井排水设备所担负的任务不同，一般分为移动式排水设备和固定式排水设备。 固定式排水设备又称主排水设备。采用主排水设备将汇集于水仓中的矿井涌水排出地表，是矿井排水的最主要的形式。主排水设备多采用离心式水泵。 第二章第二章 离心式
7、水泵离心式水泵一、一、 离心式水泵的分类离心式水泵的分类1、单级/多级 多级离心泵多级离心泵 单级离心泵单级离心泵 2、单吸/双吸 卧式/立式二、工作原理三、离心式水泵的基本参数 1、流量2、扬程3、功率4、效率5、转速6、允许吸上真空高度或气蚀余量1、 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s , m3/h。2、扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。1）. 吸水扬程(吸水高度)泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，单位为m。2）排水扬程（排水高度）泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度
8、，称为排水扬程。3）实际扬程（测地高度）从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。4) 总扬程总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程1000pxQHXP3、功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。1） 水泵的轴功率电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）2） 水泵的有效功率 水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符号表示。ZPQH10004、效率：水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号表示。 5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。6、允许吸上真空高度或汽蚀余量、
9、允许吸上真空高度或汽蚀余量 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵所所允许的最大吸上真空在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵所所允许的最大吸上真空高度。是在高度。是在1标准大气压下、水温标准大气压下、水温20摄氏度情况下，进行试验而测定摄氏度情况下，进行试验而测定得的。得的。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力水泵的汽蚀余量。泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。）表示。 温
10、度温度/0 020203030404050506060707080809090100100汽化压力汽化压力0.060.060.240.240.430.430.750.751.251.252.022.023.173.174.824.827.147.1410.3310.33四、 水泵的构造（一）一） 型水泵型水泵（二）（二） 轴向推力及平衡轴向推力及平衡（三）（三） 其他类型的泵其他类型的泵水泵的型号意义水泵的型号意义字母字母意义意义字母字母意义意义D分段式多级泵分段式多级泵KD中开式多级泵中开式多级泵DG分段式多级锅炉给水泵分段式多级锅炉给水泵QJ井用潜水泵井用潜水泵DL立轴多级泵立轴多级泵S单
