果岭采区30中段排水设计
肖林轩
一、排水方案选择
从整个果岭开拓系统来看，目前果岭系统开拓至30中段的斜井主要有坳背山220、果岭3#、以及果岭5#，为此有三个排水方案可供选择。
方案一坳背山220斜井作为排水井
坳背山220斜井中井下涌水可由30中段直接排到地面，但与此同时扬程较高。
优点:1.没有二道斜井可直接排除地面，斜井断面大能随意放置排水管。 缺点:1.坳背山220至30中段整个斜井长度为500多米，排水距离过长，2.30中段吊桥附近岩层顶板过于破碎，在经过喷浆后依然出现冒顶的情况，所以不适合建立水仓及水泵房。
方案二果岭3#斜井作为排水井
果岭3#斜井有两个暗斜井且排水路线长度最长。但在3道斜井底部岩层顶板为石英砂岩，稳固性较好。
优点:3道斜井底部顶板岩层较稳固。
缺点：1.排水距离最长，需要消耗大量的无缝钢管，2.由于从3#30中段向上排水要通过三条斜井，弯道较多，其中管路向上排水过程中弯头存在多大的摩擦阻力较难计算导致无法准确算出其扬程，导致水泵难以选型。3.果岭3#主斜井断面过小，若管子道安装在果岭3#斜井，在卷扬机上提下吊过程中矿车易碰坏排水管。
方案三果岭5#作为排水井
果岭5#斜井30中段斜井底部即将与果岭3#贯通，其岩层顶板为石英砂岩，稳固性较好，适合布置水仓。
优点：排水距离最短，2.三道斜井底部岩性较好，适合建立水仓。
经过简单的技术经济比较，方案三最为合适，故选择果岭5#斜井作为排水井。
二、排水设备的选型 （1）确定水泵流量Q1。
Q1=Q/20m3/h （式1） 式中，Q为矿井正常涌水量 ， m/ 昼夜 。
测得整个果岭采区30中段正常涌水量为一天为400m3，雨季最大涌水量为一天500m3
根据公式得 Q1=400/20
3
=20m3/h
（2）计算排水高度H1
H1=K（ H+5.5m） （式2） 式中，K为扬程损失系数 ，对于竖井，取K=1.1，对于斜井，取K=1.2 ～1.35 ，倾角大时取小值；H为 井筒深度 ，m 。
果岭5#由一个主斜井和两个暗斜井组成，目前暗斜井目前已掘进至30中
段。其阶段分别为156—130阶段、130—60阶段、60—30阶段。
H总（30-156）=1.3（126+5.5） Q1=20m/h
3
=171m
（3）初选水泵
根据水泵的小时排水量Q1和排水高度H1初选水泵型号，确定其水泵排水量（ m/h ）和扬程H（m）。
结合水泵流量以及排水高度初选水泵，考虑为矿山广泛使用的DA1型，通过表1，各类水泵参数见（表1），为提高本次设计的准确度，我们初选两套水泵进行设计，分别为DA1-100X9（水泵流量Q为36 m3/h，总扬程为174.6m）和DA1-100X10型（Q为36 m3/h，总扬程为194m）。（D型离心水泵如图1）。
3
DA1-100型离心水泵性能表
表
1
图1 （4）确定正常涌水期间所需工作的水泵台数
按设计原则与要求主排水设备安设3台同类型水泵，2台工作能在20h排除一昼夜的最大涌量。辅助排水设备一台安设，另有一台备用。
正常涌水量工作水泵的台数：
果岭采区30中段水泵配置情况
（5）排水管直径的选择 dp=
（式3）
式中 dp—排水管所需的直径，mm； n—向排水管中输水的水泵台数； Q—一台水泵的流量，m³/h；
vj—排水管中的经济流速，随管径、管材和地区电价而定，一般可取范围 1.2~2.2m/s（流量大时取大值，流量小时取小值；管径昂贵时取大值，管
材低廉时取小值；如因流速降低，管径增大，将导致井筒断面增大，经济方案比较，可适当提高流速，最大不宜超过3.0m/s）。此时我们Vj取1.2
Dp=
4∙1∙203600∙3.14∙1.2
= 76mm
