三篇排水设备

第三篇矿山排水设备辽宁工程技术大学机械工程学院第十一章概述矿井开采方式：竖井、斜井、平硐或露天煤矿。矿山排水设备的作用：为保证矿井安全生产，不致使涌水淹没矿井，将采掘过程中，不断涌出的矿水及时地排到地面。第一节矿山排水系统一、矿水矿井自然涌水：地下水、地表水。矿井人为涌水：水砂充填矿井和黄泥灌浆矿井的充填废水及灌浆水。1、矿井涌水量：单位时间涌入矿井的总水量（m3/h或t/h）最大涌水期：雨季和融雪季节，相的涌水量称之为最大涌水量；正常涌水期：其它季节，相的涌水量称之为正常涌水量。含水系数：每采一吨煤的涌水量（比较各矿涌水的大小）nsAqK矿井年产量全年总涌水量含水系数m3/t2、矿水的性质：（1）矿水的容重：一般为9954～10052N/m3。要设置水仓或沉淀池，使水中泥砂沉淀后，再经水泵排至地面。（2）矿水的酸碱性：矿水按氢离子指数分为：酸性(pH7)中性(pH=7)碱性(pH7)防止酸性水腐蚀排水设备的措施（当pH5时）：A、采用耐腐蚀性材料制成的耐酸泵，排水管道可在管内加防酸衬（衬胶，衬聚氯乙烯，衬搪瓷）等防护措施；B、必要时，为防止酸性水污染环境，应在井下水仓投入石灰（CaO）、熟石灰[Ca(OH)2]或石灰石（CaCO3）等进行中和处理。二、矿井排水系统主排水设备：设在井底车场（最低处）附近。矿井自采掘工作面涌出的水，沿着巷道排水沟，自行流至井底车场附近的水仓中，然后经主排水泵将水排至地面。辅助排水设备：A、局部排水设备：设在箕斗井底、有水窝的罐笼井底、胶带输送机斜井底及集中下山等处。水泵通过排水管将水排到井底车场水沟中。B、采区排水设备：设在采区。在水沙充填矿井，由于水中含有大量泥沙，需在采区设沉淀池，经第一次沉淀后，由采区排水设备将水排至运输巷道水沟中。C、移动排水设备：设在掘进工作面，随掘进工作面的推进而移动。（一）集中排水系统集中排水系统：将全矿涌水集中到最低水平，然后由主排水设备一次排到地面。特点：集中排水系统较简单，开拓量小，基建费用低，管道敷设简单，管理费用低。1、竖井单水平开采：多水平开采：缺点：上水平的水引到下水平后，再排上去，浪费了势能，增加了电耗。2、斜井：斜井可通过钻孔下排水管，钻孔垂直深度一般不超过300m，管材采用钢管。特点：不但节约管材，而且降低了生产运行费用，还可提高斜井井筒利用率，增加提升能力。方法：管子与钻孔间用水泥砂浆封死，防止孔壁塌落及水沙等流入井下。(二)分段排水系统将全矿涌水集中到几个水平，然后分别将水排至地面。1、单水平开采：先将涌水排至井筒中间水仓，然后再由中间水泵房的水泵将水排至地面。2、多水平开采：（1）当各水平涌水量都较大时，则分别设置排水设备，将各水平涌水分别排至地面。（2）当下水平的涌水较小时，可将下水平涌水，用辅助水泵排至上水平水仓中，然后由上水平主排水泵将水一起排至地面。三、水仓：用来专门储存矿水的巷道水仓主要作用：（1）储存调节、集中矿水：当涌水量产生波动或排水设备发生故障停泵时，贮存矿井涌水;（2）沉淀矿水泥沙：防止进入水泵，以免加快水泵的磨损。水在水仓中流动的速度要求：小于0.005m/s，且流动时间要大于6h（水仓巷道长不得小于100m）。水仓数量：至少有两个：主、副水仓，以便清理时轮换使用。水仓总容量:《煤矿安全规程》规定为：（1）正常涌水量在1000m3/h及其以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。（2）正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓的有效容量可按下式计算：V=2（Q+3000）m3但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。四、水泵房：（一）水泵房位置：在井底车场附近。其原因：（1）运输巷道的坡度都向井底车场倾斜，便于矿水沿排水沟流向水仓；（2）排水设备运输方便；（3）由于靠近井筒，缩短了管路长度，不仅节约管材，而且减少了管路水头损失，同时增加了排水工作的可靠性；（4）在井底车场附近，通风条件好，改善了泵与电机的工作环境；（5）水泵房以中央变电所为邻，供电线路短，减少了供电损耗。（6）一旦井底车场被水淹没，关闭水平通道的防水门后，继续抢险排水，在万不得已的情况下，人员和设备还可由此撤出。水泵房在井底车场的位置：（二）水泵房的设备布置三台水泵的水泵房布置如图所示。水仓的水——水仓篦子——水仓闸门——配水井（水仓闸门共两个，分别与主、副水仓相通，轮换使用，在配水井上部操纵）——配水闸门——吸水井或两侧的配水沟（两侧的配水沟再进两侧的吸水井）（配水井及吸水井内均有供人员上、下的梯子，以便于安装检修和清理水井，井上覆盖着带纹的钢板）（三）水泵房结构尺寸1．水泵房长度L=nL0+l1(n+1)mn——水泵台数；L0——水泵机组(泵和电动机)的总长度，m，可查样本；l1——水泵机组的净空距离，一般为1．5～2m。2．水泵房的宽度B=b0+b1+b2mb0——水泵基础宽度，m；b1——水泵基础边到轨道一侧墙壁的距离，一般为1．