【文章內容簡介】 在 20h 內排出礦井 24h 的最大涌水量。 2） 礦用水泵的分類 水泵的種類是多種多樣的，可以分為離心式泵和軸流式泵兩大類型，礦用水泵多屬于離心式泵。 礦用水泵又分為：臥式、單級、單吸水泵，臥式、單吸、多級分段式水泵，臥式、多級螺殼式水泵，潛水泵，深井泵，吊泵 .. 3）排水系統(tǒng) 在我國煤礦中，目前通常采用集中排水法。集中排水開拓量小，管路敷設簡單，管 理費用低，但由于上水平需要流到下水平后再排出，則增加了電耗。當?shù)V井較深時可采用分段排水。 涌水量大和水文地質條件復雜的礦井，若發(fā)生突然涌水有可能淹沒礦井。因此，當主水泵房設在最終水平時，應設防水門。 在煤礦生產中，單水平開采通常采用集中排水；兩個水平同時開采時，應根據(jù)礦井的具體情況進行具體分析，綜合基建投資、施工、操作和維護管理等因素，經(jīng)過技術和經(jīng)濟比較后。確定最合理的排水系統(tǒng)。 2. 排水設備及系統(tǒng)的選擇 開拓方式為立井，其井標口高為 +12m，開采水平標高為 250m，正常涌水 量為 9 320m3/h；最大涌水量為 650m3/h；持續(xù)時間 60d。礦水 PH 值為中性，重度為10003N/m3，水溫為 15℃。該礦井屬于低沼氣礦井，年產量為 120 萬噸。 ] 從 給定的條件可知，該礦井只有一個開采水平，故可選用單水平開采方案的直接排水系統(tǒng)，只需要在井底車場副井附近設立中央泵房，將井底所有礦水集中排至地面。 1．水泵必須排水能力 正常涌水期 hmqqQzzB / 3????? 最大涌水期 hmqqQ / 3m a xm a xm a x ????? 式中 BQ —— 工作水泵具備的總排水能力， 3/mh； maxQ —— 工作和備用水泵具備的總排水能力， 3/mh； zq —— 礦井正常涌水量， 3/mh； maxq ———— 礦井最 大涌水量， 3/mh。 2．水泵所需揚程估算 由于水泵和管路均未確定，無法確切知道所需的揚程，所以需進行估算，即 2 5 0 1 2 4 2960 . 9syB gHHm? ??? ? ? 式中 BH —— 估算水泵所需揚程， m ； syH —— 側地高 度，即吸水井最低水位至排水管出口間的高度差，一般可取 syH =井底與地面標高差 +4（井底車場與吸水井最低水位距離）， m ； g? —— 管路效率。當管路在立井中鋪設時， g? =～ ；當管路在斜井中鋪設，且傾角 ? 30 時 , g? =～ ； ? ＝ 30 ～ 20 時， g? ＝ ～； ? ＜ 20 時， g? ＝ ～ 。 [6] 1）水泵型號的選擇 根據(jù)計算的工作水泵排水能力，初選水泵。從水泵產品目錄中選取D45060 5 型號泵，額定流量 450 m3/h 額定揚程 300m。則： 2）水泵級數(shù)的確定 296 4 .9 360BiHi H? ? ? 取 i =5 級 式中 i —— 水泵的級數(shù)； iH —— 單級水泵的額定揚程， m 。 3）水泵臺數(shù)確定 10 工作泵臺數(shù) 1 384 0 .8 5450BeQn Q? ? ? 取 n1=1 備用水泵臺數(shù) n2≥ = 1= 和 n2≥ Qmax/Qen1= 780/4501=,取 n2=1 檢修泵數(shù) n3≥ n1= 1=，取 n3=1 因此，共選 3臺泵。 管路的選擇 管路趟數(shù)及泵房內管 路布置形式 根據(jù)泵的總臺數(shù)，選用典型三泵兩趟管路系統(tǒng)，一條管路工作一條管路備用。正常涌水時，一臺泵向一趟管路供水；最大涌水時，兩臺泵同時工作就能達到 20h 內排出 24h 的最大涌水量，故從減少能耗的角可采用兩臺泵向兩趟管路供水，從而可知每趟管路內流量 Qe等于泵的流量。 管材的選擇 由于井深遠大于 200m ，確定采用無縫鋼管。 3）排水內徑 39。 4 88 88 9 ~ 6360 0 ~ ppd m mvv?? ? ? ? 