11、级双吸式离心泵单级双吸式离心泵DS首级用双吸叶轮的分段式首级用双吸叶轮的分段式多级泵多级泵M耐磨泵耐磨泵F耐腐蚀泵耐腐蚀泵WB微型离心泵微型离心泵JC长轴深井泵长轴深井泵WG高扬程横轴污水泵高扬程横轴污水泵部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义 D280433(旧系列200D433)叶轮级数3单级扬程43（ m）设计流量280(m3/h)分段式离心泵 D型水泵的特点及性能型水泵的特点及性能 (1) D型水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水，并有清水泵、耐磨泵和耐酸泵； (2) 效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中，效率最高的一种
12、水泵； (3) 采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩，提高了机械效率；同时，此轴承还可以满足运转时泵轴的轴向窜动； (4) 扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬程较高，有利于水泵的稳定运行；零流量时功率低，有利于电动机起动；效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。（一）（一） 型水泵型水泵1、D型泵的构造型泵的构造 型泵是单吸、多级、分段式离心泵。它可输送水温低于0的清水或物理性能类似于水的液体。其流量范围和扬程范围大。目前矿井主排水泵多采用D型泵。D型水泵经多年的发展已形成系列，其结构形式基本相同，只是尺寸大小不同。主要有转动部分、固定部分、轴承部分和密封部分等组成。一、D D型
13、泵的构造型泵的构造转动部分转动部分(2)泵轴 作用是传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。(3)平衡盘 平衡盘的作用是平衡水泵的轴向推力。(1)叶轮 叶轮是离心式水泵的主要部件。其作用是将电动机输入的机械能传递给水，使水的压力能和动能得到提高。1.转动部分 是水泵的工作部件。主要由泵轴及装在泵轴上的数个叶轮和一个用以平衡轴向推力的平衡盘组成。2.固定部分固定部分主要包括进水段(前段)、出水段(后段)和中间段等部件，并用拉紧螺栓(穿杠)将它们连接在一起。吸水口位于进水段，为水平方向，出水口位于出水段，为垂直向上。导水圈叶片数应比叶轮叶片数多一片或少一片，使其互为质数，否则会出现叶轮叶片与导水
14、圈叶片重叠的现象，造成流速脉动，产生冲击和振动。 3. 轴承部分 水泵转子部分支承在泵轴两端的轴承上。D型水泵采用单列向心滚柱轴承，用黄油润滑。为了防止水进入轴承，泵轴两侧采用“”型耐油橡胶密封圈和挡水圈。这种轴承允许少量的位移，有利于平衡装置改变间隙，以平衡轴向推力；同时，由于采用了滚动轴承，减少了静阻力矩和机械摩擦损失。 4. 水泵的密封 水泵各段之间的静止结合面采用纸垫密封。转动部分与固定部分之间的间隙是靠密封环及填料来密封的。1）密封环 密封环又称口环。2）填料装置）填料装置 在水泵轴穿过泵壳的地方设有填料装置在水泵轴穿过泵壳的地方设有填料装置(又称填料箱或填料函又称填料箱或填料函)，
15、以实现泵轴的密封。，以实现泵轴的密封。在泵轴穿过进水段处，外侧是大气压，内侧是首级叶轮入口的低压，如不进行密封，则在泵轴穿过进水段处，外侧是大气压，内侧是首级叶轮入口的低压，如不进行密封，则外部大气将窜入泵内从而影响水泵的正常吸水；在泵轴穿过出水段处，如不进行密封，外部大气将窜入泵内从而影响水泵的正常吸水；在泵轴穿过出水段处，如不进行密封，高压水将沿泵轴间隙向外泄漏，使水泵的流量减少。可见，吸水侧填料装置的作用是防高压水将沿泵轴间隙向外泄漏，使水泵的流量减少。可见，吸水侧填料装置的作用是防止空气进入泵内，排水侧填料装置的作用是防止高压水向外泄漏。止空气进入泵内，排水侧填料装置的作用是防止高压水
16、向外泄漏。 D型水泵吸水侧填料装置由填料箱、填料型水泵吸水侧填料装置由填料箱、填料(盘绠盘绠)、水封环、水封环(填料环填料环)及压盖等组成。及压盖等组成。油浸石棉绳油浸石棉绳离心式水泵的主要部件 (二二) 轴向推力及平衡轴向推力及平衡1、产生轴向推力的原因、产生轴向推力的原因单吸式离心泵，在工作时产生轴单吸式离心泵，在工作时产生轴向推力的原因有以下三点：向推力的原因有以下三点：1)由于作用在叶轮前、后轮盘上由于作用在叶轮前、后轮盘上的压力不平衡而产生轴向推力。的压力不平衡而产生轴向推力。2)由于叶轮内水流动量发生变化由于叶轮内水流动量发生变化而产生的轴向推力。而产生的轴向推力。3)由于大小口环