排水管材料用无缝钢管，根据计算的直径选择标准管径：果岭30中段采用内径为80mm的无缝钢管。另外斜井管道采用法兰连接，其中吸入法兰盘外径为205mm，内径为100mm，吐出法兰盘外径为215mm。 （6） 排水管中水流流速
vp=
4nQ3600πd
2
（式4）
式中 vp—排水管中水流速度，m/s。 vp=
4∙1∙203600∙3.14∙(0.1)
2
= 0.71m/s
（7） 确定电动机型号
根据主排水泵DA1-100X10型要求的电动机功率为45kw和水泵的转数为2940r/min，矿山排水一般采用异步电动机。 选择Y系列三相异步电动机，型号为Y225M-2 转
速2960，电机功率45KW。
Y225M-2型三相异步电动机主要参数
三水泵房布置
1.水泵房平面尺寸的确定 （1） 确定水泵房长度
L=nb+a(n+1) （式5） 式中： L—水泵房长度 ，m ；
B—每台水泵和电动机的总长度 ，m；
A—相邻两台水泵和电机基础之间的净空间距，一般取1.5~2.0m；
n—水泵台数 ，台 ；
主泵房的配备有3台DA1-100X10水泵，水泵全身长1.413m；参照表10-5电机全长为0.815m，每台水泵和电动机的总长度A1为2.228m；两水泵间的距离a取1.5m。考虑变压器尺寸。
另：考虑变压器尺寸。有公式 p=s*0.8
其中，P为有功功率，s为视在功率（变压器容量）。
果岭30中段3个水泵总功率为135kw。s=135/0.8=168.75kva。所以我们选择容量为200kva，型号为s9-200kva/10kv.尺寸为1357*945*1448 m（长X宽X高）
所以：
L=3(1.413+0.815)+1.5(3+1)+1.357=14.00m
（2） 确定水泵房的宽度
B=b1+b2+b （式6） 式中：B——水泵房宽度 ， m ；
b1——水泵基座至泵房墙间的距离（即有搬运道的一侧），一般取 b1=1.5~2.0m ；
b2——水泵另一边与泵房墙之间的距离（无搬运道的一侧），一般取 b2=0.8~1.0 m ；
b——水泵基础的最大宽度, m 。
参阅《D、DG、DM型多级泵》，水泵和电动机共用底座，水泵基础的最大宽度为720mm；水泵基座至泵房墙间的距离 b1取2m和b2取0.8m。
B=b1+b2+b=1.5+0.8+0.72=3.02m
（3）确定水泵房的高度
水泵房高度通常根据水泵的工作轮直径D决定，当D> 350mm时，高取4.5m，当D〈350mm时，高取3m。其中DA1-100X10型叶轮直径为131mm。所以水泵房高度取3m。
（4）选择水泵房的形式
按水泵的进水方式不同，泵房布置型式分为吸入式和压入式两种 。这里主排水泵房采用卧式离心泵，水泵位于水仓的上方，靠水泵所产生的负压引水，故为吸入式泵房。
水泵房具体布置位置四个点坐标分别为A（4712.94，6029.14）B（4712.94,6043.15）C(4709.92,6029.14)D（4709.92,6043.15）。Z为30。
四、水仓布置与要求
1.水仓布置形式
水仓分为单侧布置和双侧布置。单侧布置时，两条独立的水仓相互平行，一般相距10-20m。一般用于尽头式车场，或矿井水从泵房一侧流入水仓时采用。
双侧布置是水仓设在水泵房的两侧，一般用于水两侧流入水仓和水仓可能扩建时。
经过简单的比对我们选择双侧布置水仓。
通过对坳背山220斜井30中段运输平巷、果岭3#井3道斜井底部，以及果岭5#3道斜井底部地质岩性的勘察，发现该区域岩性稳定，适合建立水仓。考虑到3条斜井底部交汇处才是涌水量最大的地区，故主南水仓布置在3条斜井交汇的地区，30中段还有探矿巷道。北水仓与30探矿巷道直接连接，如图2所
示
图2
2. 水仓与车场巷道连接方式