式中 pd —— 排水管內徑， m ； Q —— 排水管中的流量， 3/mh； pv —— 排水管內的流速，通常取經(jīng)濟流速 pv ＝１ .５～２ .２ （ｍ／ｓ）來計算。 從表 1－１預選Φ 325 8 無縫鋼管，則排水內徑 pd =（ 3252 8） mm = 309mm。 表 11 熱軋無縫鋼管 （ YB23170） 外徑 /mm 壁厚 /mm 外徑 /mm 壁厚 /mm 外徑 /mm 壁厚 /mm 89 ～ 146 ～ 273 ～ 95 ～ 152 ～ 299 ～ 102 ～ 159 ～ 325 ～ 108 ～ 168 ～ 351 ～ 114 ～ 180 ～ 377 ～ 121 ～ 194 ～ 402 ～ 127 ～ 203 ～ 426 ～ 133 ～ 219 ～ 459 ～ 140 ～ 245 ～ 480 ～ 11 常用壁厚尺寸系列 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 25 28 30 32 36 40 50 56 60 63 70 75 4)壁厚驗算 δ≥ pd （ 1 ????? pp??)+C 式中 pd —— 所選標準內徑， cm； z? —— 管材許用應力。焊接鋼管 z? =60MPa，無縫鋼管 z? =80MPa； p —— 管內水壓，考慮流動損失，作為估算 11pa?? ? ??； C—— 附加厚度。焊接鋼管 cm? ，無縫鋼管 ~ cm? 。 所選標準壁厚應等于或略大于按上式計算所得的值。吸水管壁厚不需要驗算。 δ =? ( 8 0 0 .4 0 .0 1 1 2 9 6 18 0 1 .3 0 .0 1 1 2 9 6? ? ? ?? ? ?)+ = cm≤ cm 因此所選壁厚合適。 5）吸水管徑 根據(jù)選擇的排水管徑，吸水管選用Φ３５１８無縫鋼管。 3. 工況點的確定及校驗 管路系統(tǒng) 管路布置參照圖 12 所示的方案。這種管路布置方式任何一 臺水泵都可以經(jīng)過兩趟管路中任意一趟排水，排水管路系統(tǒng)圖如圖 12所示。 圖 12 泵房管路布置圖 估算管 路長度 排水管長度可估算為： Lp=Hsy+（ 40～ 50） m =266+（ 40～ 50） m =（ 306～ 316）ｍ 12 取 Lp=315m ，吸水管長度可估算為 Lx=7m 。 管路阻力系數(shù) R的計算 [4] 沿程阻力系數(shù)： 吸水管 λ x = = = 排水管 λ p = = = 局部阻力系數(shù)吸、排水管及其阻力系數(shù)分別列于表 1表 14 中。 底 閥9 0 176。彎頭異徑管數(shù) 量111局部阻力系數(shù)數(shù) 量 局部阻力系數(shù)閘 閥逆止閥轉彎三通9 0 176。彎頭異徑管直流三通30176。 彎頭21112444. 80. 97 40. 1∑ ζ χ = 5. 87 42 5 . 5 2 = 1 1 . 0 46. 51. 50. 54 0 . 7 = 2 . 84 0 . 9 7 4 = 3 . 8 9 62 0 . 9 7 4 3 0 / 9 0 = 0 . 6 4 9∑ ζ pζp = 26 .8 85表13吸水 管附件及局部阻力系數(shù) 表14排水 管附件及局部阻力系數(shù) 即： 2 5 4 5 481 ( 1 )[]pxxx p px x p pllR g d d d d?? ? ?? ?? ? ? ? ? ? 2 5 4 52548 7 4 .0 9 4 3 1 5{ 0 .0 2 9 2 0 .0 2 9 99 .8 1 0 .3 3 5 0 .3 3 5 0 .3 0 91( 1 2 0 .4 1 2 ) ] } /0 .3 0 9[hm?? ? ? ? ? ??? 252 2 55 2 55 0 1 .6 9 /15 0 1 .6 9 ( ) /36003 .8 7 1 1 0 /smhmhm?????? 