井下采区泵房变电所设计书.docx

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井下采区泵房变电所设计书

530三段泵房排水设备选型

为解决530三段部分的排水问题，在530采区三段轨道集中巷和皮带集中巷之间，布置水仓及排水泵房，采区正常涌水量和最大涌水量分别为407m3/h和532m3/h。

采煤工作面的水，自流至采区水仓（预计标高为-550m），采用集中排水方式，经530三段泵房水泵排至-466m（即为出水标高）轨道大巷水沟，排水管长度约为3000米，然后，自流至430采水仓后，由430采区泵房水泵排至中央水仓，最后由中央泵房水泵排至地面水处理站。

掘进期间掘进工作面的水采用小潜水泵排至采区轨道上山水沟。

皮带上山的水经皮带上山联络巷流至采区水沟，然后，自流至大巷水沟，后自流至530采区水仓，排至地面536，540

（一）选型依据

1、涌水量：

正常涌水量Q正=407m3/h；最大涌水量Q大=532m3/h；

2、排水高度：

出水标高：

ha=－466m；

泵房标高：

hb=－550m；

排水高度：

H=ha－hb=84m；

3、排水方式：

斜巷排水；

4、矿井水质Ph=7；

（二）初选水泵

1、泵房最小排水能力确定

①正常涌水量时，工作水泵最小排水能力

式中：

QB—正常涌水量时，工作水泵最小排水能力，m3/h；

Q正—泵房担负的正常涌水量，407m3/h。

代入数据有：

488.4m3/h

②最大涌水量时，工作水泵最小排水能力计算

式中：

QBm—最大涌水量时，工作水泵最小排水能力，m3/h；

Q大—泵房担负的最大涌水量，532m3/h。

代入数据有：

638.4m3/h

2、水泵扬程估算

式中：

HB—水泵扬程估算值，m；

H—排水高度，84m；

S—吸水高度，5m；

ηg—管道效率，0.78。

代入数据有：

=114m

3、水泵型号选择及台数确定

根据计算的QB=264m3/h、QBm=414m3/h及HB=114m，初选矿井主排水设备为MD280-43×4型水泵。

其技术数据如下：

QH=280m3/hHH＝172mPH=200kWnH=1480r/min

4、水泵台数确定

①工作水泵台数确定

，取工作水泵2台。

②备用水泵台数确定

，取备用水泵2台。

③检修水泵台数确定

，取检修水泵1台。

确定泵房内水泵台数为5台，其中：

2台工作，2台备用，1台检修。

（三）管路选择

1、排水管路数选择

根据泵房内水泵的型号及台数，确定敷设3路排水管，2路工作，1路备用，主排水系统图见下图。

轨道下山排水系统图

2、排水管选择

①排水管内径选择

式中：

dp—排水管内径，mm；

QH—所选水泵额定流量，280m3/h；

V—排水管经济流速，1.5m/s。

代入数据有：

取排水管规格为Ф273×7无缝钢管，排水管内径为259mm＝0.259ｍ。

②排水管路流速

式中：

Vp—排水管路流速，m/s；

dp—所选排水管内径，0.259m；

Q1—所选水泵额定流量，280m3/h。

代入数据有：

3、吸水管路选择

①吸水管路内径

吸水管内径取比排水管内径大25mm。

dx=dP+25

式中：

dx—吸水管内径，mm；

dp—所选排水管内径，259mm。

代入数据有：

dX=259+25=284mm

取排水管规格为Ф299×7.5型无缝钢管，吸水管内径284㎜＝0.284ｍ。

②吸水管路流速

式中：

Vx—吸水管路流速，m/s；

dp—所选吸水管内径，0.284m；

Q1—所选水泵额定流量，280m3/h。

代入数据有：

（四）水泵工况点、功率

1、吸水管阻力损失

（1）吸水管附件等值长度

吸水管附件等值长度：

弯管2.78m、底阀41.00m、异径管为11.10m（弯管、底阀、异径管各1件）。

=1×2.78+1×41.00+1×11.10=54.88m