（1）水仓入口通道直接与车场巷道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面车场巷道的一侧，或设在入口通道内。
（2）水仓入口通道与车场巷道之间用联络道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面的联络到一侧。
前一种连接方式开凿工程量小，但清仓时影响车场运输，提升矿车易掉道，第二种连接方式的优点是清仓时不影响运输。
水仓的连接方式我们选择水仓入口通道直接与车场巷道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面车场巷道的一侧，或设在入口通道内。
3.确定水仓的总长度
（考虑到水仓的布置原则，水仓应由两个或两组独立的巷道系统组成，涌水量较大的矿井，每条水仓的容积应能容纳2--4小时井下正常的涌水量。一般矿井总水仓总容量，应能容纳6--8小时的正常涌水量。水仓断面尺寸，应根据容量、围岩、布置条件和清仓设备的需要确定，并应使水仓顶板标高不高于水仓入口水沟地板。水仓高度一般不应小于2m。） （1）水仓断面
水仓断面的形式为正方形，宽为2m，高为2m，断面面积为（2*2）=4m3，水仓水平标高为+25m。30中段20小时内最大涌水量为500/24*20=417m3
（2）水仓入口长度
考虑南北水仓入口岩性偏软，顶底板不稳定，即将水仓的入口长度设定为5m。
（3）水仓的总长度可按下式计算：
带入得
L=
8*204
L=
8QF
,m
=40m
，
3
2
式中，L为水仓总长度，m；Q为矿井正常涌水量，m/h；F为水仓断面积，m。
由于南水仓与30探矿巷道相连，主要负责该探矿巷道的涌水，所以涌水量不会太大，而北水仓连接果岭3#斜井与坳背山220斜井相连的30中段运输平巷，是涌水量最大的地方，所以果岭30中段设计南北水仓，其中北水仓长度为27m，南水仓长度为13m。
果岭采区30中段排水设计
肖林轩
一、排水方案选择
从整个果岭开拓系统来看，目前果岭系统开拓至30中段的斜井主要有坳背山220、果岭3#、以及果岭5#，为此有三个排水方案可供选择。
方案一坳背山220斜井作为排水井
坳背山220斜井中井下涌水可由30中段直接排到地面，但与此同时扬程较高。
优点:1.没有二道斜井可直接排除地面，斜井断面大能随意放置排水管。 缺点:1.坳背山220至30中段整个斜井长度为500多米，排水距离过长，2.30中段吊桥附近岩层顶板过于破碎，在经过喷浆后依然出现冒顶的情况，所以不适合建立水仓及水泵房。
方案二果岭3#斜井作为排水井
果岭3#斜井有两个暗斜井且排水路线长度最长。但在3道斜井底部岩层顶板为石英砂岩，稳固性较好。
优点:3道斜井底部顶板岩层较稳固。
缺点：1.排水距离最长，需要消耗大量的无缝钢管，2.由于从3#30中段向上排水要通过三条斜井，弯道较多，其中管路向上排水过程中弯头存在多大的摩擦阻力较难计算导致无法准确算出其扬程，导致水泵难以选型。3.果岭3#主斜井断面过小，若管子道安装在果岭3#斜井，在卷扬机上提下吊过程中矿车易碰坏排水管。
方案三果岭5#作为排水井
果岭5#斜井30中段斜井底部即将与果岭3#贯通，其岩层顶板为石英砂岩，稳固性较好，适合布置水仓。
优点：排水距离最短，2.三道斜井底部岩性较好，适合建立水仓。
经过简单的技术经济比较，方案三最为合适，故选择果岭5#斜井作为排水井。
二、排水设备的选型 （1）确定水泵流量Q1。
Q1=Q/20m3/h （式1） 式中，Q为矿井正常涌水量 ， m/ 昼夜 。
测得整个果岭采区30中段正常涌水量为一天为400m3，雨季最大涌水量为一天500m3
根据公式得 Q1=400/20
3
=20m3/h
（2）计算排水高度H1
