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王村煤矿13529运输巷排水系统设计

作者:孙王海,吴新选 2013-12-27 来源:煤矿安全网

  王村煤矿13529运输巷排水系统设计

  孙王海,吴新选

  一、设计原则:

  遵循《煤矿安全规程》、《煤矿井下排水泵站及排水管径设计规范》和《煤炭工业小型矿井设计规范》以及其它有关规定。

  二、13529排水系统设计:

  1、该工作面的基本情况:

  该工作面运输巷排水长度为1476米,切眼长度为135米。运输巷排水到5#联巷,该处的标高为352米、运输巷的最低标高为341米,其排水距离是从13529运输巷和三下辅助运输巷及13523运输巷及13523运输联巷到5#联巷,再从水沟流到三下2#水仓及排水距离为1833米。轨道巷长度为1476米,轨道巷排水到6#联巷,该处的标高为375米,轨道巷的最低标高为343米,其排水距离是从13529轨道巷和该轨道联巷及6#联巷,再从水沟流经三下辅助轨道巷流到三下2#水仓。其排水距离为1122米。

  2、排水能力计算

  ⑴该工作面运输巷的正常涌水量为50m3/h,排水泵现已布置好,先应选应急排水水泵。

  Q1=24QZ/20=1.2QZ=60m3/h

  ⑵最大涌水量时工作水泵最小排水能力

  Q2=24Qm/20=1.2Qm=1.2×200=240m3/h

  3、水泵扬程估算:

  H=K(HP+HX)=

  HP为排水高度,且HP=H1-H2=

  式中:K为管路损失系数:立井:K=1.1~1.15

  斜井: α<20°时,K=1.3~1.35

  α=20°~30°时,K=1.3~1.25

  α>30°时,K=1.25~1.2

  该巷道排水应按斜井排水系统里设计计算:

  即:HP=H1-H2=352-341=11

  水泵的扬程应是:H=K(HP+HX)=1.3×(11+5)=20.8米

  4、确定水泵的台数:

  根据计算的Q1、Q2、H,查水泵样本选水泵,并根据水泵的主要技术参数,初预选水泵的流量Qb(一般为额定流量),按《煤矿安全规程》第278条相关规定,分别计算出水泵站内工作水泵、备用水泵、检修水泵台数。水泵站内水泵总台数按N按下面情况计算。

  ⑴、正常涌水时:N=n1+n2+n3

  式中:工作水泵台数n1=Q1/Qb=60/180=0.333≤1

  备用水泵台数n2=0.7n1,且n2≤1,当n2不为整数时,其小数应进位到整数。

  检修水泵台数n3=0.25n1,且n3≤1,当n3不为整数时,其小数应进到整数。

  ⑵最大涌水量时,水泵工作台数n4=Q2/Qb

  当n4≤n1+n2时,则N=n1+n2+n3,

  当n4≥n1+n2时,则N=n4+n3.

  ⑶水文地质条件复杂、有突水危险的矿井,应该根据情况增设水泵,或预留安装水泵位置。

  即:n4=Q2/Qb=240/180=1.333

  n4=n1+n2=1+1=2≥1.33

  根具计算应选水泵为BQS180—90—90KW潜水泵3台

  三、排水管路计算和管路布置

  1、管路布置的原则

  ⑴、根据《煤矿安全规程》第278条规定, 排水管路应设工作管路和备用管路。工作管路应能在20h内排出矿井24小时正常涌水量,工作管路和备用管路应能在20h内排出24小时最大涌水量。

  ⑵、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》要求,每台水泵均能经两条管路排水,排水管路在泵站内宜作环形布置。

  ⑶、管路和水泵的匹配,宜一管一泵;如果水泵需要并联工作,一趟管路宜并联2台水泵,即一管二泵,最多不宜超过一管三泵;有时为了控制管内水的流速,1台水泵也可并联二趟管路运行。

  ⑷、水文地质条件复杂、有突水危险的矿井,视情况在井筒及管子道预留安装排水管位置。

  2、管径计算

  ⑴、选择排水干管管径时,应根据矿井涌水量最大和矿井规模及服务年限,进行技术经济比较,确定合理的流速和管径。

  ⑵、管径计算

  Dp=(Q/900πν)1/2(m),

  式中:Q—流经管内流量(m3/h).一管一泵时Q=Qb,一管二泵时Q=2Qb,余类推V—管内流速,一般管内V=1.5~2.2m/s,当dp>200mm时可适当增加,但不宜超过2.5m/s。

  3、管壁厚度计算:

  ⑴根据原煤炭工业部联合编写的《矿井提升、通风、排水、压风设备设计手册》中所推荐的公式计算:

  δ=1/1+2p/[230(Kz-0.65)-p]{[Pdp/230(kz-0.65)-p]+c}

  式中:dp-dp排水管外径(mm)

  P-计算管段内部最大工作压力(Kg/cm2)

  Kz-管材许用应力(Kg/mm2),且Kz =0.25δB

  δB-管材抗拉许用应力(Kg/mm2),当不知钢号时,无缝钢管取Kz=8~10Kg/mm2,焊接钢管取Kz=6kg/mm2。

  C-附加厚度,一般取C=1mm。

  计算:

  δ=1/1+2p/[230(kz-0.65)-p]{pdp/230(kz-0.65)-p]+c}

  =1/1+2*35/[230(kz-0.65)-35]{[35*165/230(10-0.65)-35]+1}

  =1+70/2115.5*200

  =6.62+1

  =7.62mm

  ⑵、根据《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》(送审稿)中推荐的公式计算:

  δ=δ+C

  δ=PDw/[2.3×(Rφ-6.4)+P]

  式中:P—计算管段的最大工作压力(MPa)

  Dw-排水管外径(cm)

  R—管材许用应力(MPa)

  10#钢:R=85;15#钢:R=95;20#钢:R=100

  φ—管子焊缝系数。无缝钢管取1;

  螺旋焊接钢管:双面焊,全部探伤取1

  螺旋焊接钢管:双面焊,不探伤取0.7

  C—计入制造负责偏差和腐蚀的附加厚度:

  无缝钢管:C=0.15(δ+1)(cm)

  说明:管壁厚度计算公式较多,煤炭系统比较公认的四大件设计手册中所推荐的公式,即(公式一)。因此,在《煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范》未批准实施前,设计宜采用(公式一)计算。但因按(公式二)计算的管壁厚度比按(公式一)计算的厚度大,所以在上述设计规范批准后,则应采用(公式二)计算,以使设计符合规范要求。

  4、根据计算的dp和δ,选择标准无缝钢管。而我矿13529运输巷排水管使用的是SSPE管路,该管的抗压强度为3.5MPa,管子内径为φ138mm,该管的外径为φ165mm。该排水点选取的水泵应为BQS180—90—90KW潜水泵。

  四、确定水泵工况点,检验排水系统(包括水泵和管路)设计选型计算的符合性。

  确定水泵工况点,就是求出水泵H—Q特性曲线和管网特性曲线H=Hc+RQ2的交点。鉴于水泵样本给出的H—Q特性曲线,系由厂家通过模拟试验数据绘制而成,并不存在H=f(Q)函数关系,因此,不能利用解方程求解。目前一般采用作图法确定水泵运行工况,其方法有二。

  1、第一种方法,也即我矿目前使用的方法,其步骤如下:

  ⑴、首先分段计算管路损失△h

  ①吸水管部分

  △hx=(λxLx/dx+ )Vx2/2g

  V=Q/900πd2

  所选水泵为潜水泵,说明潜水泵不需用吸水管就可以。

  ②、排水管部分

  a、水泵出水口至排水干管段

  △hx=(λp1Lp1/dp1+ )Vp12/2g

  =Rp1Q2=0.0169*2402=973.44

  b、排水干管段

  △hx=(λp2Lp2/dp2+ )Vp22/2g

  =Rp2Q2=0.0169*2402=973.44

  ⑵绘制管网特性曲线H=Hc+RQ2

  式中Hc—测量高度,Hc=Hp+Hx

  R—管路阻力,R=Rx+Rp+n2Rp2

  将Hc、R数值代入,并考虑因沉积物使管径变小阻力增大系数,则H=Hp+Hx+1.7(Rx+Rp1+n2Rp2)Q2(新管则乘1.7系数)。在不同的n值下(n=1,2,3),给出不同的Q值,即可绘制管网特性曲线。

  ⑶确定水泵运行工况点

  水泵样本给出的H—Q特性曲线和绘出的管网特性曲线H=Hc+RQ2,两条特性曲线的交点M即为水泵运行工况点。改点对应的Q、H、η、npsh,即是水泵运行的流量、扬程、效率和必须的汽蚀余量。

  根据工况点对应的Q、H检验矿井最大涌水量和正常涌水量时水泵工作台数、管路趟数及每天水泵工作时间。水泵和管路的各种配合运行方式,均应能保证水泵每天工作时间不超过20h.从图可知,此时水泵的实际流量为Qb/,则要求T1=24QZ/nQb/≤20h, T2=24Qm/nQb/≤20h.同时检验排水管中的流速,V=nQb//900πdp22,如超出经济流速范围,则应调整管路系统,或采取其它措施,直至满足要求。

  所以:T1=24*50/1*180=6.7≤20

  T2=24*200/2*180=13.3≤20

  流速:V= nQb//900πdp22,=1*180/900*π*

  ⑸、计算电动机的容量:

  先按一管一泵运行时水泵工况点对应的Q、H、η计算出水泵的轴功率:N=QHr/102×3600η

  电动机的容量:

  Nd,=KQHr/102*3600ηηm=1.1*50*H*1020/102*3600ηηm=

  式中 K—电动机容量的富余系数,K=1.1—1.2

  ηm—传动效率,直连取1,联轴节轴取1.2,

  r—矿井水的容重,一般r=1020Kg/m2。

  根据Nd,选择电动机。(一般电动机由水泵厂成套供应)。

  ⑹、按水泵在管路未淤积前(即新管)一管一泵运行时水泵工况的计算水泵的轴功率,检验电动机是否过负荷。

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