第四章 矿井排水、通风、压气等系统的选型设计

4.1排水设备选型

4.1.1已知条件

1、井深，Hp=310米

2、正常涌水量Qz=420m3/h , 每年320天

3、最大涌水量Qm =900m3/h，每年45天

4、矿水中性，矿水密度P=1020kg/m3

4.1.2排水系统

4.1.2.1工作水泵必须的排水能力Qb及净排水扬程高度Hg

Qb≥1.2Qz＝1.2×420=504m3/h

Hg＝Hx＋Hp＝5+310+1=316m

式中：Hx——吸水高度，取5m

     Hp——排水高度，取开采水平距井口的标高差再加1m。

4.1.2.2初选水泵型号

根据要求的水泵排水能力及扬程，设计初选排水泵型号为

MD280-65x7(淄博天宁机械有限公司)，额定流量Qe＝280m3/h，扬程434m

4.1.2.3确定水泵台数

正常排水时水泵台数n1

n1=

确定正常排水时工作泵为2台MD280-65x7型离心式多级泵。

备用泵的台数n2

n2=0.7×1.8=1.26台

暂定备用泵的台数为2台

最大排水时水泵的台数n3

工作泵和备用泵的排水能力为4×280＝1120m3/h

1120÷900=1.24＞1.2

即工作泵和备用泵的排水能力满足最大涌水时的排水要求。

检修水泵的台数n4

n4=0.25n1=0.45

检修泵数量选1台

则水泵台数n为

n＝n1＋n2＋n3=2＋2＋1=5台

4.1.2.3验算水泵工作稳定性

水泵正常工作时，要求满足下式

Hg≤0.9He=0.9×434=390m

4.1.3排水管路及布置

4.1.3.1选定管路的条数

根据排水泵的数量及各涌水期排水泵的台数，设计选择3趟排水管路，正常排水时趟、最大排水时合用2趟，备用1趟。

4.1.3.2选定管路的内径

正常排水为2台水泵工作，最大涌水时为4台水泵工作。工作管路均为2趟，排水管内径计算如下：

排水管流量：

Qp＝

取排水管内经济流速为Vp＝2m/s

则排水管内径为：

dp＝

根据计算选择自标准YB231-70查得外径Dp=351mm的无缝管，壁厚8、10、11、14mm等，取壁厚为10mm试算。

dp=351 – 2×10=331mm

所需壁厚：

   ＝

＝6.46cm

式中：dp——标准管内径，33.1cm

     σs——无缝钢管许用应力，80MPa

     P——管内水流压强，P＝0.011Hg＝0.011×316=3.48MPa

     C——附加厚度，无缝钢管取0.1cm

与所选管径相近，确定管壁厚度为10mm。

吸水管外径：

dx＝

 ＝

＝10.6cm

取dx＝351mm

  δx＝12mm

4.1.3.3排水管路布置

排水管路布置见附图如下：

图4-2 排水管布置

4.1.3.4排水管路长度

Lp=Hg+（40～50）=310+（40～50）＝350～360m

取Lp＝360m，Hx＝8m

4.1.4排水、吸水管路特性

当量管路特性：

4.1.5管路特性方程

4.1.5.1正常涌水时期

H＝316＋1.405×10－7

H=316+0.000407Q2

确定工况点：

得交点

Q´=153L/S   H´=325.3m   η´=78%     H´s=5.45m

4.1.5.2计算吸水高度

Vx＝

Hs＝5.5-（0.0292×

Hs＝5.04m＞4.5m

吸水高度满足要求。

4.1.6.3最大涌水时期

H＝316＋1.405×10－7

H=316+0.000407Q2

确定工况点：

得交点

Q´’=145L/S   H´’=324.6m   η´’=79%     H´’s=5. 5m

4.1.5.4计算吸水高度

Vx＝

Hs＝5.5-（0.0292×

Hs＝5.06m＞4.5m

吸水高度满足要求。

4.1.5.5验算排水时间

正常涌水时：

Ts＝9＜20,

满足排水时间的要求。

最大涌水时：

Tm=

满足排水时间的要求。

4.1.5.6轴功率

配套电机功率为

Nc＝

选用电机型号为：YB630S1-1000型电动机。

4.1.5.7计算电耗

E＝

式中：1.05——水泵房辅助用电系数，

     ρ——矿井水密度，1020kg/m3

     ηc——传动效率，直联传动取1