17、磨损严重，泄漏由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使前后轮盘上的压力量增加，使前后轮盘上的压力分布规律发生变化，从而引起分布规律发生变化，从而引起轴向推力的增加。轴向推力的增加。 一、轴向推力的产生以及危害一、轴向推力的产生以及危害图图9.12 叶轮轴向受力图叶轮轴向受力图2、轴向推力的危害 多级离心式水泵的轴向推力有时可达几十千牛顿，这个力将使整个转子向吸水侧窜动。如不加以平衡，将使高速旋转的叶轮与固定的泵壳接触，造成破坏性的磨损；另外，过量的轴向窜动，会使轴承的轴向负荷加大而发热，电动机负载也相应加大；同时使互相对正的叶轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏移，引起冲击和涡流，降低水泵的效率，严重
18、时将使水泵无法工作。二、轴向推力的平衡方法二、轴向推力的平衡方法1.平衡孔法平衡孔法2.双吸叶轮法双吸叶轮法3.对称布置叶轮法对称布置叶轮法4.平衡盘法平衡盘法1231-平衡盘 2-平衡板 3-平衡套（三）（三） 其他类型的泵其他类型的泵1、射流泵、射流泵2、往复泵、往复泵泵缸活塞、活塞杆排出口吸入口3、螺旋泵、螺旋泵 第三章第三章 水泵工况及调节水泵工况及调节一、水泵的性能曲线一、水泵的性能曲线 二、水泵的性能曲线的作用二、水泵的性能曲线的作用 a a根据水泵的性能曲线，可以知道水泵各性能的根据水泵的性能曲线，可以知道水泵各性能的变化规律，根据实际用途，可以变化规律，根据实际用途，可以选用最
19、合适的水泵选用最合适的水泵。 b b根据水泵的性能曲线，可以根据水泵的性能曲线，可以确定水泵运转工况确定水泵运转工况点点( (即水泵的流量一扬程曲线与后述的管路性能曲线的即水泵的流量一扬程曲线与后述的管路性能曲线的交点交点) )，根据运转工况点，可以检查水泵的流量、扬程、，根据运转工况点，可以检查水泵的流量、扬程、功率和效率的大小，判断水泵的经济性和稳定性的好坏，功率和效率的大小，判断水泵的经济性和稳定性的好坏，配用功率的大小是否合适。配用功率的大小是否合适。 c c根据流量一功率曲线的变化规律，正确地根据流量一功率曲线的变化规律，正确地选择选择水泵的起动方式水泵的起动方式。三、排水管路特性三
20、、排水管路特性 水泵在管路上工作时，排水所需的实际压头（扬程）与通过管路的流量的关系称为管路特性。 （一）水泵管道特性方程根据伯努利方程，水泵必须的扬程：wpcwpwxpPXhgvHHhhgvHHH22)(22gvdlgvdlhpppppxxxxxw2)(2)(22阻力损失阻力损失=沿程损失沿程损失+局部损失局部损失 :4v2带入前面的式子，得将dQ255552242C)(88QddlddlgQgdHHpppppxxxxxp)1(845452pppppxxxxxddlddlgR令：2cQRHH管路效率：提高水的位置所消耗的扬程与总扬程之比一般在（ 0.740.9），以此来衡量管道的排水效果。%
21、100HHc管路特性方程式为：管道特性曲线见图：是旧管路时，管路特性方程式为： 27 . 1QRHHtc（二）离心泵的汽蚀和吸水高度 1 1、 水泵汽蚀水泵汽蚀 吸水系统如图所示，当吸入压力低于汽化压力时，水被汽化产生汽泡，从而产生汽蚀的现象。包括机械剥蚀和化学腐蚀,最终产生麻点,影响水泵正常运行。 2 2、 吸水高度吸水高度列0-0、S-S断面伯氏方程： xhgvPZgvPZ2221112000gvhpHpxxa2211ghppHxax2211ghHppxXa2211:1则saHpp吸水吸水高度高度ghHHxXS221吸水口处的吸水口处的吸上真空度：吸上真空度： 3、允许吸上真空高度最大吸上
