土城矿 13 采区延伸排水系统设计.pdf

第 1期 2 0 1 4年 3月 水力 采煤 与 管道运 输 HYDRAUL I C COAL MI NI NG & PI P EL I NE TRANS P 0RT AT 1 0N NO．1 Mar ． 20l 4 土城矿 1 3采区延伸排水 系统设计 李红 ( 贵 州省 六盘 水 市盘 县洒 基镇 土城矿 机 电科 贵 州 盘县 5 5 3 5 2 9) 摘要 ： 介绍 了土城矿 1 3采区延伸排水系统的设计、 排水设备和 管路 的选型计算、 井下水仓容积及断面的设 计 。 关 键 词 ： 排 水选型设 计 中图 分类 号 ： T D 7 2 4 ． 4文 献标 识码 ： B文 章编 号 ： 1 0 0 6—0 8 9 8( 2 0 1 4) 0 1—0 0 7 7— 0 3 在 土城 矿 +1 2 5 3 m 水平 的 矿井 水附 近设 水泵 房 ， +1 2 5 3 m水平 由水泵房的水泵加压 ， 经斜井两趟排水管路 排 至地 面 。 1排水 系统 设 计 1 ． 1 设计依据 排水 口标高 ： +1 5 2 0 m； 水泵房标高 ： +1 2 5 3 m； 垂高：2 6 7 m； 斜长：1 0 6 6 m； 倾角 ：1 6 。 正常涌水量 ： 2 0 0 m ／ h ； 2 200mm。 2 ． 3 ． 2锚杆 直径 根据杆体承载力与锚固力等强原则计算杆体直径 D： D ：35．25 ／ 旦 ‘ 式中： Q为由拉拔试验确定的锚固力 ， 岩石 中取 1 3 0 k N， 煤 体中取 7 0 k N； 。 为杆体材料的抗拉强度 ， 等强螺纹钢式 树脂锚杆要求 盯 ≥3 3 5 MP a 。 经计算 ， D 煤 体=1 6 ． 1 1 ； D岩 石：2 1 ． 9 5 。 考虑一定的安全 系数 ， 且根据计算 ， 取锚杆直径 D= 22mm。 2 ． 3 ． 3锚 杆 间排 距 根据每根锚杆悬吊的岩重 ， 计算锚杆的间排距 e 、 i ， 通 常按 锚杆 等距 排列 ： 。 √ 式中： K为锚杆安全系数 ， 一般 1 ． 5— 2 ． 0， 取 K=2 ； p为岩 体密度 ， k N ／ m 。 经计算 ， e 煤 体=1 ． 3 8—1 ． 5 9 m； 岩 =1 ． 8 8— 2 ． 1 7 m。 考虑一定 的安 全 系数 ， 顶 板锚 杆 间排距 取1 0 0 0 1 0 0 0 mm， 两帮锚杆间排距取 1 0 0 01 0 0 0 ram。 2 ． 3 ． 4 支护参数的确定 通过以上计算和相似相邻巷道的工程类 比， 故确定该 巷道的支护参数 ： 巷道采用锚带网支护 ， 锚杆采用 的 + 2 2 2 2 0 0 mm等强螺纹钢式 树脂锚杆 ， 顶 板锚杆 间排距 取 1 0 0 01 0 0 0 m m， 两帮锚杆间排距取1 0 0 01 0 0 0 mm， 成 排成行布置。巷道断面图见图 1 。 2 ． 4支 护材 料 ①锚杆采用 + 2 22 2 0 0 m m等强螺纹钢式树脂锚杆 ， 锚 固方式采用加长锚 ， 锚固长度不小于 7 0 0 mm， 锚杆外露 长度为 3 0～5 0 mm， 吊挂前探梁的锚杆外露为4 0—8 0 ram。 图 1 巷道永久支护图 比例 ： 1 ：5 0 单位 ： m m ②锚 固剂 型 号 为 MS Z 2 8 3 5， 直 径 2 8 m m， 长 度 为 3 50mm 。 ③塑钢网规格为 23 0 m， 网格为 8 08 0 mm， 用于支 护顶板 ； 两帮采用双向拉伸塑料网支护 ， 其规格 21 0 m， 网格 为 ： 5 0 5 0 m m。 ⑤锚索规格 ： + 1 7 ． 86 2 0 0 mm钢绞线， 锚索托盘规 格 ： 3 0 03 0 01 2 m m。 3 结论 总之 ， 福城煤矿通过应用综采工作面顺槽大断面支护 支护技术研究与应用 ， 满足了支护要求和设备安装需要 ， 保证了正常生产 ， 解决 了大断面施工的难题 ， 探索出了一 条成功经验， 为今后类似巷道的施工打下基础 ， 具有较高 的推广价值。 作者 简介 ： 吴 守峰 ( 1 9 7 3一)， 男， 工程 师 ， 研 究生 学历 ， 毕 业 于山 东科技 大学工业工程专业， 现在 内蒙古福城矿业有限公司工作， 长期从 事煤矿技术管理工作， 在省部级以上刊物发表论文多篇。 收 稿 日期 ： 2 0 1 3—1 2—1 3 7 7 q U飘 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 3月 水 力采 煤与 管道运 输 第 1期 最大 涌水 量 ： 3 0 0 m 3 ／ h 。 1 3采区井下消防和洒水量现实际为1 0 ． 9 3 m’ ／ h ， 本设 计取其 5 0 ％ ， 约 5 ． 4 6 m ／ h 。 1 ． 2 水泵计算 ①正常涌水时水泵的排水能力必须满足 ： Q 口=1 ． 2 q=1 ． 2 X2 0 0=2 4 0 m ／ h ②最大涌水量时水泵的排水能力必须满足 ： Q =1 ． 2 q ⋯ =1 ． 23 0 0：3 6 0 m ／ h ③水泵扬程 H 8： HP+Hx ／ q =272m 式中： 为管路效率， 取 0 ． 9 ； H 为排水垂高 ， 取 2 6 7 m； H 为吸水高度， 取 4 ． 5 m ④根据以上所计算流量 、 扬程 ， 该水仓选用 4台水泵， 其中： 正常涌水量时 ， 两台工作 ， 1台备用 ， 1台检修 ； 最大 涌水量时 ， 3台泵工作， 1台泵备用。型号为 1 5 0 D 3 0 X 1 0 型排水泵 ， 扬程为 3 1 2， 流量为 1 4 4 m ／ h 。 1 ． 3 排水管路选择 ①排水管路趟数确定 ： 根据设计原则 ， 确定设置两趟 管路 ， 1趟工作 ， 1趟备用。 ②管材的选择 ： 根据斜井排水要求 ， 确定选用热轧无 缝钢 管 。 ③排水管内径计算： d = ~ ／／ 查《 机械设计手册》， 排水管经济流速 为 1 ． 5～2 ． 2 m／ s ， 取 为 1 ． 8 m／ s 。经计算， d =2 4 3 m m。 ④根据上述计算 ， 选取内径为 2 5 4 m m的热扎无缝钢 管( 1 0时管 ) 做主排水管。 ⑤吸水管内径计算 ： d , ／ o ／ 9 O 0 仃 式 中： 为吸水管 内水的流速， 一般 为 0 ． 8～1 ． 5 m ／ s ， 此 取 1 ． 2 m ／ s 。 则 ： d =2 9 7 mm ⑥根据上 述结果 ， 查 《 五金 手册 》 确 定选 用 内径 为 3 0 4 ． 8 ram的热扎无缝钢管( 1 2时管 ) 做吸水管。 1 ． 4 管壁厚度的选择 因采区条件恶劣， 巷道变形等 因素 ， 选取1 0 m m厚度 的热 扎无 缝钢 管 。 故选用外径为 2 7 4 m m， 壁厚为 1 0 mm， 内径为 2 5 4 m m 的无 缝钢 管 ( 1 0时 管 ) 为 排 水 管 ； 选 用 外 径 为 3 2 4 ． 8 m m， 壁厚为 1 0 ram， 内径为 3 0 4 ． 8 mm的无缝钢管( 1 2时管) 为 吸水 管 。 1 ． 