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【正文】 入矿井的矿水，而且在遭到突然涌水的袭击有可能淹没矿井的情况下，还要抢险排水。在恢复被淹没的矿井时，首要的工作就是排水。排水设备始终伴随着矿井建设和生产而工作，直至矿井寿命截止才完成它的使命。因此，排水设备是煤矿建设和生产中不可缺少的，它对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。 为了使排水设备能在安全、可靠和经济的状况下工作，必须做好确定排水方案，选择排水设备，进行布置设计，施工试运转，直到正常运行各环节的工作。 矿水 在矿井建设和生产 过程中，涌入矿井的水流称为矿水。 矿水来源 矿井水的来源分为地面水和地下水，地面水是江、河、湖、溪、池塘的存水及雨水、融雪和山洪等，如果有巨大裂缝与井下沟通时，就会造成水灾。地下水包括含水层水、断层水和老空水。地下水在开采过程中不断涌出。 涌水量 矿水可以用单位时间涌入矿井内的体积来度量，称为绝对涌水量。一般用“ q”表示，其单位为 m3/h。涌水量的大小与该矿区的地理位置、地形、水文地质及气候等条件有关；同一矿井在一年四季中涌水量也是不同的，如春季融雪或雨季里涌水量大些，其他季节则变化 不大，因此前者称最大涌水量，而后者称为正常涌水量。 为了对比不同矿井涌水量的大小，通常还采用同一时期内，相对于单位煤炭中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 2 产量（以吨计）的涌水量作为比较参数，称它为相对涌水量，或称为含水系数。若以 K表示相对涌水量，则： K=24q/T （ m3/t） 式中： q—— 绝对涌水量， m3/h； T—— 同期内煤炭日产量， t。 设计的指导思想 排水系统的选择、设备的选型，以选出的整个系统在整个矿井服务期限内均能按有关规定的要求排除矿井涌水为原则，尽可能做到安全可靠，投资少，运行费用低，自动化程度高，维护方便。 排水 系统是煤矿生产的重要环节，排水泵属煤矿大型固定设备，独立性 强 ，备用系数大。它的稳定运行与否将直接影响到矿井的安全。 煤矿排水的电耗占原煤生产电耗的 10%~30%，涌水量大的矿井可达 60%（改造指南）。全国国有重点煤矿 吨 煤排水电耗 ~。 在世界能源日益紧张的今天，我国部分地区也出现了“电荒”、“油荒”的现象，节能省电在排水系统选型中变得尤为重要。 为了改善煤矿生产条件，提高设备运行的安全性、稳定性，设计过程中还要注重科技发展新成果的合理应用。 有关的方针政策 在设计中必须遵守《矿井安 全规程》（以下简称规程）和《煤矿工业设计规范》（以下简称规范）所规定的条款。 《规程》对井下排水有如下的规定 第 242条 主要排水设备（包括水泵，水管和配电设备）应符合下列要求： （一）水泵：必须有工作，备用和检修的水泵。其中工作水泵的能力，应能在 20 小时内排出矿井 24小时的正常涌水量（包括填充水和其他用水）。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在 20 小时内排出矿井 24 小时内的最大涌水量；检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。 水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，可 以根据具体情况，在主泵房内预中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 3 留安装一定数量水泵的位置，或另外增加排水能力。 （二）水管：必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力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。 涌水量小于 300m3/h 的矿井，排水管也不得少于两趟。 （三）配电设备：应与工作，备用和检修水泵相适应，并能够同时开动工作和备用的水泵。 第 243 条 主要泵房至少设置两个出口，一个出口通过斜巷于井筒相通，称为安全出口，这个出口应当高出泵 房地面 7 米以上；另一个出口通到井底车场，为人员及设备出口，在这个出口的通道内，应设置容易关闭的既能放火又能防水的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门，在闸门关闭时，泵房还必须留有形成独立的通风巷道。 