22、真空度：水泵因汽蚀而不能工作的吸上真空度。以Hsmax表示。（由实验测得）允许吸上真空度Hs：将实验测得的Hsmax减去0.3m的富裕量，即 ：允许几何安装高度（允许吸水高度）为： 3 . 0maxssHHghHHxSx2214 4、汽蚀余量汽蚀余量NPSHNPSH或或h h 1 1）汽蚀余量）汽蚀余量h h ：是指在水泵吸入口处，单位重量液体所具有的超过饱和汽化压力的富余能量：由上式可知：h也就是水井面上大气压力在克服吸水管中的阻力，并把水提高到吸水高度Hx后，所剩余的超过汽化压力的能量。npgph2211xxnaHhpphghHppxXa22112)允许汽蚀余量h h： 通过实验测得水泵因
23、汽蚀而不能工作的真空度为最大吸上真空度Hsmax，对应的汽蚀余量为最小汽蚀余量在此基础上考虑0.3的富裕量作为允许汽蚀余量h hminhgvHPPhsna221maxmin3 . 0minhh四、离心泵工况分析及调节 （一）水泵工况点 水泵扬程特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一坐标图上，其交点就是要求的工况点。最佳工况点： 对应效率为最高效率的工况点，最佳工况与额定工况相重合工业利用区： 水泵正常工作时的效率不得低于最高效率的85-90%，并依此划定的一个区域。（二）管路挂垢前后的工况 一、水泵工况点 水泵扬程特性曲线与管路特性曲线按同一比例绘制在同一坐标图上，其交点就是要求的工况点。
24、（三）工况分析（三）工况分析1 1、水泵正常、合理工作条件、水泵正常、合理工作条件1 1） 稳定工作条件稳定工作条件 当 时，可能出现两种情况:是两曲线没有交点，此时泵的扬程小于管道所需扬程，泵排不出水，是在死水区工作； 是两线有两个交点，为不稳定工况，工作不稳定。稳定工作的条件是： cHH 00c95. 09 . 0HH22“ 2） 经济工作条件 工业利用区为：max)9 . 085. 0(M因此：水泵合理正常的工作条件为：n稳定工作条件n经济工作条件n不发生汽蚀工作条件 3） 不发生汽蚀工作条件 0C95. 09 . 0HHghHHxSX221max)9 . 085. 0(MghHHxSX
25、221（1）节流调节）节流调节（2）并联管路）并联管路（3）转速调节）转速调节（4）减少叶轮数目调节：扬程和叶轮数成正比；不可拆除）减少叶轮数目调节：扬程和叶轮数成正比；不可拆除 吸水一侧的叶轮吸水一侧的叶轮（5）削短叶片调节）削短叶片调节改变管路特性曲线和改变水泵特性曲线改变管路特性曲线和改变水泵特性曲线工厂操作中经常要遇到对离心泵及其管路系统进行调节工厂操作中经常要遇到对离心泵及其管路系统进行调节以满足工艺上对流体的流量和压头的要求，实际上这对以满足工艺上对流体的流量和压头的要求，实际上这对应着改变泵的工作点位置。主要调节方法有：应着改变泵的工作点位置。主要调节方法有： （四）工况调节（四
26、）工况调节五、离心式水泵的联合工作 （一）水泵的串联工作 是一台泵的出口向另一台泵的入口排水的工作方式。 （1）串联的任务及目的：是为了增加扬程。 （2）串联工况点 ：管道所需扬程为两台泵扬程之和。管道中的流量与两台泵的流量都相等。 1）构造等效水泵 2）求等效水泵的特性曲线：按照“等流量线下，扬程相加”的原则 3）求等效水泵的工况点M等 4）求串联工况点：M1、M221HHHM21QQQM串联工作应注意点：1）泵间隔串联时，前一台泵的扬程排至后一台时，应有剩余扬程；2）串联时，应选用泵型号相同和特性曲线相近的水泵；3）串联时，若有一台泵坏了，整个系统就得停止工作。两台不同型号泵的串联工作两台
27、不同型号泵的串联工作Hm1Hm2 二、水泵的并联工作 两台泵的输出口连在一起工作。 （1）并联的任务及目的：是为了增大流量。 （2）并联工况点 1）构造等效水泵 2）求等效水泵的特性曲线按照“等扬程线下，流量相加”的原则 3）求等效水泵的工况点M等 4）求并联工况点：M1、M2 （3）并联效果2121MMMMMQQQQQ21121,MMMMMHHHHH 离心式水泵的并联工作两台不同型号并联工作 、分别为两泵的特性曲线、+两泵的合特性曲线 六、排水设备的运行及管理 （一）离心式水泵的操作（一）离心式水泵的操作 1 1、泵的启动、泵的启动 1）检查水泵等设备是否有机械故障； 2）向泵腔及吸水管内注