     ηd——电动机效率，取0.92

     ηw——电网效率，0.95

     η′η″——正常、最大涌水时期水泵效率，80％

     Q′Q″——正常、最大涌水时期水泵流量， 153L/s,145L/s

     n1 n′——正常、最大涌水时期水泵工作台数，2、4

     TB、TM——正常、最大涌水时期每台水泵每日工作小时数，14h、18.75h

     tB、tM——一年内正常、最大涌水期持续天数，320d、45d

全矿年电耗为：9.28×106kW·h

4.2通风设备选型设计

4.2.1原始资料

1、矿井需求的风源风量为：

通风容易时期：QY′＝45m3/s

通风困难时期：QY″＝65m3/s

2、矿井所需的负压：

通风容易时期：PYST′＝1550Pa

通风困难时期：PYST″＝3050Pa

4.2.2风源所必须产生的风量和负压

1、风源所必须产生的风量

通风容易时期：Qy′＝kQY′＝1.1×45=49.5m3/s

通风困难时期：Qy″＝kQY″＝1.1×65=71.5m3/s

式中：k——设备漏风系数，专用回风井k取1.1

2、风源所必须产生的负压Pyst

Pyst＝P＋ΔP引＋ΔP消

式中：P——矿井所需负压，Pa

     ΔP引——引风道内阻力损失，取150Pa

ΔP消——有消音装置时的附加阻力损失，取60Pa

通风容易时期：

Pyst′≈1550＋150＋60=1760Pa

Pyst″＝3050＋150＋60=3260Pa

4.2.3利用类型特征选择离心式风机

1、选定扩散器的型式及尺寸比,通常可选塔式扩散器，取面积比n=2.4,相对长L=4则扩散器安全损失系数LK =0.32，其中动力损失系数,扩散器内部损失系数L＝Lk－此时扩散角a=7.85°。

2、求风源的静压特征

设通风机的全压系数为P，动压系数为Pd ，静压系数为Pst ,

风源的静压系数为Py·st ,选用G4-73-11型离心式风机，

由

由得到不同Q时对应的、，列表于表4-1

G4－73－11型离心风机类型参数（Lk＝0.32）  表4-1

注：配用塔式扩散器Q=2.4   L=4   a=7.85°

最大静效率点位于。得到风机的等级孔系数为

3、矿井等级孔

Ap＝

4、确定风机直径

选定风机直径为2.5m

5、反求等级孔系数

6、求工况点，

由得：

当时，

得交点：

当时，

得交点：

7、求通风机转数

8、求通风机的功率

由于功率较大，只能采用直联传动，可控硅串级调速。

图4-1 通风机特性曲线

9、电动机的功率

因为0.6×263.7=158.2＞98.3

在服务区内需分段选择电动机，电动机按下式计算选择

N’＝1.1×98.3＝108KW

N’’=1.1×263.7＝290KW

取同步转速600r/min

10、电耗：

E＝

4.2.4用类型特性曲选择轴流式通风机

1、由图可以看出最高效率点处

2、求等积孔

3、确定风机直径

确定风机直径为D＝2.0m

4、反求等积孔系数

5、确定风机转数

取标准转数n＝1000r/min

圆周速度u＝

得换算系数

6、求工况曲线的端点

矿井服务初期预期工况点为G0

矿井服务末期预期工况点

7、求工况曲线

R0=1760/452=0.869

RK=3260/652=0.7716

a=R0－RR＝0.869-0.7716=0.0975

b＝71.5-49.5=16.5

工况曲线为

P＝（R0－）Q2

=(0.869-

＝0.00590909Q3＋0.4465Q2

代入P＝10648,此式化为

42.9+7.698如下表所示

	0.2969	0.3	0.31	0.32	0.33	0.3357
	1.8013	1.85112	2.0178	2.1940	2.38	2.4905

4.3矿井压气设备

4.3.1原始资料

已知某矿掘进工作面网路图如下：

图4-2 掘进机工作网络图

各管段的长度分别为：

AB=200M，BC＝205m，BD＝300m；LM＝CL＝DE＝EG＝150m；FI＝130m；KN＝30m；EH＝KC＝200m；DF＝FJ＝170m。工作面采用的凿岩机为YT-30型，风镐为G－7,采用三班工作，各工作面工作台数如下表：