第 244 条 主要水仓必须有主仓和副仓，其中一个仓工作，另一个水仓清扫或备用。 新建、改建的井或生产矿井的新水平，正常涌水量在 1000 m3/h 及其以下时，主要水仓（含副仓和主仓）的有效容量应能容纳 8 小时的正常涌水量。 正常涌水量大于 1000 m3/h 的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算： V=2(qz+300) m3 式中： V— 主要水仓的有效容量， m3； qz— 矿井正常涌水量， m3/h。 但主要水仓的有效容量不得小于 4小时的矿井正常涌水量 。 采区水仓的有效容量应能容纳 4 小时的采区正常涌水量。 矿井最大涌水量同正常涌水量相差特大的矿井对水仓容量应编制专门设计，报矿务局总工程师批准。 水仓进口处应设置篦子。对水砂充填、水力采煤和其它涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置 沉淀池。 第 245 条 水泵、水管、闸阀和排水用的配电设备等必须经常检查和维护，在每年雨季以前，必须全面检查一次所有零件都应补充齐全，并对全部工作水泵和中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 4 设备用水泵进行一次同时运行试验。 水仓、沉淀池和水沟的淤泥应由矿长组织力量每年至少清理两次，在雨季前必须清理一次。 《规范》规定： 第 2— 136 条 主排水泵的选择，必须能使工作水泵总能力在 20小时内排出矿井 24 小时的正常涌水量。备用水泵的台数应不小于工作水泵台数的 70%，并且工作水泵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。检修水泵的台数 按工作水泵台数的 25%设置（以上计算有尾数时，均取偏上整数）。 对于正常涌水量为 50 m3/h 及以下，且最大涌水量为 100 m3/h及以下的矿井可选用两台水泵，其中一台工作，一台备用。水文地质条件复杂的矿井，可根据情况增设水泵或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。 第 2— 138 条 主排水管至少敷设两条，其中一条出现故障时，其余管路能在20 小时的正常涌水量，全部管路的总能力应能在 20 小时内排出矿井 24 小时的最大涌水量。 正常 涌水量在 50 hm3 及以下的斜井一般敷设一条管路，其能力应在 20小时内排出矿井矿井 24 小时的最大涌水量。 第 2— 139 条 确定水泵扬程时，应考虑排水管淤积而增加的阻力，将计算的管路损失乘以 系数。 第 2— 140 条 矿井水 PH 值小于 5时，排水设备应采取防酸措施。 第 2— 142 条 每台水泵排水量小于 100 hm3 ，两台水泵的吸水管可共用一口吸 水井，但其滤水器边缘间的距离不得小于吸水管直径的两倍。 100 hm3 及以上则应有独立的吸水井。 水泵的电动机容量大于 ，主排水泵房应设起重梁，敷设轨道与车场相通，在进口位置应有转车空间。 中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 5 第 2 章 设计必备的原始资料和设计任务 设计的原始资料 ⑴ 竖井开拓，井口标高 +58m，水平标高 353m； ⑵ 正常涌水量 380 m3/h，最大涌水量 ； ⑶ 正常涌水期按 300天，最大涌水期 65 天； ⑷ 矿水中性，矿水密度 1020 kg/m3 ； ⑸ 服务年限 40 年； ⑹ 矿年产量 100 万吨； ⑺ 矿井电压 6KV 。 设计任务 ⑴ 确定合理的排水系统。 ⑵ 选择排水设备。 ⑶ 经济指标概算。 ⑷ 绘制水泵房布置图。 ⑸ 论述水泵入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响。 中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 6 第 3 章 初步考虑排水系统 设计原始资料： 某矿井，年产量 100 万吨，竖井开拓，井口标高 +58m，水平标高 353m，正常涌水量 ，最大涌水量 ，矿水中性，矿水密度 1020kg/m3，最大涌水期按 65 天计算，服务年限为 40 年。 