王村煤礦13529運(yùn)輸巷排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　孫王海，吳新選

　　一、設(shè)計(jì)原則：

　　遵循《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦井下排水泵站及排水管徑設(shè)計(jì)規(guī)范》和《煤炭工業(yè)小型礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》以及其它有關(guān)規(guī)定。

　　二、13529排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　　1、該工作面的基本情況：

　　該工作面運(yùn)輸巷排水長度為1476米，切眼長度為135米。運(yùn)輸巷排水到5#聯(lián)巷，該處的標(biāo)高為352米、運(yùn)輸巷的最低標(biāo)高為341米，其排水距離是從13529運(yùn)輸巷和三下輔助運(yùn)輸巷及13523運(yùn)輸巷及13523運(yùn)輸聯(lián)巷到5#聯(lián)巷，再從水溝流到三下2#水倉及排水距離為1833米。軌道巷長度為1476米，軌道巷排水到6#聯(lián)巷，該處的標(biāo)高為375米，軌道巷的最低標(biāo)高為343米，其排水距離是從13529軌道巷和該軌道聯(lián)巷及6#聯(lián)巷，再從水溝流經(jīng)三下輔助軌道巷流到三下2#水倉。其排水距離為1122米。

　　2、排水能力計(jì)算

　?、旁摴ぷ髅孢\(yùn)輸巷的正常涌水量為50m3/h,排水泵現(xiàn)已布置好，先應(yīng)選應(yīng)急排水水泵。

　　Q1=24QZ/20=1.2QZ=60m3/h

　?、谱畲笥克繒r(shí)工作水泵最小排水能力

　　Q2=24Qm/20=1.2Qm=1.2×200=240m3/h

　　3、水泵揚(yáng)程估算：

　　H=K(HP+HX)=

　　HP為排水高度，且HP=H1-H2=

　　式中：K為管路損失系數(shù)：立井：K=1.1～1.15

　　斜井： α<20°時(shí)，K=1.3～1.35

　　α=20°～30°時(shí)，K=1.3～1.25

　　α>30°時(shí)，K=1.25～1.2

　　該巷道排水應(yīng)按斜井排水系統(tǒng)里設(shè)計(jì)計(jì)算：

　　即：HP=H1-H2=352-341=11

　　水泵的揚(yáng)程應(yīng)是：H=K(HP+HX)=1.3×(11+5)=20.8米

　　4、確定水泵的臺(tái)數(shù)：

　　根據(jù)計(jì)算的Q1、Q2、H，查水泵樣本選水泵，并根據(jù)水泵的主要技術(shù)參數(shù)，初預(yù)選水泵的流量Qb(一般為額定流量)，按《煤礦安全規(guī)程》第278條相關(guān)規(guī)定，分別計(jì)算出水泵站內(nèi)工作水泵、備用水泵、檢修水泵臺(tái)數(shù)。水泵站內(nèi)水泵總臺(tái)數(shù)按N按下面情況計(jì)算。

　?、拧⒄Ｓ克畷r(shí)：N=n1+n2+n3

　　式中：工作水泵臺(tái)數(shù)n1=Q1/Qb=60/180=0.333≤1

　　備用水泵臺(tái)數(shù)n2=0.7n1，且n2≤1，當(dāng)n2不為整數(shù)時(shí)，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)位到整數(shù)。

　　檢修水泵臺(tái)數(shù)n3=0.25n1，且n3≤1，當(dāng)n3不為整數(shù)時(shí)，其小數(shù)應(yīng)進(jìn)到整數(shù)。

　?、谱畲笥克繒r(shí)，水泵工作臺(tái)數(shù)n4=Q2/Qb

　　當(dāng)n4≤n1+n2時(shí)，則N=n1+n2+n3，

　　當(dāng)n4≥n1+n2時(shí)，則N=n4+n3.

