矿山排水设计课案.docx
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矿山排水设计课案
煤矿主排水系统设计
竖井正常涌水量:
331m³/h,最大涌水量545m³/h,井口标高:
Hh=446,最大涌水期65d,矿水中性,涌水密度1010kg/m³.
本设计根据煤炭部制定的《煤矿安全规程》及《煤矿工业设计规范》,在保证及时排除矿井涌水的前提下。
使排水总费用最小,选择最优方案。
根据《煤矿安全规程》的要求,水泵必须有工作、备用和检修水泵,其中工作水泵应能在20h内排出24h的正常涌水量(包括充填水及其它用水)。
备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70%。
工作和备用水泵的总排水能力,应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的25%。
水文地质条件复杂或有突水危险的矿井,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,或另外增加排水能力。
1、水泵最小排水能力的确定
根据《煤矿安全规程》的要求,工作水泵的能力应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。
因此正常涌水时,工作水泵最小排水能力应为
QB=24/20qz=1.2qz=1.2×331m³/h=397.2m³/h
在最大涌水期,工作和备用水泵必须的排水的排水能力为
QBmax=24/20qmax=1.2qmax=1.2×545m³/h=654m³/h
式中QB—工作水泵具备的总排水能力,m³/h;
QBmax—工作和备用水泵具备的总排水能力,m³/h;
qz—矿井正常涌水量,m³/h;
qmax—矿井最大涌水量,m³/h。
2、水泵所需扬程的计算
HB=Hsy/ηg=(446+4)/0.9=500m
ηg—管道效率,与排水管敷设倾角a角有关,一般为:
当a=90°时,ηg=0.9~0.89;当a>30°时,ηg=0.83~0.8;a=30°~20°时,ηg=0.8~0.77;a<20°时,ηg=0.77~0.74。
3、水泵型号及台数选择
根据计算的QB、HB,从水泵的技术规格表中初选效率较高的D450-60x9型水泵。
该水泵额定流量Qe=450m³/h,额定扬程,He=513m
(a)正常涌水时水泵工作台数
n1=QB/Qe≥397.2/450取n1=1台
(b)水泵级数
i=HB/He=500/60取i=9级
(c)备用水泵台数
n2=0.7QB/Qe=0.7×397.2/450取n2=1台
(d)检修水泵台数
n3=0.25QB/Qe=0.25×397.2/450=0.2125取n3=1台
(e)最大涌水时工作水泵台数
n4=QBmax/Qe=545/450取n4=2台
因为n1+n2=1+1=2所以n1+n2>n4
(f)水泵总台数
n=n1+n2+n3=1+1+1=3台
管路的选择
1、管路趟数及泵房内管路布置形式。
根据泵的总台数,选用典型的三泵两趟管路系统,一条管路工作,一条管路备用。
正常涌水时,一台水泵向一趟管路供水,最大涌水时,只要两台泵工作就能达到在20h内排出24h的最大涌水量,故从减少能耗的角度可采用两台泵向两趟管路供水,从而可知每趟管内流量Qe等于泵的流量。
2、管路系统
管路布置参照图如图1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。
泵房内管路布置图
3、管路材料。
由于井深大于200m,确定采用无缝钢管。
4、排水管内径
排水管直径d´p=0.0188==0.282m
式中vp——排水管内的流速,通常取经济流速vp=1.5~2.2(m/s)来计算。
此处选vp=2m/s
查表9-5,选Ф325x13无缝钢管,外径325mm,壁厚13mm,则排水管内径
dp=(325-2×13)mm=299mm。
壁厚验算同书上
5、吸水管直径:
根据选择的排水管内径。
吸水管选用Ф351x8无缝钢管
排水管长度可估算为:
Lp=Hsy+(40~50)m=450+(40~50)m=(490~500)m
取Lp=500m,吸水管长度可估算为Lx=7m。
管路阻力系数R的计算
沿程阻力系数
吸水管λx===
排水管λp===
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
2
式中 R——管路阻力系数,;
、——吸、排水管的长度,m;
、——吸、排水管的内径,m;
、——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
、——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。
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
452.01
453.14
454.51
456.14
458.02
460.16
462.54
465.17
H2/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QM1=565m3/h,HM1=466m,ηM1=0.76,HsM1=5m,NM1=1000KW;旧管的工况点参数为QM2=516m3/h,HM2=283m,ηM2=0.81,HsM2=5.3m,NM2=492KW,因ηM1、ηM2均大于0.7,允许吸上真空度HsM1=5m,符合《规范》要求。
6.6校验计算
6.6.1排水时间的验算
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,工作水泵台同时工作时每天的排水小时数
最大涌水期,工作水泵、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。
6.6.2经济性校核
工况点效率应满足η=0.8≥0.85η≥0.85×0.78=0.66,
η=0.81≥0.69。
6.6.3稳定性校核
H=450≤0.9iH0=0.9×513=461.7m
式中——单级零流量扬程,。
由-型水泵特性曲线图可知=
6.6.4经济流速校核
吸水管中流速
排水管中流速
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
6.6.5吸水管高度校核
式中[HSM1]=HSM1-(10-ha)-(hn-0.24)
=5.23
注:
——不同海拔高度z时大气压值见表[]m;
——不同水温t时的饱和蒸汽压力值[]m;
实际吸水高度H=4m<[H],吸水高度满足要求。
6.6.6电机功率计算
=
式中 ——电动机容量富余系数,一般当水泵轴功率大于
100KW时,取=1.1;当水泵轴功率为
10~100KW时,取=1.1~1.2。
水泵配套电机功率为,大于计算值,满足要求。
6.6.7电耗计算
1)年排水电耗
式中——年排水电耗,;
——水的重度,;由给定条件可知=10003
、——年正常和最大涌水期泵工作台数;
、——正常和最大涌水期泵工作昼夜数;
、——正常和最大涌水期泵每昼夜工作小时数;
——传动效率,对直联接取1,联轴器联接取0.95~0.98;
——电动机效率,对于大电动机取0.9~0.94,小电动
机取0.82~0.9;
——电网效率,取0.95;
2)吨水百米电耗校验
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