式中 R—— 管路阻力系數(shù)， 25/sm； xl 、 pl —— 吸、排水管的長度， m； xd 、 pd —— 吸、排水管的內徑， m； x? 、 p? —— 吸、排水管的沿程阻力系數(shù)，對于流速 v≥ ，其值 可按舍維列夫公式計算，即 13 ?? x?? 、 p?? —— 吸、排水管附件局部阻力系數(shù)之和。 管路特性方程 新管 : 2 5 21 2 6 6 1 3 .8 7 1 1 0sy KR Q Q?? ? ? ? ? ? ? ? ? 舊管 : 2 5 22 2 6 6 1 .7 3 .8 7 1 1 0sy KR Q Q?? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中 K—— 考慮水管內徑由于污泥淤積后減小而引起阻力損失增大的系數(shù)，對于新管K=1，對掛污管徑縮小 10%，取 K=，一般要同時考慮 K=1和 K=，俗稱新管和舊管。 繪制管路特性曲線并確定工況點 根據(jù)求得的新、舊管路特性方程，取 8 個流量值求得相應的損失，列入表 15中。 表 15管路特性參數(shù)表 Q/（ m3 h1） 200 250 300 350 400 450 500 550 H1/m H2/m 利用表 15中各點數(shù)據(jù)繪制出管路特性曲線如圖 17所示，新、舊管路特性曲線與揚程特性曲線的交點分別為 M1和 M2，即為新、舊管路水泵的工況點。由圖中可知：新管的工況點參數(shù)為 QM1=533m3/h,HM1=276m,η M1=,HsM1=,NM1=499KW；舊管的工況點參數(shù)為 QM2=515 m3/h， HM2=282m,η M2=,HsM2=,NM2=495KW，因ηM η M2均大于 ，允許吸上真空度 HsM1=，符合《規(guī)范》要求。 校驗計算 (1)排水時間的驗算。 管路掛污后，水泵的流量減小，因此應按管路掛污后工況點流量校核。 正常涌水時，工作水泵 1n 臺同時工作好似每天的排水小時數(shù)為： 1 224 2 4 3 2 0 1 4 . 9 1 2 01 5 1 5zzMq h h hnQ ?? ? ? ? ?? 最大涌水時采用兩臺泵兩條管路排水，作并聯(lián)等效管路特性曲線與兩臺泵并聯(lián)等效管路特性曲線與兩臺泵并聯(lián)等效泵的揚程曲線，交點為等效泵工作點。反推可求得每臺泵的工況點，以該工況點 的流量 Q=515m3/h。 計算排水時間為 : m a xm a x1 2 ) 224 2 4 6 5 0 1 5 . 1 5 2 0( ( 1 1 ) 5 1 5Mq h h hn n Q??? ? ? ? ??? 14 即實際工作時，只需 2臺水泵同時工作即能完成在 20h 內排出 24h 的最大涌水量。 （ 2）經(jīng)濟性校核。 工況點效率應滿足η1M=≥ max≥ =，η2M=≥ 。 （ 3）穩(wěn)定性校核。 Hsy =266≤ = 5 72=324m 式中 : 0? —— 單級泵最大揚程， m ； 由 D450 60 型水泵特性曲線圖可知 0? =72m 。 （ 4）經(jīng)濟流速校核。 吸水管中流速 : 122533 / 1 . 6 8 1 /9 0 0 9 0 0 0 . 3 3 5Mx xQv m s m sd??? ? ??? 排水管中流速 :1 22533 / 1 . 9 8 /9 0 0 9 0 0 0 . 3 0 9MppQv m s m sd??? ? ??? 吸、排水管中的流速在經(jīng)濟流速之內，故滿足要求。 (注：吸、排水管的經(jīng)濟流速通常取 ～ ) （ 5）吸水管高度校核。 [Hx ] ? ? 2112 5 4 18 xxS M x Ml Qg d d??? ????? ? ? ????? 2 5 428 7 4 1 533 5 5 360 0 1?? ? ??? ? ? ? ? ??? ??? ??????? 式中 : [HSM1] = HSM1（ 10ha） （ ） =（ ） （ ）