（2）吸水管等值长度Lx

Lx=

+S

式中：

Lx—吸水管等值长度，m；

—吸水管附件等值长度，54.88m；

S—吸水高度，5m。

代入数据有：

Lx=54.88+5=59.88m

（3）吸水管阻力损失

式中：

Hafx—吸水管阻力损失，m；

1.7—管道淤积的阻力系数；

λ—损失系数，0.0276；

Lx—吸水管等值长度，59.88m；

dx—吸水管内径，284mm；

Vx—吸水管路流速，1.23m/s。

代入数据有：

2、排水管阻力损失

（1）排水管附件等值长度

排水管附件等值长度：

闸阀2.20m、弯头2.20m、单流三通17.61m、直流三通8.80m，逆止阀123m。

=3×2.20+5×2.20+1×17.61+1×8.80+1×123=167.01m

（2）排水管等值长度Lx

Lp=H+

+L

式中：

LP—排水管等值长度，m；

H—排水管长度，3000m；

—排水管附件等值长度，167.01mm；

L—排水管在泵房内长度，30m。

代入数据有：

Lp=3000+167.01+30=3197.01（m）

（3）排水管阻力损失

式中：

Hafp—排水管阻力损失，m；

1.7—管道淤积的阻力系数；

λ—损失系数，0.0284；

Lp—排水管等值长度，3197.01m；

dp—排水管内径，0.259m；

Vp—排水管路流速，1.48m/s。

代入数据有：

（4）排水管出口动能损失

3、管道总损失

Haf=Hafx+Hafp+H动损

式中：

Haf—管路阻力总损失，m；

Hafp—排水管阻力损失，66.53m；

Hafx—吸水管阻力损失，0.76m；

H动损—排水管出口动能损失，0.19m；

代入数据有：

Haf=0.76+66.53＋0.19=67.48m

4、管道阻力系数及管道特性方程

（1）管道阻力系数

式中：

R—管路阻力系数；

Haf—管路阻力总损失，67.48m；

Q—水泵额定流量，280m3/s。

代入数据有：

8.61×10-4

（2）管道特性方程

Hm=（H+S）+RQ2

式中：

H—排水高度，84m；

S—吸水高度，5m；

R—管路阻力系数,8.61×10-4。

代入数据有：

Hm=84+5+8.61×10-4Q2=89+8.61×10-4Q2

（3）水泵工况点确定

取不同的Q值得出相应的H值，在MD280-43×4型水泵特性曲线上，如下图，绘出管道特性曲线，得水泵工况点：

Qm=296m3/hHm=164mηm=77%n=1480r/min

MD280-43×4型水泵特性曲线

5、验算水泵

（1）正常涌水量时的排水时间

T正=

=

=16.5＜20h

（2）最大涌水量时的排水时间

T大=

=

=14.4＜20h

（3）水泵轴功率

N轴=

式中：

N轴—水泵轴功率，KW；

Qm—水泵在工况点处流量，296m3s；

Hm—水泵在工况点处扬程，164m；

ηm—水泵在工况点处效率，77%；

γ—矿井水比重，1.02×103。

代入数据有：

N轴=

（4）电动机功率

N电机=K

式中：

N轴—水泵轴功率，175.12KW；

K—富裕系数，取1.10；

—传动效率，0.98。

代入数据有：

N电机=

（五）结论

经计算，确定轨道下山排水设备如下：

（1）排水设备：

MD280-43×4型水泵五台；两台工作，两台备用，一台检修。

配用电机功率200kW，电压1140V；

（2）排水管选用无缝钢管Ф273×7两路，各3000米，其中：

两路工作，一路备用；

吸水管选用无缝钢管Ф299×7.5。

（3）起动设备选用QJZ－315/1140型防爆起动设备5台。

二、供电系统

1、概况

530采区在530三段皮带集中巷设计一个变电所，主要供采区采掘工作面、皮带输送机、排水用电，安装9台BGP9L－6AK型高防开关，2台KBSGZY－500/6型所内变。