28、水，把泵腔内气体全部排出； 3）关闭水泵出口闸阀； 4）送电，使泵运转； 5）达到额定转速后，逐渐将水泵出口闸阀开启到适当的程度。2 2、运行中的注意事项、运行中的注意事项 1）注意电压、电流的变化。电流超过额定电流，电压超过额定电压的5%时停泵，检查处理。 2）检查轴承温度是否超限： 滑动轴承：65C，滚动轴承：75C。 3）检查各部螺栓及防松装置 4）注意各部音响及振动情况，有无汽蚀产生的噪音。 5）检查填料密封，温度和平衡盘回水管的水量是否正常。 6）观察压力表、真空表、吸水井水位变化情况。检查底阀或滤水器插入水面深度。 7）按时填写运行记录。 2. 2.泵的停止泵的停止 先关闭闸门而后
29、停机，防止发生水击现象。停机后还应关闭压力表旋塞，清理工作中发现的缺陷。做好清洁工作。若长期停泵，应放水，还应定期运转防止生锈。 第四章第四章 矿山排水设施矿山排水设施一、露天矿山排水设施一、露天矿山排水设施1、露天矿山主要排水设施：、露天矿山主要排水设施：（1）排水管路：不少于两条，一条工作、一条备用）排水管路：不少于两条，一条工作、一条备用（2）排水泵站：）排水泵站： 分段截流固定泵站；分段截流固定泵站； 井巷排水固定泵站；井巷排水固定泵站； 半固定泵站：适用于排水量不大、服务年半固定泵站：适用于排水量不大、服务年 限短、移动频繁的矿山；限短、移动频繁的矿山； 潜水泵移动泵站：不需泵房、安
30、装移动方潜水泵移动泵站：不需泵房、安装移动方 便、价格贵。大暴雨时用潜水泵，旱季用便、价格贵。大暴雨时用潜水泵，旱季用 离心泵。离心泵。 一般在暴雨量较小的地区，设在同一水平上的水泵，一般在暴雨量较小的地区，设在同一水平上的水泵，应选择同一型号规格的水泵应选择同一型号规格的水泵 正常工作水泵的能力，应能在正常工作水泵的能力，应能在20h内排除露天采矿场内排除露天采矿场内内24h的正常降雨径流量与地下涌水量之和。备用和的正常降雨径流量与地下涌水量之和。备用和检修水泵的能力应不小于正常工作水泵能力的检修水泵的能力应不小于正常工作水泵能力的50 随开采水平不断下降的移动泵站，选泵时应考虑排水随开采水
31、平不断下降的移动泵站，选泵时应考虑排水高度不断增加的要求，预留适当的富裕扬程高度不断增加的要求，预留适当的富裕扬程 露天排水泵站的阶段露天排水泵站的阶段(平盘平盘)储水池储水池(水仓水仓)或采矿场底或采矿场底部的储水池容积至少应能容纳半小时的水泵排水量部的储水池容积至少应能容纳半小时的水泵排水量 2、露天矿山排水设备的一般要求、露天矿山排水设备的一般要求二、地下矿山排水设施二、地下矿山排水设施1、水仓：、水仓： 规程第二百八十条规定：煤矿排水必须设有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，其正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应
32、能容纳8h的正常涌水量；正常涌水量大于1000m3/h的，主要水仓的有效容量可按下式计算： V=2(Q+3000) 但主要水仓总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。采区水仓的有效容量应能容纳4h的正常涌水量。 为减少水泵的磨损和堵塞，水仓入口处应设置篦子，还应使水在水仓中得到充分沉淀，故水流速度必须小于0.005m/s，且流动时间要大于6h。水仓截面积可按下式计算 S=V/L (7-9)式中 S水仓截面积，m2； V水仓的容积,m3； L水仓的总长度,m.mlhtsmv1006/005. 0水仓的最高水位必须低于泵房地面12m。2、水泵房 水泵房专为安装水泵、电机等设备而设置的硐室，大多数主
33、泵房布置在井底车场附近，其原因： 1）便于矿水沿排水沟流向水仓。 2）设备运输方便。 3）缩短了管路长度。 4）通风条件好。 5）供电线路短。 水泵房地面标高应比井底车场轨面高0.5m，向吸水侧留1%的坡度。出口平台高出泵房底板7m坡度2530度 水泵房排水设备的布置方式取决与泵和管路的多少，通常应尽量减少泵房的断面。 1）水泵房长度式中：水泵台数 L0水泵机组（泵和电机）的基础长度，m L1水泵机组的净空间距离，一般为1.52.0m110nLnLL2）水泵房的宽度式中：b0水泵基础宽度，m b1水泵基础边到轨道侧墙壁的距离，一般为1.52mb2水泵基础另一侧到吸水井侧墙壁的距离，一般为 0.