5排水 管流 速计 算 = Q ／ ( 9 0 0仃X d p )=1 ． 6 5 m ／ s 符合 =1 ． 5～2 ． 2 m／ s 的要求。 1 ． 6 吸水管流速计算 = Q ／ ( 9 0 0 X仃X d )=1 ． 1 2 m ／ s 故符合 =0 ． 8—1 ． 5 m ／ s的要求 。 2 ． 7 管路阻力损失计算 1 ． 7 ． 1 排水管路阻力损失计算 7 8 h P =A ( L p ／ d )( 2 ／ 2 g )+ ： ( 口 2 ／ 2 g) 式 中 ： A为 管道全 程 阻力 损 失 系数 ， 取 0 ． 0 2 7 6； L 为 排 水 管总 长 度 ， 取 6 6 0 m； 为 排 水 管 中 的 水 流 速 度 ， 取 1 ． 6 5 m／ s ； d 为排水管 内径 ， 取0 ． 3 0 8 4 m； ∑‘ P 为排水 管路 附件 局部 阻力 之 和 ， 取 3 3 ． 5 m。 经计 算 ， h =1 7 ． 6 7 8 m。 1 ． 7 ． 2 吸水管路阻力损失计算 h ：A( ／ d )( 2 ／ 2 g )+ ( 2 ／ 2 g ) 式中： A为管道 阻力损失系数 ， 取 0 ． 0 2 5 8； L 为吸水管总 长度 ， 取4 ． 5 m； l ， 为吸水管中的水流速度 ， 取 1 ． 0 7 m ／ s ； d 为吸水管 内径 ， 取 0 ． 3 0 8 4 m； ‘ p 为吸水管路附件局部 阻 力之 和 ， 取 1 ． 3 6 m 经计算 ， h = 0 ． 1 0 1 m。 1 ． 7 ． 3 输入管路总阻力损失计算 h ：( h +h + 2 ／ 2 g )1=1 7 ． 9 m 1 ． 8 水泵工作点确定 由多级泵 1 5 0 D 3 0 X 1 0性 能 曲线 ( 图 1 ) 可 见 ， H —Q 和 —Q交点处为最佳工作点 ， 该点 流量 为 1 4 4 m ／ h ， 扬 程为 3 1 2 m( 表 1 ) ， 效率为 7 7 ％ ， 必须汽蚀余量为 2 ． 4 m。 表 1 1 5 0 D 3 01 0型 多级 泵性 能表 ／ 0 8 16 24 ∞ “ w 图 1 1 5 0 D 3 0 X 1 0型多级 泵性 能 曲 1 ． 9校验 计算 1 ． 9 ． 1排水 时 间效验 ①正常涌水时水泵每天工作时间： T H： 2 4 ／ z o ：1 6 ． 6 h<2 0 h ， 满足要求。 ②最大涌水时水泵每天工作时间： T⋯=2 4q ⋯ ／ Z X Q =1 6 ． 6 h 4 ． 5 0 m， 满 足要 求 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 3月 李红 ： 土城 矿 1 3采 区延伸排 水 系统设计 第 1期 式中： 为所选水泵样本上规定 的允许 吸上真空度 ， 取 4 ． 6 0 m； 为水泵安装点的大气压力水头， 取 9 ． 2 m； H p为 吸水管路及局部阻力之和 ， 取 1 ． 3 6 m。 1 ． 9 ． 4经济性校验 1 5 0 D 3 01 0多级泵最佳工作效率为 = 7 7 ％。 7 5 ％ ≥( 0 ． 8 5— 0 ． 9 ) 1 1 ⋯ =6 5 ％ ～7 2 ％ 所选泵的工作点位 于工业利用 区内， 故符合 经济要 求。 1 ． 9 ． 5稳定 性 校验 因 H =2 1 3 ． 0+4 ． 5=2 1 7 ． 5 m， 而 H o=2 5 0 m， 则 日 =2 1 7 ． 5<0 ． 9， H o=0 ． 9 X 2 4 4 ． 8=2 2 0 m， 故满足水泵稳 定性要求。 