| 彝安矿排水设计
一、设计基础资料
1、根据《彝安煤矿勘探地质报告》，对矿井涌水量预测最大涌水量为464m3/h，正常为涌水量294m3/h。
2、矿井一水平标高+910m，3#井筒标高+1158m。
二、排水方式
矿井排水系统经3#主井采用一级排至地面。
三、水泵排水能力计算
1、按“煤矿安全规程”规定：20小时排完24小时的正常涌水量，则每小时排水量为：
QB=24Qr/20=24×294/20=352.8（m3/h）
式中：QB—正常涌水时，每小时应排出的水量，m3/h；
Qr—正常涌水量，m3/ h。
2、按“煤矿安全规程”规定：20小时排完24小时的最大涌水量，则每小时排水量为：
QB′=24Qrm/20=24×464/20=556.8（m3/h）
式中：Qrm—最大涌水量，m3/ h。
3、水泵扬程计算
HB=KB（HP+HX）=1.3×（248+5）
=329（m）
式中：KB—管路损失系数，取1.3；
HP—水泵排水垂高， m；
HX—水泵吸水垂高，取5m。
4、预选水泵型号规格
初选水泵MD500，故水泵级数：i=HB/Hi=329/57=5.78，故i取6
初选MD-500-57*6型水泵，排水量500m3/h，扬程342m，n=1480r/min，ηB=80%；功率680kW，电压10KV。
5、校验水泵的稳定性
HSY≦0.9H0 即HSY =248+5=253m, H0=6*57=342m, HSY=253m≦0.9H0=0.9*342=308m。所选水泵工作具有稳定性。
6、水泵台数计算
（1）正常涌水量时，所需工作水泵台数
n1=QB/Qe=352.8/500=0.71（台），取n1=1台；
式中： Qe—预选水泵排水量，m3/h。
（2）备用水泵台数
n2≥0.7 n1= 1×0.7＝0.7（台），同时n1+ n2=Q//Qe=556.8/360=1.55；故备用水泵取1台。
（3）检修水泵台数
n3≥0.25 n1= 0.31（台），检修水泵n3＝1台。
（4）水泵总台数：n= n1+ n2+ n3=1+1+1=3（台）
根据《煤矿安全规程》规定：主排水泵必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应在20h内排出矿井24h的正常涌水量。备用水泵的能力不小于工作水泵能力的70%。并且工作和备用水泵的总能力应在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水仓应能容纳8h的正常涌水量。故选择3台水泵，由于矿井的涌水量是预测出的，可能未来有所增加，水泵房应预留安装空间，其型号规格及配套电机等技术参数详见表6-3-1。
表6-3-1 彝安煤矿主排水设备表
水泵型号 流量
（m3/h） 扬程
（m） 转速
(r/min) 电动机型号 功率
（kW） 电压
（V）
MD 500-57*6 500 342 1480 680 10000
四、管道计算与选择
1、排水管内径计算
dp＝＝=√4*500/3600*3.14*1.8=0.329m
式中：dp—排水管直径，mm；
Qp—预选水泵排水量正常时1台运转，m3/h；
Vj—经济流速1.5～2.2m/s，取1.8m/s。
排水管选用无缝钢管Φ351×6，外径351mm，壁厚10mm，内径331mm。
管壁厚度验算：
δ=1/｛1+2p/（2.3*〖R-6.5*106〗-p｝*｛pd/2.3*〖（R-6.5*106）-p〗+c｝=0.0086m
2、吸水管内径计算
dx= dx’ +25mm＝329＋25＝354mm
吸水管选用无缝钢管Φ377，外径377mm，壁8mm，内径361mm。
从计算知：排水管路可选用Φ351*10型无缝钢管，吸水管选用Φ377*8型无缝钢管。
3、管路特性计算：
管路特性方程H=Hsy+ARQ2
式中A---管内径变化而引起阻力损失变化的系统。对于新管A=1，对于管内挂垢时，A=1.7。
R=8*｛Σξx/d4X +λxLx/ d5x +(Σξp+1)/ d4p+λpLp/ d5p｝/П2g
式中λx、λp----吸排水管的沿程阻力系统，查表得
λx=0.0258 λp=0.0263
dx、 dp ---- 吸、排水管内径 dx=0.35m dp=0.325m
Lx ----吸水管长度数 Lx=10m
Lp----排水管实际长度
Lp=(1158-910)/sin180+30+15=848m
吸水管 名称 数量 ξx
无底闸 1 3
90弯头 1 0.206
渐缩管 1 0.1
排水管 名称 数量 Σξp
闸阀 3 0.5*3
90弯头 7 0.206*7
逆止阀 1 7.5
三通 2 2.0*2
斜弯 2 1.0*2
Σξx、Σξp----吸、排水管上局部阻力损失之和。
Σξx=3+0.206+0.1=3.306
Σξp=0.5*3+0.206*7+7.5+2.0*2+1.0*2=16.44
R=8*｛3.306/0.354 +0.0258*10/ 0.355 +(16.44+1)/ 0.3254+0.0263*848/ 0.3255｝/3.142*9.8
=661s2/m5=5.1*10-5h2/m5
新管特性为
H1=Hsy+ARQ2 =253+5.1*10-5* Q2
挂垢管特性为
H2=Hsy+ARQ2 =253+1.7*5.1*10-5* Q2=253+8.7*10-5Q2
根据流量范围，选择7个流量值，分别计算其杨程：
Q m3/h 0 100 200 300 400 500 600
H 1 m 253 254 255 258 261 266 271
H2 m 253 254 256 261 267 275 284
MD500-57单级水泵性能曲线
利用上表数据，所选水泵特性曲线上，画上管路特性曲线1、2，即得到水泵工作初期和管子挂垢后的工况点M1、M2，各工况参数为：
M1 QM1=660m3/h HM1=275.5m ηM1=73%
M2 QM2=630m3/h HM2=287.5m ηM2=75%
矿井主排水系统图详见矿井排水系统图。
五、水泵性能校验
1、正常涌水量时的排水时间：
初期：TZ=24Qr/n1Q1=7056/(1×500)=14.1（h）＜20h；
符合《煤矿安全规程》要求。
式中：n1Q1～n1台水泵运行时的排水量(m3/h)。
2、最大涌水量时的排水时间
初期：TM=24Qrm/n′Q1=11136/(2×500)=11.1（h）＜20h；
基本符合《煤矿安全规程》要求。
3、排水管内的实际流速
VP=nQ1/900πdp2=500/(900×3.14×0.352)=1.44（m/s）
符合要求。
六、电动机容量校验
1、水泵的轴功率
NSB＝＝=500*316*1050/102*3600*0.9
＝502（kW）
式中：r0－矿井水重度，取1050kg/m2。
2、电动机容量
Pd＝==1.15*502/0.9＝640（kW）
选用电动机合格。
七、水仓容积在确定
根据《煤矿安全规程》规定，水仓应能容纳8h的正常涌水量。彝安煤矿正常涌水量为7056m3/d。因此，其水仓容积为：
V=Qr/3=7056/3=2352（m3）；取2500m3。
彝安煤矿水仓设主、副两个水仓，容积2500m3。其中一个清理时，另一个能保证正常使用。
八、水泵电控
选择10KV高压电抗启动器，3台。
型号：QBRG-50/10K，DKBG-1000/10
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