H1=K（ H+5.5m） （式2） 式中，K为扬程损失系数 ，对于竖井，取K=1.1，对于斜井，取K=1.2 ～1.35 ，倾角大时取小值；H为 井筒深度 ，m 。
果岭5#由一个主斜井和两个暗斜井组成，目前暗斜井目前已掘进至30中
段。其阶段分别为156—130阶段、130—60阶段、60—30阶段。
H总（30-156）=1.3（126+5.5） Q1=20m/h
3
=171m
（3）初选水泵
根据水泵的小时排水量Q1和排水高度H1初选水泵型号，确定其水泵排水量（ m/h ）和扬程H（m）。
结合水泵流量以及排水高度初选水泵，考虑为矿山广泛使用的DA1型，通过表1，各类水泵参数见（表1），为提高本次设计的准确度，我们初选两套水泵进行设计，分别为DA1-100X9（水泵流量Q为36 m3/h，总扬程为174.6m）和DA1-100X10型（Q为36 m3/h，总扬程为194m）。（D型离心水泵如图1）。
3
DA1-100型离心水泵性能表
表
1
图1 （4）确定正常涌水期间所需工作的水泵台数
按设计原则与要求主排水设备安设3台同类型水泵，2台工作能在20h排除一昼夜的最大涌量。辅助排水设备一台安设，另有一台备用。
正常涌水量工作水泵的台数：
果岭采区30中段水泵配置情况
（5）排水管直径的选择 dp=
（式3）
式中 dp—排水管所需的直径，mm； n—向排水管中输水的水泵台数； Q—一台水泵的流量，m³/h；
vj—排水管中的经济流速，随管径、管材和地区电价而定，一般可取范围 1.2~2.2m/s（流量大时取大值，流量小时取小值；管径昂贵时取大值，管
材低廉时取小值；如因流速降低，管径增大，将导致井筒断面增大，经济方案比较，可适当提高流速，最大不宜超过3.0m/s）。此时我们Vj取1.2
Dp=
4∙1∙203600∙3.14∙1.2
= 76mm
排水管材料用无缝钢管，根据计算的直径选择标准管径：果岭30中段采用内径为80mm的无缝钢管。另外斜井管道采用法兰连接，其中吸入法兰盘外径为205mm，内径为100mm，吐出法兰盘外径为215mm。 （6） 排水管中水流流速
vp=
4nQ3600πd
2
（式4）
式中 vp—排水管中水流速度，m/s。 vp=
4∙1∙203600∙3.14∙(0.1)
2
= 0.71m/s
（7） 确定电动机型号
根据主排水泵DA1-100X10型要求的电动机功率为45kw和水泵的转数为2940r/min，矿山排水一般采用异步电动机。 选择Y系列三相异步电动机，型号为Y225M-2 转
速2960，电机功率45KW。
Y225M-2型三相异步电动机主要参数
三水泵房布置
1.水泵房平面尺寸的确定 （1） 确定水泵房长度
L=nb+a(n+1) （式5） 式中： L—水泵房长度 ，m ；
B—每台水泵和电动机的总长度 ，m；
A—相邻两台水泵和电机基础之间的净空间距，一般取1.5~2.0m；
n—水泵台数 ，台 ；
主泵房的配备有3台DA1-100X10水泵，水泵全身长1.413m；参照表10-5电机全长为0.815m，每台水泵和电动机的总长度A1为2.228m；两水泵间的距离a取1.5m。考虑变压器尺寸。
另：考虑变压器尺寸。有公式 p=s*0.8
其中，P为有功功率，s为视在功率（变压器容量）。
果岭30中段3个水泵总功率为135kw。s=135/0.8=168.75kva。所以我们选择容量为200kva，型号为s9-200kva/10kv.尺寸为1357*945*1448 m（长X宽X高）
所以：
L=3(1.413+0.815)+1.5(3+1)+1.357=14.00m
（2） 确定水泵房的宽度
B=b1+b2+b （式6） 式中：B——水泵房宽度 ， m ；