由设计原始资料可知，该矿井的排水系统应采用单水平开采的系统。单水平开采系统有 以下几种，如图 所示： 图 单一水平开采的排水系统 a直接排水 b直接串联 c间隔串联 d分段排水 e通过钻孔直接排水 图 所示的（ e）为斜井开拓的排水系统，由于设计是竖井开拓，故排除此方案。图（ a）、（ b）、（ c）、（ d）的开拓方式均是竖井开拓。由此，可供选择的排水系统有以四种： 图（ a）采用直接排水方式在开采水平设水泵房，将矿井涌水集中到水仓排至中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 7 地面，这种排水系统的水平和泵房数量少，系统简单可靠，基建投资和运行费用少，维护工作量要减少一半以上，需用的人员也少。 图（ b）设置在同一水泵房内的两台水泵直接串联时，若其正常工作的转向是相反的，而且有功率足够大的两端出轴的电动机同时拖动两台串联工作的水泵。否则，只能采用两套独立的水泵机组串联工作。在后者情况下必须调整好两台水泵的工况。无论哪一种情况都必须增加在高压下工作水泵的外壳强度和填函密封的能力。 图（ c）设置中间水泵房，但不设置中间水仓，上下水泵间隔串联工作，该方案操作程序复杂，而且处于下部的水泵仍有受到全部水柱压力的可能，唯一的优点就是不需要中间设仓。 图（ d）采用分段排水，在井筒中部设置一套排水系统，可有效降低主排水 设备的扬程，从而降低主排水设备的规模。缺点是当一套排水设备发生故障是，会影响整个矿井的排水，而且设备数量较多，井筒中的管路复杂，不利于安装和维护 。 根据原始资料并依据《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》， 本着尽量减少水泵数量的原则 ,并且考虑基建、维护、运行成本的简易程度，选用图（ a）的方案作为本设计的排水方法 . 中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 8 第 4 章 设备选型 定水泵参数、选择水泵型号和台数 选择水泵的型式和台数应符合《矿井安全规程》和《煤矿工业设计规范》的规定。若有两种或两种以上符合要求时，应选其中 尺寸小，效率高的水泵，而且水泵的台数应尽可能少。只有在不得已的情况下，才采用两台水泵并联排水。 水泵必须的排水量 依据《矿井安全规程》，水泵必须的排水量应为： hmqQ / 3 (41) 由于该矿井 3380 /zq m h ， 3max 480 /q m h ，所以该煤矿所选工作水泵组的工作能力应为： 31 .21 .2 3 8 0 4 5 6 m /hBzBQqQ  即 ： 工作水泵组和备用水泵组的总工作能力： m a x m a x3m a x 48 0 57 6 m /hBBQqQ  即 ： 备用水泵的工作能力： 取二者较大值： 39。 m /hBQ  检修泵组的工作能力： 3B0 . 2 5 Q = 0 . 2 5 4 5 6 = 1 1 4 m /h BQ    39。m a x39。3576 456 120 m /hB B BBQ Q   0 . 7 1 . 2 0 . 7 1 . 2 3 8 0 3 1 9 . 2 m /hBZQq     中北大学成人教育学院 2021 届毕业设计说明书 9 式中： hmQhmQhmQhmQhmqhmqBBBBz/. . . . . . . . . .。/。////3339。3m a x33m a x3检修水泵的排水能力，排水能力，工作水泵和备用水泵的组的总工作能力，工作水泵组和备用水泵；工作水泵的排水能力，；最大涌水量，；正常涌水量， 估算水泵必须的扬程 g PXBggH H H lH  （ 42） 式中： ()() ( )1 ( ) ~ 30 ~ 20 ~ 30 ~ 20 ~ (g g P XPXXggggH H H H l mHmH H ml l m        排 水 高 度 。 　 ＝ 　 　 ；泵 排 水 高 度 暂 取 井 筒 高 度 ；吸 水 高 度 ， 取 ＝ 　 　 ；管 子 高 出 井 筒 的 深 度 ， 取 　 ；管 路 效 率 ， 对 于 竖 井 取 　 ＝ ； 对 于 斜 井 ， 当 倾 角　 　 　 　 ， 取 　 ； 当 ＝ ， 取 　 ；　 　 　 当 时 ， 取 一 般 取