34、81.0m210bbbB3）水泵房的高度 应满足检修时起重的要求，一般3.04.5m，或根据水泵叶轮直径确定： 水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200300mm，大水型泵基础应高于泵房地板200mm。m，mmD5 .43500时取mmmD33500时取3、地下矿山排水设备的一般要、地下矿山排水设备的一般要求求 （二）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井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。 第六章第六章 矿山排水设备选型设计矿山排水设备选型设计一、设计的原始资料和任务一、
35、设计的原始资料和任务1 1、设计的原始资料、设计的原始资料（1）井型、矿山年产量、服务年限、井口地面标高；）井型、矿山年产量、服务年限、井口地面标高；（2）开拓方式、可采水平数、各水平服务年限及标高；）开拓方式、可采水平数、各水平服务年限及标高；（3）同时开采水平数，各水平的正常和最大涌水量及发生的期限；）同时开采水平数，各水平的正常和最大涌水量及发生的期限；（4）矿井水的性质：重度、水温、化学性质（）矿井水的性质：重度、水温、化学性质（PH值）、结垢性；值）、结垢性；（5）水文地质情况及井下排出水的去向；）水文地质情况及井下排出水的去向；（6）井筒及井底车场布置图。）井筒及井底车场布置图。
36、2、设计任务 选型设计的任务是根据具体条件，在现有系列产品中进行合理选择，以保证设备安全、经济、可靠地运转。(1) 确定排水系统；(2) 选定排水设备；(3) 提出经济核算指标；(4) 绘制水泵房、管路及管子道布置图。二、选型设计的步骤和方法二、选型设计的步骤和方法1 1、确定合理的排水系统、确定合理的排水系统 （1）地下矿山：直接和间接排水系统；）地下矿山：直接和间接排水系统； （2）露天矿山：自流排水系统、底部集中排水系）露天矿山：自流排水系统、底部集中排水系 统、统、分段接力排水系统；分段接力排水系统； 2.水泵的选型计算（1）水泵必须具备的总排水能力正常涌水时，工作水泵必须具备的总排水
37、能力zZBqqQ2 . 12024 （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，一般可由下面公式中任选一个进行估算： 式中 qZ、qmax分别为矿井正常涌水量和最大涌水量，m3/h最大涌水时，工作水泵和备用水泵必须具备的总排水能力maxmaxmax2 . 12024qqQsin2 . 01 . 01CBHHgCBHH1）水泵级数的确定：式中 Hi所选取水泵的单级扬程，m; 应当指出：计算的结果，i值一般不是整数，但水泵级数只能是整数；选取大于i的整数当然能满足要求，但取小于i的整数有时也能达到要求，此时应同时考虑两种方案，进行技术比较后，方能确定。（3）预选
38、水泵的型号和级数iBHHi 根据计算的流量和扬程，从水泵的技术规格表中初选效率较高的水泵。查出所选水泵的相应性能参数。并确定工作泵级数及台数 2）水泵台数确定 正常涌水时工作水泵的台数 备用水泵的台数 式中 Qe预选水泵额定流量，m3/heBQQn 1127 . 0 nn eBQQnnmax21若采用多级水泵，水泵级数可按下式计算：式中 Hi所选取水泵的单级扬程，m; 应当指出：计算的结果，i值一般不是整数，但水泵级数只能是整数；选取大于i的整数当然能满足要求，但取小于i的整数有时也能达到要求，此时应同时考虑两种方案，进行技术比较后，方能确定。（3）预选水泵的型号和级数iBHHi （4）校验水
39、泵的稳定性 为保证水泵工作的稳定性，应满足。通过稳定性校验，可以淘汰不能满足稳定性要求的水泵，从而减少可比的方案。 （5）确定水泵台数 正常涌水时工作水泵的台数 备用水泵的台数 式中 Qe预选水泵额定流量，m3/heBQQn 1127 . 0 nn eBQQnnmax21检修水泵的台数 检修水在上述公式计算中，结果均取偏上的整数。因此，水泵的总台数： n=n1+n2+n3对于正常涌水量为50 m3/h及以下，且最大涌水量为100 m3/h及以下的矿井，可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。1325. 0nn 排水管路趟数在满足规程的前提下，在井筒内布置以不增加井筒直径为原则，一般不宜超过四趟
