中北大学成人教育学院2013届毕业设计说明书摘 要认真分析题目要求，根据矿井安全生产的政策，法规和规程的规定，借鉴以往设计经验，结合煤炭行业发展现状，确定以严格遵守矿井安全规程和煤矿工业设计规范所规定的有关条款为依据，以安全可靠为根本，以投入少、运行费用低为原则的设计指导思想。根据设计任务书所提供资料，拟估矿井条件，确定矿井对排水系统的具体要求：通过多种渠道掌握给排水行业最新信息，初步选择排水方案并对设备选型进行相关计算，初选几套方案，然后确定初选方案的设备工况，做出水泵工况曲线，校验水泵的稳定工作条件、经济运行条件，排除不合理方案。对所剩方案进行经济核算，以吨水百米费用和初期基建投入为指标筛选出最终方案。根据确定的方案选择系统配套附件，根据各设备外形尺寸及安装要求，并考虑其运行条件，最终确定泵房及管路的布置图。最后对水泵的入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响进行专题论述。关 键 词： 矿井涌水，工况点，设备布置，入水室，出水室摘 要i第1章 绪 论11.1对排水系统的要求11.2矿水11.2.1 矿水来源11.2.2 涌水量11.3设计的指导思想21.4有关的方针政策2第2章 设计必备的原始资料和设计任务52.1设计的原始资料52.2 设计任务5第3章 初步考虑排水系统6第4章 设备选型84.1 定水泵参数、选择水泵型号和台数84.1.1 水泵必须的排水量84.1.2 估算水泵必须的扬程94.1.3 预选水泵94.1.4 稳定性效验114.1.5 确定泵的台数124.2 选择水管134.3 绘制管道系统图174.4 估算管道长度174.5 水泵装置的工况184.5.1 求管路特性方程式并绘制管路特性曲线184.5.2 确定工况点254.6 筛选方案、校验计算254.6.1 验算吸水高度254.6.2 验算排水时间274.6.3经济流速的校核284.6.4 选择电动机294.6.5 计算水泵的装置效率304.6.6 选择配电设备30第5章 确定泵房、水仓和管子道尺寸并绘制泵房布置图325.1估算泵房尺寸325.1.1泵房的长度335.1.2 泵房宽度335.1.3 泵房高度(Hb)345.2 经济计算345.2.1 劳动定质及工资345.2.2 电费计算365.2.3 折旧费375.2.4 维修费415.2.5 其他支出435.2.6排水费用指标435.3 确定泵房、水仓和管子道尺寸455.3.1 基础尺寸465.3.2 泵房尺寸465.3.3 水仓、水沟和吸水井的尺寸485.3.4泵房内水管敷设505.3.5 起重梁515.3.6 管子道和管子间525.3.7 水泵的充水装置525.3.8水泵的排水量测量装置（水堰法）52表5.16 排水设备技术特征表55第6章 水泵的入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响566.1 离心式水泵的主要结构566.1.1 叶轮566.1.2 泵轴566.1.3（吸入室）进水室566.1.4 导叶566.1.5压出室566.2 入水室和出水室的分析576.2.1 压水室的类型和作用原理576.3 环形压水室的设计606.4 吸水室的设计和计算606.4.1直锥形吸水室(图6.4)616.4.2 环形吸水室(图6.4)626.4.3 半螺旋形吸水室(图6.5)626.5 提高泵效率的措施646.6 水泵性能测试原理656.6.1测定原理65总结68参考文献69致谢70- 67 -第1章 绪 论1.1对排水系统的要求在矿井建设和生产过程中，随时都有各种来源的水涌入矿井。只有极少数例外的矿井是干燥。将涌入矿井的水排出，只是和矿水斗争的一方面，另一方面是采取有效措施，减少涌入矿井的水量。特别是防止突然涌水的袭击，对保证矿井安全生产有重要意义。矿井排水设备不仅要排除各时期涌入矿井的矿水，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。1.2矿水 在矿井建设和生产过程中，涌入矿井的水流称为矿水。1.2.1 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。1.2.2 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。1.3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6.77.5kw.h。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。1.4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1000m3/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2136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。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2138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2139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1.7系数。第2140条 矿井水PH值小于5时，排水设备应采取防酸措施。第2142条 每台水泵排水量小于100，两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及以上则应有独立的吸水井。水泵的电动机容量大于100kw.时，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。第2章 设计必备的原始资料和设计任务2.1设计的原始资料 竖井开拓，井口标高 +58m，水平标高 -353m； 正常涌水量 380 m3/h，最大涌水量480.00m3/h； 正常涌水期按300天，最大涌水期65天； 矿水中性，矿水密度 1020 kg/m3 ； 服务年限 40 年； 矿年产量 100 万吨； 矿井电压 6KV 。2.2 设计任务 确定合理的排水系统。 选择排水设备。 经济指标概算。 绘制水泵房布置图。论述水泵入水室，出水室形状对水泵性能产生的影响。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-