　　⑶水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水危險(xiǎn)的礦井，應(yīng)該根據(jù)情況增設(shè)水泵，或預(yù)留安裝水泵位置。

　　即：n4=Q2/Qb=240/180=1.333

　　n4=n1+n2=1+1=2≥1.33

　　根具計(jì)算應(yīng)選水泵為BQS180—90—90KW潛水泵3臺(tái)

　　三、排水管路計(jì)算和管路布置

　　1、管路布置的原則

　?、拧⒏鶕?jù)《煤礦安全規(guī)程》第278條規(guī)定， 排水管路應(yīng)設(shè)工作管路和備用管路。工作管路應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24小時(shí)正常涌水量，工作管路和備用管路應(yīng)能在20h內(nèi)排出24小時(shí)最大涌水量。

　?、?、根據(jù)《煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，每臺(tái)水泵均能經(jīng)兩條管路排水，排水管路在泵站內(nèi)宜作環(huán)形布置。

　?、?、管路和水泵的匹配，宜一管一泵;如果水泵需要并聯(lián)工作，一趟管路宜并聯(lián)2臺(tái)水泵，即一管二泵，最多不宜超過一管三泵;有時(shí)為了控制管內(nèi)水的流速，1臺(tái)水泵也可并聯(lián)二趟管路運(yùn)行。

　?、?、水文地質(zhì)條件復(fù)雜、有突水危險(xiǎn)的礦井，視情況在井筒及管子道預(yù)留安裝排水管位置。

　　2、管徑計(jì)算

　?、?、選擇排水干管管徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井涌水量最大和礦井規(guī)模及服務(wù)年限，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定合理的流速和管徑。

　　⑵、管徑計(jì)算

　　Dp=(Q/900πν)1/2(m),

　　式中：Q—流經(jīng)管內(nèi)流量(m3/h).一管一泵時(shí)Q=Qb,一管二泵時(shí)Q=2Qb,余類推V—管內(nèi)流速，一般管內(nèi)V=1.5～2.2m/s,當(dāng)dp>200mm時(shí)可適當(dāng)增加，但不宜超過2.5m/s。

　　3、管壁厚度計(jì)算:

　　⑴根據(jù)原煤炭工業(yè)部聯(lián)合編寫的《礦井提升、通風(fēng)、排水、壓風(fēng)設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》中所推薦的公式計(jì)算：

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

　　式中：dp-dp排水管外徑(mm)

　　P-計(jì)算管段內(nèi)部最大工作壓力(Kg/cm2)

　　Kz-管材許用應(yīng)力(Kg/mm2),且Kz =0.25δB

　　δB-管材抗拉許用應(yīng)力(Kg/mm2),當(dāng)不知鋼號(hào)時(shí)，無縫鋼管取Kz=8～10Kg/mm2,焊接鋼管取Kz=6kg/mm2。

　　C-附加厚度，一般取C=1mm。

　　計(jì)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

　?、啤⒏鶕?jù)《煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范》(送審稿)中推薦的公式計(jì)算：

　　δ=δ+C

　　δ=PDw/[2.3×(Rφ-6.4)+P]

　　式中：P—計(jì)算管段的最大工作壓力(MPa)

　　Dw-排水管外徑(cm)

　　R—管材許用應(yīng)力(MPa)

　　10#鋼：R=85;15#鋼：R=95;20#鋼：R=100

　　φ—管子焊縫系數(shù)。無縫鋼管取1;

　　螺旋焊接鋼管：雙面焊，全部探傷取1

　　螺旋焊接鋼管：雙面焊，不探傷取0.7

　　C—計(jì)入制造負(fù)責(zé)偏差和腐蝕的附加厚度：

　　無縫鋼管：C=0.15(δ+1)(cm)

　　說明：管壁厚度計(jì)算公式較多，煤炭系統(tǒng)比較公認(rèn)的四大件設(shè)計(jì)手冊(cè)中所推薦的公式，即(公式一)。因此，在《煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范》未批準(zhǔn)實(shí)施前，設(shè)計(jì)宜采用(公式一)計(jì)算。但因按(公式二)計(jì)算的管壁厚度比按(公式一)計(jì)算的厚度大，所以在上述設(shè)計(jì)規(guī)范批準(zhǔn)后，則應(yīng)采用(公式二)計(jì)算，以使設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求。