40、。3.管路的选择计算 根据规程第二百七十八条对管路的要求：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井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。规程还对敷设在斜井中的管路作了规定：对于正常涌水量为50m3/h及以下，且最大涌水量为100m3/h及以下的斜井，一般敷设一条管路，其能力应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。(1) 管路趟数的确定管路趟数的确定(2)泵房内管路布置的选择泵房内管路布置的选择 泵房内管路布置主要取决于泵的台数和管路趟数，如下图所示为矿井常用管路布置方式。其共同特点是任意其共同特
41、点是任意1台水泵都台水泵都要与任意要与任意1趟管路相联接。趟管路相联接。 (3)管材的选择管材的选择 选择管材的主要依据是管道所需承受的压力。由于矿井排出的水一般进入地表水渠，因此压力与井深成正比。通常情况下：对井深不超过200m时，多采用焊接钢管；井深超过200m时，多采用无缝钢管；当压力小于1106N/m2时，可选用铸铁管；吸水管一般选用无缝钢管。(4)管径与壁厚的计算管径与壁厚的计算 管径选择应考虑：投资成本； 运行成本。通常是按经济流速的方法来确定管径。其计算公式如下：a.排水管内径b.吸水管内径0188. 036004pepepvQvQd0188. 036004xexexvQvQd
42、为了提高吸水性能，防止气蚀发生，吸水管直径一般比排水管直径大一级，因此吸水管内径也可按下式计算025. 0pxddc.选择标准管径(查表)。 (5)管壁厚度的验算C附加厚度，一般取c=0.5mm；p 管内压力，MPa；P=0.011HP； 管材许用应力， MPa； 一般无缝钢管取80100 MPa，焊接钢管取60 MPa；所选标准管的壁厚应等于或略大于按上式计算所得的值。吸水管不需验算壁厚。cppdp10238 .11cppdp10301238 .112倾斜管：垂直管：cppdpp)105 . 6(3 . 2)105 . 6(3 . 2211664. 管路特性的计算管路特性方程式为：2ARQH
43、Hc A考虑管内径因污泥淤积后减小而引起阻力损失增大的系数。对于新管A=1；对于管内挂垢后管径缩小10%的旧管，A=1.7。545421118pppppxxxxxdlddldgR沿程阻力系数管径/ mm5075100125150175200225 沿程阻力系数0.04550.04180.03800.03520.03320.03160.03040.0293管径/ mm250275300325350400450500 沿程阻力系数0.02840.02760.02700.02630.02580.0250.02410.0234局总阻力系数局总阻力系数 吸水管长：一般取810m。 排水管长：从泵房内最远
44、一台水泵算起的排水管总长度。 l1泵房内排水管长，一般取2030m；或根据泵房尺寸而定； l2管子道中排水管长，一般取1520m； l3地面排水管长，一般取1520m；或根据需要而定 l4井筒内排水管长，m；Hs-7.54321lllllp5. 水泵工况点的确定 在求得管路特性曲线方程后，可取不同的Qi，计算出相应的Hi1和Hi2，据此在QH坐标图上画出管路的初期特性曲线1和挂垢后的特性曲线2，从而得到工况点M1和M2，。其工况参数分别为流量QM1、QM2，扬程HM1、HM2，效率M1、M2，轴功率NM1、NM2和允许吸上真空度HSM1、HM2。根据煤矿井下排水设计技术规定，水泵工况点效率一般