1 ． 9 ． 6电动机容量的计算 Nd =K( r Q H ) ／ ( 3 6 0 0 X 1 0 0 0 叼 1 田 1 ) 式中： Q 为工作点 的流量 ， 取 1 4 4 m ／ h ； 日 为工作点的扬 程 ， 取 3 1 2 m； K为 为 备 用 系 数， 取 1 ； r为 水 的 压 力 ， 1 0 2 0 0 P a ； ， 为工作 点的效率 ， 取 7 7 ％ ； t， 7 ， 为传 动效率 ， 取 1 。 经计算 ， N d =1 6 5 ． 3 2 k W。 根据计算所得电机功率及所选水泵转速及实 际使用 经验 ， 确定选用 防爆型 电机 ， 电机的额定功率为 2 2 0 k W， 转速 V =1 4 8 0 r ／ mi n ， 电压 1 1 4 0 V， c o s ‘ p =0 ． 9 ( 电机与水泵 配套 ) 。 1 ． 1 0变压 器 的选择 根据负荷统计 8 8 0 k W， 电压为 1 ． 2 k V， 故选用 K B S G 一 1 0 0 0 ／ I 1 4 0型干式变压器 2台， 分别接带水泵。 1 ． 1 1 水泵电耗 水泵 工 况点 参 数： 流 量 1 4 4 m。 ／ h ； 扬 程 3 1 2 m； 效率 0． 77。 经计算 ， 消耗 的功率 1 7 8 ． 8 7 k W； 吨水百米所需 的电 耗为 0 ． 4 0 k Wh 。设计所选水泵吨水百米电耗小于对水泵 的规定值 0 ． 5 k Wh ， 满足节能要求。 2水 仓容 积及 断面 的确 定 2 ． 1 水仓容积 根据设计规范， 水仓容积 ： V=8 Q =83 0 0：2 4 0 0 m 2 ． 2 水仓断面及支护型式 根据巷道 围岩情 况， 水仓采 用喷 浆支护 ， 净断面 积 1 3 ． 3 1 m ， 掘 进 断面 积 1 4 ． 2 5 m 。 2 ． 3 水仓长度 水仓长度 ： L=V ／ S= 2 4 0 0 ／ 1 3 ． 3 1=1 8 0 m 设 置 两 个 水 仓 ， 1个 主 水 仓 ， 长 度 1 8 5 m， 容 量 2 4 6 2 m ； 1个副水仓 ， 长度 1 1 4 m， 容量 1 5 1 7 m 。主 、 副水 仓总容量 3 9 7 9 m 。 水仓进 口处应设置蓖子 ， 并对其 中的淤泥及 时清理 ， 每年雨季前必须清理 1次， 水仓 的空容量必须经 常保持 在总容 量 的 5 0 ％ 以上 。 3 主要水泵房和通道布置及安全出口 主要泵房和通道均布置在岩层中， 安全出口为管子道 和井底车场。管子道的出口应高出泵房底板 7 m， 主要水 泵房底板标高应高于井底车场底板标高 3 m。泵房应预 留增 加水 泵 的空 间 。 4结 束语 通过对土城矿 1 3采 区延伸排水 系统的设计， 确定 了 排水设备、 水仓容积， 有利于对煤矿排水系统的能效情况 进行存储 、 分析， 能更合理的有效 应用， 实 现节能降耗和 节能增效， 提高现代化管理水平及能力。 作 者简 历 ： 李红 ( 1 9 7 7一)， 男， 湖 南科技 大 学 电 气 工程 及 自动 化 专 业 毕 业 ， 从 事煤 矿机 电管理 工作 ， 现 任 土城矿机 电科 副科 长 。 收稿 日期 ： 2 O 1 4— 0 1— 0 8 欢 迎 投 稿 订 阅 刊 登广 告 7 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o 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