b1——水泵基座至泵房墙间的距离（即有搬运道的一侧），一般取 b1=1.5~2.0m ；
b2——水泵另一边与泵房墙之间的距离（无搬运道的一侧），一般取 b2=0.8~1.0 m ；
b——水泵基础的最大宽度, m 。
参阅《D、DG、DM型多级泵》，水泵和电动机共用底座，水泵基础的最大宽度为720mm；水泵基座至泵房墙间的距离 b1取2m和b2取0.8m。
B=b1+b2+b=1.5+0.8+0.72=3.02m
（3）确定水泵房的高度
水泵房高度通常根据水泵的工作轮直径D决定，当D> 350mm时，高取4.5m，当D〈350mm时，高取3m。其中DA1-100X10型叶轮直径为131mm。所以水泵房高度取3m。
（4）选择水泵房的形式
按水泵的进水方式不同，泵房布置型式分为吸入式和压入式两种 。这里主排水泵房采用卧式离心泵，水泵位于水仓的上方，靠水泵所产生的负压引水，故为吸入式泵房。
水泵房具体布置位置四个点坐标分别为A（4712.94，6029.14）B（4712.94,6043.15）C(4709.92,6029.14)D（4709.92,6043.15）。Z为30。
四、水仓布置与要求
1.水仓布置形式
水仓分为单侧布置和双侧布置。单侧布置时，两条独立的水仓相互平行，一般相距10-20m。一般用于尽头式车场，或矿井水从泵房一侧流入水仓时采用。
双侧布置是水仓设在水泵房的两侧，一般用于水两侧流入水仓和水仓可能扩建时。
经过简单的比对我们选择双侧布置水仓。
通过对坳背山220斜井30中段运输平巷、果岭3#井3道斜井底部，以及果岭5#3道斜井底部地质岩性的勘察，发现该区域岩性稳定，适合建立水仓。考虑到3条斜井底部交汇处才是涌水量最大的地区，故主南水仓布置在3条斜井交汇的地区，30中段还有探矿巷道。北水仓与30探矿巷道直接连接，如图2所
示
图2
2. 水仓与车场巷道连接方式
（1）水仓入口通道直接与车场巷道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面车场巷道的一侧，或设在入口通道内。
（2）水仓入口通道与车场巷道之间用联络道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面的联络到一侧。
前一种连接方式开凿工程量小，但清仓时影响车场运输，提升矿车易掉道，第二种连接方式的优点是清仓时不影响运输。
水仓的连接方式我们选择水仓入口通道直接与车场巷道相连，清仓用的小绞车峒室设在通道对面车场巷道的一侧，或设在入口通道内。
3.确定水仓的总长度
（考虑到水仓的布置原则，水仓应由两个或两组独立的巷道系统组成，涌水量较大的矿井，每条水仓的容积应能容纳2--4小时井下正常的涌水量。一般矿井总水仓总容量，应能容纳6--8小时的正常涌水量。水仓断面尺寸，应根据容量、围岩、布置条件和清仓设备的需要确定，并应使水仓顶板标高不高于水仓入口水沟地板。水仓高度一般不应小于2m。） （1）水仓断面
水仓断面的形式为正方形，宽为2m，高为2m，断面面积为（2*2）=4m3，水仓水平标高为+25m。30中段20小时内最大涌水量为500/24*20=417m3
（2）水仓入口长度
考虑南北水仓入口岩性偏软，顶底板不稳定，即将水仓的入口长度设定为5m。
（3）水仓的总长度可按下式计算：
带入得
L=
8*204
L=
8QF
,m
=40m
，
3
2
式中，L为水仓总长度，m；Q为矿井正常涌水量，m/h；F为水仓断面积，m。
由于南水仓与30探矿巷道相连，主要负责该探矿巷道的涌水，所以涌水量不会太大，而北水仓连接果岭3#斜井与坳背山220斜井相连的30中段运输平巷，是涌水量最大的地方，所以果岭30中段设计南北水仓，其中北水仓长度为27m，南水仓长度为13m。