45、不低于70%，允许吸上真空度不宜小于5m。水泵工况点6. 吸水高度的计算 在计算吸水高度时，应按水泵运行期间可能出现的最大流量所对应的值进行计算。 rnxaxhphpHxxSMxhgvHH221 或 在高原地区，气压较低或吸水井中水温高于20时，对HSM1应加以修正，然后将修正后的值HSM1代入上式计算出Hx。修正公式为：331081. 924. 01081. 910nassppHH7. 校核计算 (1) 汽蚀性校核 为保证不发生汽蚀,水泵的工况点M1应位于汽蚀点C的左侧,即应满足公式的要求。 (2)经济性校核 水泵的工况点应位于工业利用区的合理使用范围内。M1、M20.85max。 (3)排
46、水时间的校核 正常涌水量时 最大涌水量时 202421MZHQnqT2024221maxmaxMQnnqT 如在最大涌水时为多台水泵和多趟管路并联工作，则公式中的分母(n1+n2)QM2用并联运行的工况流量代替之。 8. 电动机容量的验算 如果水泵的工况点在工业利用区内,则不需验算电动机容量。但当工况点超出工业利用区右边界时，电动机容量应按下式验算cMdPkP1 通常井下水泵配用防滴式电动机，但有瓦斯煤尘爆炸危险的辅助排水设备的电动机，则必须是防爆型的。9. 电耗量的计算 (1)年电耗量的计算 年电耗量按公式(91)计算。对于大容量电动机取d=0.90.94；小容量电动机取d=0.820.9；
47、d亦可从电动机手册中查取。 电网效率w一般取0.950.98。(2)吨煤排水电耗 AWWdm (3)吨水百米电耗Wt100 吨水百米电耗是一种能够比较科学、全面地评价排水设备运行情况的经济指标。煤矿井下排水设计技术规定中规定，排水设备吨水百米电耗应不小于0.5kWh, 否则便认为是低效设备, 不予采用。 选型举例 某矿年产量90万t，竖井单水平开采，井深185m，矿井正常涌水量为100m3/h，最大涌水量为150m3/h，正常涌水和最大涌水期的天数分别为300d和65d，矿水呈中性，密度为1020kg/m3，试选择排水设备。1水泵的选型水泵必须的排水能力正常涌水时最大涌水时hmqQB/3120
48、1002 . 12 . 1hmqQB/31801502 . 12 . 1maxmax水泵必须的扬程 mHHHgxpB1 .2119 . 05185 预选水泵的型式 根据计算所得的流量QB和HB扬程，查产品样本，初步决定选用150D30型水泵。该水泵额定流量为155m3/h，单级额定扬程为30.7m，单级初始扬程为34.2m.。 所选水泵级数为88. 67 .301 .211iBHHi，取7级 4)校验水泵的稳定性满足水泵的稳定性要求。mHHHxpc1905185miHHi4 .2392 .34700因 而 故 mHHc46.2154 .2399 . 09 . 019005)水泵台数的确定（1）
49、工作水泵台数 取1台（2）备用水泵台数 取1台8 . 01501201eBQQn（3） 检修水泵台数 取1台7 . 07 . 012nn25. 025. 013nn 故选用150D307型水泵3台。正常涌水量时，1台工作，1台备用，1台检修；最大涌水量时，两台工作，1台检修。 2、管路的选择计算 （1）管路趟数的确定 根据设计原则，设置两趟管路，一趟工作，一趟备用。 (2) 管路在泵房中的布置如图11-1c(4) 管径的计算 (3) 管材的选择 根据竖井排水要求，确定选用热轧无缝钢管。（1）排水管内径取排水管的经济流速vp=1.8m/s，则查表选取1945的无缝钢管为排水管。m 175. 08
50、 . 1900155900pepvQd（2）吸水管内径取吸水管的经济流速vx=1m/s，则查表选取2457的无缝钢管为吸水管。 mvQdxex234. 01900155900（5）排水管壁的验算因所选管子壁厚为5mm，大于要求的3.28mm，故满足要求。cppdpp)105 .6(3 .2)105 .6(3 .2211664664101851 . 1105 . 610803 . 2101851 . 121128. 300328. 0001. 0101851 . 1105 . 610803 . 2194. 0101851 . 146643.管路特性计算管路阻力损失常数 查表取 x=0.0291,