2、负荷统计

设备名称

型号

功率

KW

台数

合计功率

KW

电压等级

V

采煤工作面（综采面，一个工作面生产，另一个备用）

采煤机

MG400/930

685

1

930

3300

前部运输机

SGZ-800/400

375

1

400

3300

转载机

SZB-730/132

132

1

132

1140

破碎机

PCM110

110

1

110

1140

乳化泵

MRB200/31.5

160

3

160

1140

喷雾泵

KPB-250/10

55

2

55

660

双速绞车

SDJ-20A

22

2

44

660

回柱机

JH2-5

7.5

1

7.5

660

皮带运输机

SSJ800/2×55

110

1

110

660

皮带运输机

SSJ800/2×75

150

1

150

660

张紧绞车

7.5

2

15

660

多级泵

QSWK65/25

7.5

2

15

660

ΣP1=2128.5KW

掘进工作面（两个综掘，一个普掘）

综掘机

EBZ132TY

222

2

444

1140

皮带机

SSJ800/55

55

2

110

660

皮带机

SSJ800/2×55

2×55

2

220

660

绞车

JD-25

25

2

50

660

排沙泵

QBK50/50

22

2

44

660

多级泵

100D16×4

18.5

2

37

660

局扇

KDF

2×7.5

2

30

660

信保

WZXZ-4-Ⅱ

4

2

8

660

涨紧绞车

JBY4-4

7.5

2

15

660

绞车

JD-25

25

1

25

660

耙装机

P-60B

30

1

30

660

喷浆机

XZ-7

4

1

4

660

局扇

KDF

2×7.5

1

15

660

信保

WZXZ-4-Ⅱ

4

1

4

660

ΣP2=1036KW

排水泵

排水泵

200D45×3

200

5

1000

1140

ΣP3=1000KW

轨道上山绞车

卡轨车

KWGP-60/900J

90

1

90

660

ΣP4=90KW

ΣP总=4254.5KW

3、负荷计算

采用需用系数法进行计算：

即S=ΣP

=4254.5×

=2978.2KVA

式中：

S-----视在功率，KVA；

ΣP----参加计算的设备额定功率之和，KW；

Cosα--参加计算的设备功率因数，取0.7；

Kr------总需用系数，负荷统计为实际运行功率，取0.7；

Ks------同时系数，取0.7；

4、高压电缆的选择

（1）供电电缆的选择：

计算长时工作电流Iｇ＝Ｓ/

U

式中:

Iｇ----长时工作电流A

S-----供电线路视在功率KVA

U-----线路平均电压KV

Iｇ＝

＝286.5A

参照长时工作电流选择电缆，选用两条YJV223×95ｍｍ2交联聚乙烯塑料绝缘电力电缆，额定电流286A。

按允许电压损失校验电缆截面

根据公式ΔU＝K×P×L

式中：

K----电缆每兆瓦公里电压损失百分数，查表此处为0.73%；

P----参加计算的有功功率总和，2.978MW；

L----电缆总长度，3Kｍ。

430采区变电所到530采区三段变电所的电压损失为:

ΔU1＝0.0073*2.978*3＝6.52%<7%

所选电缆满足电压损失的要求。

按短路电流校验电缆的热稳定性

根据公式Amin≧Id⑶

/c

式中:

Amin----电缆短路时热稳定要求的最小截面ｍｍ2

Id⑶----井下中央变电所母线最大三相短路电流,17KA

tf-----短路电流作用的假象时间，取0.4秒；

C-----热稳定系数，为165。

Amin＝17000×

/165＝65.16ｍｍ2

95ｍｍ2>65.16ｍｍ2

所选电缆满足要求。

附：

设备明细表

序号

项目名称

型号

单位

数量

备注

1

采煤机

MG400/930

台

1

2

前部运输机

SGZ-800/400

台

1

3

转载机

SZB-730/132

台

1

4

破碎机

PCM110

台

1

5

乳化泵

MRB200/31.5

台

3

6

喷雾泵

KPB-250/10

台

2

7

双速绞车

SDJ-20A

台

2

8

回柱机

JH2-5

台

1

9

皮带运输机

SSJ800/2×55

台

1

10

皮带运输机

SSJ800/2×75

台

1

11

张紧绞车

台

2

12

多级泵

QSWK65/25

台

6

13

综掘机

EBZ132TY

台

2

14

皮带机

SSJ800/55

台

2

15

皮带机

SSJ800/2×55

台

2

16

绞车

JD-25

台

2

17

排沙泵

QBK50/50

台

2

18

多级泵

100D16×4

台

2

19

局扇

KDF

2

20

信保

WZXZ-4-Ⅱ

2

21

涨紧绞车

JBY4-4

2

22

绞车

JD-25

1

23

耙装机

P-60B

1

24

喷浆机

XZ-7

1

25

局扇

KDF

1

26

信保

WZXZ-4-Ⅱ

1

27

排水泵

MD280-43×4

4

28

卡轨车

KWGP-60/900J

1

29

移动变电站

KBSGZY-500/6

台

5

30

移动变电站

KBSGZY-315/6

台

7

31

移动变电站

KBSGZY-1000/6

台

1

32

移动变电站

CHP331500KVA

台

1

33

钢管

DN250

米

7500

34

高压电缆

YJV22-3×95ｍｍ2

米

4000