煤矿水泵设备选型设计方案知识讲解

煤矿水泵设备选型设

计方案

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前 言

煤矿在建设和生产中，不断有地下水涌入矿井，为保证入井人员正常工作和安全生产。必须考虑排水问题，在建设与生产中要不间断的排水工作。

在我国的煤炭企业中，煤矿的机电设备中，排水设备用量很多，消耗的电量很大。正确选择与使用水泵，合理配制主排水系统，提高系统运行的经济性，对于煤矿企业节能提效有着十分重要的意义 。

本设计对矿井排水系统做出详细设计，如有不妥，尽请指正。

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一、排水系统简介

《规程》第二百七十对主排水设备的水泵的要求是：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内的正常涌水量（包括充填水和其他用水）。备用泵的能力不小于工作水泵能力的70%，工作和备用水泵的总能力应能在20h排出矿井24h的最大涌水量，检修水泵的能力不应小于工作水泵能力的25%，水文地质条件复杂的矿井，可在主要泵房内预留安装一定数量水泵位置。

《规程》还对小涌水量矿井的水泵做了规定：对于正常涌水量为50m3/h及以下，且最大涌水量为100m3/h及以下的矿井，可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。

一、作水泵必须的排水能力：

根据规定，要求投入工作的水泵的排水能力为能在20h内排完24h的正常涌水量，即： QB=

24Q=1.2×45m3/h=m3/h 20 又工作水泵与备用水泵的总能力能在20h内排完24h的最大涌水量， 即： QBmax=

24Q（Q为Qmax）1.2×70m3/h=84m3/h 20 式中：Q——正常涌水量； Qmax——最大涌水量；

QB——工作水泵必须的排水能力

QBmax——工作与备用水泵必须的排水总能力 二、水泵必须的扬程：

作为估算，可以认为水泵必须产生的扬程为：

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HB=

Hg=（756-609+5）/0.75=168m

g 式中：——管路效率。立井： =0.86:0.92,756-609=147m是排

gg水高度，5是吸水高度。参考下图

三、水泵选型

根据以上计算的数据，选择QB和HB的水泵 选D450-60-3 四、水泵稳定性校验：

为保证水泵工作稳定性，应满足下式： 0.9H0＞Hg

0.9×3×60＞151

式中H0——水泵零流量时的扬程 五、确定泵台数

水泵台数：根据《〈煤矿安全规程〉》规定，“必须有工作、备用和检修的水泵”。“备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%，并且工作和备用水泵的总能力，应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%”。

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即正常涌水时工作水泵台数

Z1=

QQmine=/168=0.32 取一台

式中 Q为所选水泵额定流量（m3/h）;

e备用水泵台数

Z2 =70%Z1 =70% ×1=0.7 取一台 检修水泵台数

Z3=25%Z1 =25%×1=0.25 取一台 以上计算如有尾数，均取偏上整数； 水泵总台数

Z=Z1+Z2+Z3=3（台） 校验在最大涌水量时工作水泵台数

Zm=

QQmaxe<2（台）

式中 Qmax为矿井最大涌水量（m3/h）。

当Zm<(Z1 +Z2 ), 说明工作和备用水泵的总能力，能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量，最后决定水泵总台数为3台。

二、管路和泵房内管路布置设计

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《煤矿安全规程》规定，井下排水“工作水管的能量应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量。

当排送量一定时，管径取大些，扬程损失会小，长期运行的电能相应减少。但其一次基建投资费用要高些。反之，如果管径取得偏小，则相反。因此，必须在两者之间求出管道最有利的经济直径。运用经济速度求排水管的内径，即：

dp =4Qep3600Ve （m）

式中Q为水泵的额定流量（m3/h）；

Vp为最有利的经济流速，一般VP =1.5:2.2（m/s）， 因此排水管内径

4Qdp =

e3600Vp = 0.297m

式中Vp=1.5:2.2(m/s），现在取 Vp= 2(m/s）。

对于吸水管径dx,为了减少吸水管阻力损失及不产生气蚀现象，吸水管径一般可比排水管径大一些。取：

dx=dp+0.025(m) 所以dx=dp+0.025=0.297+0.025=0.322(m)

式中dx ——吸水管内径 吸水管外径选323.9mm，壁厚为6mm

dp ——排水管内径 排水管外径选351mm，壁厚为7mm

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管路布置

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三、计算管路特征

 一、管路特征方程为 H=Hc+KRTQ2 式中Hc------测地高度，m Q -------通过管路的流量，m3/s RT-------管路阻力损失系数

K -------管内径变化而引起阻力损失变化系数，新管K=1，管内挂污的旧管K=1.7

 二、利用阻力损失系数公式计算 计算阻力损失的公式为：

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四、确定工况点演算排水时间

 一、确定工况点：在上一节绘出的管路特性曲线得 Q=380 m3/s H=178m N=67kw y=70% Hs=3.7m  二、演算排水时间：

正常涌水期的排水时间

T=

24QQ=24×45/380=2.8＜20h

A最大涌水期的排水时间

Tmax=

24Q/Z•Q=（24×84）/（3×380）=1.8＜20h

A通过验算可知正常与最大涌水期的排水时间，都小于20小时，说明所选水泵型号及台数均合适。 经济性：工况点效应率满足 稳定性校验： 经济性流速校核

吸排水管中水的流速都在经济流速之内，满足要求，吸水管高度校核 则允许吸水高度 实际吸水高度

吸水高度满足要求  三、电动机功率计算 N=1.1

1000•3600••Ar•Q•HAA=1.2 ×（9000×380×178）/（1000×3600×0.7）

n =263kw

求水泵功率为360kw大于计算法，所以满足要求。

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 四、电耗计算：（1）全年排水耗电 吨水百米电耗校验：

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参考文献

1. 《矿山固定机械》 王永生

2. 《矿井通风排水及压风设备》 王振平 3. 《煤矿固定机械及运输设备》 毛君 4. 《矿山固定设备选型使用手册》

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