　　4、根據(jù)計(jì)算的dp和δ，選擇標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管。而我礦13529運(yùn)輸巷排水管使用的是SSPE管路，該管的抗壓強(qiáng)度為3.5MPa，管子內(nèi)徑為φ138mm，該管的外徑為φ165mm。該排水點(diǎn)選取的水泵應(yīng)為BQS180—90—90KW潛水泵。

　　四、確定水泵工況點(diǎn)，檢驗(yàn)排水系統(tǒng)(包括水泵和管路)設(shè)計(jì)選型計(jì)算的符合性。

　　確定水泵工況點(diǎn)，就是求出水泵H—Q特性曲線和管網(wǎng)特性曲線H=Hc+RQ2的交點(diǎn)。鑒于水泵樣本給出的H—Q特性曲線，系由廠家通過模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制而成，并不存在H=f(Q)函數(shù)關(guān)系，因此，不能利用解方程求解。目前一般采用作圖法確定水泵運(yùn)行工況，其方法有二。

　　1、第一種方法，也即我礦目前使用的方法，其步驟如下：

　?、?、首先分段計(jì)算管路損失△h

　?、傥懿糠?/p>

　　△hx=(λxLx/dx+ )Vx2/2g

　　V=Q/900πd2

　　所選水泵為潛水泵，說明潛水泵不需用吸水管就可以。

　?、凇⑴潘懿糠?/p>

　　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

　?、评L制管網(wǎng)特性曲線H=Hc+RQ2

　　式中Hc—測量高度，Hc=Hp+Hx

　　R—管路阻力，R=Rx+Rp+n2Rp2

　　將Hc、R數(shù)值代入，并考慮因沉積物使管徑變小阻力增大系數(shù)，則H=Hp+Hx+1.7(Rx+Rp1+n2Rp2)Q2(新管則乘1.7系數(shù))。在不同的n值下(n=1,2,3)，給出不同的Q值，即可繪制管網(wǎng)特性曲線。

　?、谴_定水泵運(yùn)行工況點(diǎn)

　　水泵樣本給出的H—Q特性曲線和繪出的管網(wǎng)特性曲線H=Hc+RQ2，兩條特性曲線的交點(diǎn)M即為水泵運(yùn)行工況點(diǎn)。改點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、η、npsh,即是水泵運(yùn)行的流量、揚(yáng)程、效率和必須的汽蝕余量。

　　根據(jù)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H檢驗(yàn)礦井最大涌水量和正常涌水量時(shí)水泵工作臺(tái)數(shù)、管路趟數(shù)及每天水泵工作時(shí)間。水泵和管路的各種配合運(yùn)行方式，均應(yīng)能保證水泵每天工作時(shí)間不超過20h.從圖可知，此時(shí)水泵的實(shí)際流量為Qb/,則要求T1=24QZ/nQb/≤20h， T2=24Qm/nQb/≤20h.同時(shí)檢驗(yàn)排水管中的流速，V=nQb//900πdp22,如超出經(jīng)濟(jì)流速范圍，則應(yīng)調(diào)整管路系統(tǒng)，或采取其它措施，直至滿足要求。

　　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、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的容量：

　　先按一管一泵運(yùn)行時(shí)水泵工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Q、H、η計(jì)算出水泵的軸功率：N=QHr/102×3600η

　　電動(dòng)機(jī)的容量：

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

　　式中 K—電動(dòng)機(jī)容量的富余系數(shù)，K=1.1—1.2

　　ηm—傳動(dòng)效率，直連取1，聯(lián)軸節(jié)軸取1.2，

　　r—礦井水的容重，一般r=1020Kg/m2。

　　根據(jù)Nd,選擇電動(dòng)機(jī)。(一般電動(dòng)機(jī)由水泵廠成套供應(yīng))。

　?、省此迷诠苈肺从俜e前(即新管)一管一泵運(yùn)行時(shí)水泵工況的計(jì)算水泵的軸功率，檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)是否過負(fù)荷。