5～2m；b2——水泵基础另一边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为0．8～lm。3．水泵房的高度1）水泵房的高度应满足检修时起重的要求，一般为3～4．5m；2）根据水泵叶轮直径确定：在D≥350mm时，取4．5m，并应设有能承受起重质量为3～5t的工字梁，在D350mm时，取3m，可不设起重梁。水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200～300mm。大型水泵基础应高于泵房地板200mm。第二节矿山排水设备一、矿山排水设备的组成水泵、电动机、起动设备、管路、管路附件等和仪表等。管路附件：（1）带过滤网的底阀；（2）调节闸阀；（3）逆止阀（4）灌水漏斗、放气栓、旁通管、真空表、压力表等。水泵按作用原理分类：叶片式水泵：离心式、轴流式及混流式等；容积式水泵：往复式、回转式（齿轮泵、螺杆泵）等；其它型式：喷射式、水锤式等。我国煤矿采用最多：离心式少数采用：活塞式、喷射式水泵二、矿用水泵工作原理（一）离心式水泵1、主要组成：叶轮、轴、螺旋形泵壳、吸入口、压出口。2、工作原理：压出原理：叶轮中流体产生离心力吸入原理：入口处形成真空（二）往复式水泵：1、主要组成：活塞、泵缸、吸水阀和压水阀。2、工作原理：当曲柄不断旋转时，活塞就不断往复运动，泵的吸水和压水过程就连续不断地进行。（三）喷射式水泵1、主要组成：高压供水管、喷嘴、混合室、喉管、扩散器、吸水管、排水管。2、工作原理：高压水经供水管以很大的速度从喷嘴射出，使喷嘴出口处的压力低于大气压力，于是吸水井中的水在大气压力作用下经吸水管进入混合室，进行能量传递，成为射流流出。三、离心式水泵的工作参数1、流量单位时间内水泵排出的水量。体积流量用Q表示，单位为m3/h、m3/s或L/s等；质量流量用QM表示，单位为kg/h或kg/s等。2、扬程（H—mH2O）单位重量的水通过水泵所获得的能量或压头。3、功率轴功率（输入功率）（N—kW）：原动机传给泵轴上的功率。有益功率（输出功率）（Ne—kW）：单位时间内流过水泵的流体所获得的功率。1000QHNe4、效率（η）泵有益功率与轴功率之比。NQHNNe10005、转速（n—r/min）泵轴每分钟的转数。6、允许吸上真空度（[Hs]—mH2O）保证离心式水泵不产生汽蚀现象的允许吸上真空高度。四、离心式水泵分类1、按叶轮个数分：单级泵、多级泵2、按吸入方式分：单吸式、双吸式3、按泵壳形式分：涡壳式（中开式）导叶式（分段式）4、按轴的位置分：卧式、立式第十三章离心式水泵构造第一节离心式水泵的主要部件一、转动部分1、叶轮：给水增加能量。结构：前盘、后盘、叶片组成。（分闭式、半开式、全开式）二、固定部分1、吸入段：将吸水管中的水均匀地引向叶轮。结构：圆环形、锥形管2、压出段：收集末级叶轮流出的高速水流引向出口，同时将部分动能转换为压力能。结构：螺旋形、环形。3、中段：导流、增压。结构：由导水圈、返水圈（带有叶片的静止圆环）与泵壳固定在一起组成。三、密封部分1、密封环：叶轮与泵壳之间的密封。结构：分大口环、小口环。2、填料函：泵轴与泵壳之间的密封。其松紧度对水泵的性能有影响。结构：由填料箱、填料、压盖组成。第二节轴向推力平衡装置一、轴向推力产生的原因：离心式叶轮前、后盘受流体作用的面积不等，产生的压力不等，从而产生了一个指向吸水侧的轴向推力。二、危害：（1）轴推力会推动叶轮及装在轴上的整个转子沿轴线向吸水侧移动，使之与固定部分摩擦而损坏；（2）使叶轮出口与导水圈入口中心偏离，恶化了流动状况，降低水泵效率。三、轴向推力的平衡方法：（1）平衡孔：单级泵用（2）双吸入口：大流量泵（3）对称排列：偶数叶轮用（4）平衡鼓：多级泵（5）平衡盘：多级泵平衡盘特点：A、自动平衡轴向推力，总是处于动态的平衡状态；B、结构紧凑，平衡效果好；C、由于轴的窜动，使平衡盘和平衡板经常磨损以及增加漏损。第三节矿山常用离心式水泵主要排水设备：多级泵，主要是D型离心式水泵；辅助排水设备：单级泵，主要以B型离心泵为主。一、D型水泵1、D型泵的构造D型泵属于单吸、多级、分段离心式水泵。它可输送清水或物理化学性质类似于水的液体，输送液体的温度不得超过40℃。固定部分：前段、中段、后段、导水圈、尾盖及轴承架等零部件，用螺栓联结。转动部分：数个叶轮和一个平衡盘。整个转子部分支承在轴两端的单列向心滚柱轴承上。水泵的轴向推力采用平衡盘平衡。水泵的吸水口为水平方向，排水口为垂直向上。2、型号：50D、65D、80D、100D、125D、150D、200D、250D等八种，前5种转速为2950r/min，后三种为1480r/min。3、型号意义：旧编制：吸水口直径、D、单级额定扬程×级数新编制：D、额定流量、——、单级额定扬程×级数煤矿排水使用的多级泵，除D型外，还有DA型、GD型、TSW型等老产品。近年来生产的大流量、高扬程水泵：DS450-100型、100DM-100型、DQ280-100型泵、其单级扬程都是100m，最高级数可达10级，流量也较大。