4.3.2选定空压机的型号及台数

1、确定空气机的位置：

采用地面集中设置空压机站，机房设在付井筒30米处。

2、计算空压机站的总供量：

一、选定空压机型号及台数

1、所需总供气量

YT-30型凿岩机耗气量为2.9m3/min

G-7型风镐耗气量为1m3/min

所需的总供气量为

           Q=α1α2Yni.qi.ki

式中：ni第I种风动机具的总台数，如在同一工作面内，同时有凿岩机和风镐，因不可能同时工作，通常按耗气量大的凿岩机计算，ni=15。

qi：每台风动机具的耗气量。

ki：风动机具同时工作系数取0.82

α1：输气管网漏气系数，按最远输气距离选取。α1取1.1m

α2：考虑风动机具磨损后，耗气量增加的系数。α2取1.15

Y：海拔修正系数。

Q=0.82×1.1×1.15×15×2.9=45.1m3/min

3、计算风压机的出口压力：

空压机的出口压力应能保证所有风动机具的压力比额定压力高出一个大气压（0.1Mpa）    P=P进+λL+0.1

式中：Pe：为风动机具的额定压力Pe=0.49Mpa

      λ：为每Km输气管阻力损失λ=0.035 Mpa/Km

       L: 至最远处的输气距离：L=0.85km

所以 P=0.49+0.035×0.85+0.1=0.62Mpa

4、选定空气机的型号及台数：

依据Q和P的估算值，选择L8-60/8型空压机两台，一台工作，一台备用，额定排气压力为0.784Mpa，排气量60m3/min。

	L-60/8	数据
空 气 机	排气量m3/min 进气压力0.1MPa 额定排气压力0.1MPa 转速r/min 行程mm 气罐数气罐直径 一级 二级 轴功率kw 排气温度 外型尺寸（长宽高）	60 0.8 8 428 240 1580 1340 1295 303   2500×1830×2390
电 动 机	型号 额定功率 额定转速 额定电压	TDK116/34-14 350 428 6000
储 气 罐	容积 直径长度 重力kg	8.5 16004930 4000

4.3.3选择输气管网

计算原则是在整个服务期限内，从空压机站到任何金属输气管终端，其阻力损失不超过0.1Mpa

1、计算各管段输气量

计算某一段管路的输气里时，按该段管路供气范围内最大作业班同时工作的风动机具耗气量与管路漏气量计算。

Q=α1α2Y/I .ni.qi.ki

QAB=45.1m3/min

QB-c=1.1×1.15×0.94×5×2.9=17.24M3/min

Qc-L=QL-M=1.1×1.15×2.9×2×0.99=7.23M3/min

Qc-K=1.1×1.15×0.98×3×2.9=10.79M3/min

QK-N=1.1×1.15×0.99×2×2.9=7.23M3/min

QB-D=1.1×1.15×0.85×10×2.9=31.18M3/min

QD-E=1.1×1.15×0.90×7×2.9=23.11M3/min

QE-D=1.1×1.15×0.98×3×2.9=10.79M3/min

QE-H=1.1×1.15×0.96×4×2.9=14.09M3/min

QD-F=1.1×1.15×0.98×3×2.9=10.79M3/min

QI-F=1.1×1.15×0.99×2×2.9=7.23M3/h

QF-J=1.1×1.15×1×2×2.9=3.67M3/h

2、选择输气管径

依据输气量，各部分管段长度，查图表选择各部分管径

4.3.4计算电耗：

1、空压机的实际轴功率：

功率降低程度系数Ki=

Ne：空压机额定功率Ne=350kw

Ki由表查得Ki=0.885

实际轴功率NK=KiNe=0.885×350=310kw

2、空气机的耗电量：

E=

=（0.2+0.8k）

式中：K：空压机负载系数     K=

      Z：工作空压机台数Z=1

      t：空压机每天工作小时数  t=21小时

      d: 空压机工作天数320天

      ηc：传动效率     ηc=1

      ηd：电动机效率   ηc=0.92

      ηw：电网效率     ηw=0.95

∴E=（0.2+0.8×0.775）

   =0.82×2383524

   =1954490度