浅析煤矿井下排水系统引水方式.pdf

第 4 2卷 第 6 期 2 O 1 6年 6月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 4 2 NO ． 6 J u n ．20 1 6 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 0 6 0 0 3 0 0 3 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 6 ． 0 6 ． 0 0 8 佘影 ， 罗明华 ， 张海峰． 浅析煤矿井下排水系统引水方式E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 6 3 0 3 2 ． 浅析煤矿井下排水系统引水方式 余 影 ， 罗明华 ， 张海峰 中煤科 工集 团重 庆研 究 院有 限公 司 ，重庆4 0 0 0 3 9 摘要 根 据煤 矿项 目经验 ， 统 计 了当前 煤矿 排 水 系统 中常 用 的 引水 方式 ， 详 细介 绍 了各 种 引水 方 式 的基 本组 成 、 工作 原理 和适 用环境 ， 研 究并 阐述 了不 同引水 方式 在 自动 排 水监 控 系统 中的 实现 方 法 ， 分 析 总 结 了 其各 自的优缺 点 ， 为煤矿 自动排 水监控 系统建 设提供 了技 术 参考 。 关键 词 煤矿 排 水 ；引水 方式 ；自动控 制 ；监控 系统 中图分类 号 T D6 3 6 文献 标 志码 B 网络 出版 时 间 2 0 1 6 0 6 0 1 1 0 2 4 网络 出版地址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 6 0 6 0 1 ． 1 0 2 4 ． 0 0 8 ． h t ml An a l y s i s o f wa t e r d i r e c t i ng s t y l e s o f un d e r gr o un d d r a i n a g e s y s t e m SH E Yi ng，LU O M i n ghu a， ZH ANG Ha i f e ng CC TEG Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n p r o j e c t e x p e r i e n c e o f c o a l mi n e ，wa t e r d i r e c t i n g s t y l e s o f c o a l mi n e d r a i n a g e s y s t e m we r e c o un t e d，a n d t h e i r ba s i c c o m p os i t i o ns ，wo r k i ng p r i nc i pl e s a n d a p pl i c a bl e e nv i r o nm e nt we r e d e s c r i b e d pa r t i c ul a r l y．I mpl e m e nt a t i o n me t ho d s o f di f f e r e nt wa t e r d i r e c t i ng s t yl e s o n a u t o ma t i c dr a i na ge s y s t e m we r e s t u di e d a n d e xp r e s s e d． Ad va nt a g e s a nd d i s a d v a n t a ge s o f t he d i f f e r e nt s t yl e s w e r e c o mpa r e d a nd s umma r i z e d t o p r ov i de t e c hni c a l r e f e r e nc e f o r a u t o m a t i c dr a i na g e s y s t e m ． Ke y wo r d s c o a l mi ne d r a i n a ge；wa t e r d i r e c t i ng s t y l e；a u t o c on t r o1 ；m o n i t o r i ng s y s t e m 0 引言 1 压力 管 引水 目前 ， 我 国煤 矿 井 下 主排 水 系 统 中使 用 的水 泵 主要 是矿 用耐 磨离 心泵 。离 心泵 是利 用 叶轮旋 转使 水发生离心运动来工作的 ， 在水泵启动前 ， 必须使泵 壳 和吸水 管 内充满 水 。使水 充满 泵壳 和 吸水管 的方 法 ， 被 称作 水泵 的引 水 方 式 。离 心 泵 引 水方 式 主要 有有 底 阀引 水 、 无 底 阀 引水 2类 ] 。有 底 阀 引 水 又 分 为压力 管 引水 、 高 架 水 箱 引 水 、 水 上 底 阀 引水 ， 无 底 阀引 水又 分 为 射 流 引 水 、 真 空 泵 引水 、 真 空 罐 引 水 、 子 母 泵 引水 、 正压 引 水 、 自吸 引水 。 由于煤 矿 井 下 环境 条件 限制 ， 煤 矿 井 下 排 水 系 统 常用 的引 水 方 式 主要 是压 力管 引 水 、 射 流 引 水 、 真 空 泵 引 水 、 真 空 罐 引水 等 。 压力 管 引 水 是 有 底 阀 引 水 方 式 中 最 常 用 的 一 种 ， 利用排水 管 内的存水 来为水 泵灌 引水 ， 如 图 1所示 。 排水管 图 1 压力管引水方式 收稿 日期 2 0 1 6 - 0 1 - 2 0 ； 修 回 日期 2 0 1 6 - 0 4 2 6 ； 责任 编辑 胡娴 。 作者简介 佘影 1 9 7 8 一 ， 男， 四川 巴中人 ， 工程师 ， 主要研究方向为煤矿有线／ 无线通信 、 控制技术等 ， E ma i l s y s y s y ． b o y 1 6 3 ． c o rn。 2 0 1 6年 第 6期 余影 等 浅析煤 矿 井下排 水 系统 引水 方式 3 1 井下 水泵 排水 管 上 基 本 都 装 有 逆 止 阀 ， 排 水 管 内都有存水。在逆止阀和调节闸阀的两侧加装旁通 阀， 可将排水 管内的存水 引入 泵体 ， 实现水泵灌 引 水 。启泵前 ， 打开旁通阀和排气阀， 排水管内的存水 通过旁通阀进人泵体和 吸水管 ， 空气通过排气阀排 出， 当排气管内有水流出时 ， 关闭旁通阀和排气 阀， 合 闸启动 电动 机 。 该 引水方式的优点是设备简单 、 易于使用 ； 缺点 是 底 阀处 于水 仓底 部 ， 容易被 异 物卡 住 ， 导致 密封 不 严 ， 影 响灌 水 ， 也 不便 于检 修 维 护 ， 而 且 底 阀处 水 头 损失较大 ， 排水效率不高。 在设计 自动排水监控系统时， 需将旁通 阀和排 气 阀更换为电动阀， 以实现程序控制 ； 在排气管上加 装 液位 开关 ， 用 于监 测是 否有 水 流 出 。 2 射 流 引水 射流引水是利用压力水通过射流器时产生 的真 空 将 泵体 内空 气逐 渐 带 走 ， 水 仓 水 沿 吸 水 管 自下 而 上充满泵壳的一种引水方式 。该方式主要采用射流 器 、 射 流 阀 、 真 空 阀 、 真 空表 等设 备 ， 如 图 2所示 。 图 2射 流 引 水 使用该方式引水时 ， 首先 同时打开射流阀和真 空阀， 压力水经射流阀进入射流器并驱动其吸气 室 内形 成真 空 ， 泵体 内的 空气 经 真空 阀进 入 射 流器 吸 气 室 ， 并逐 步 排空 ， 当真空表 负 压值 达到 启泵所 需 压 力时 ， 关闭真空 阀和射流阀， 合闸启动电动机。 射流 引水 方式 是 目前煤 矿井 下应 用最 广 的无 底 阀引水 方式 ， 其 优 点 是 设 备 简单 、 安 装 方便 、 易 于 维 护 ； 缺点是引水效率不够高 ， 需要大量的压力水作为 动力 。为避免压力水不足时整个泵房瘫痪 ， 通常泵 房 内至少保 留 1台带有 底 阀的水 泵 。 设计 自动排水监控系统时， 需将射流阀、 真空阀 更 换 为 电动 阀 ， 同时在 真 空表 处 利 用 三 通 接人 负 压 传 感器 ， 通 过程 序 实 现 射 流 控 制 和负 压 判 断 。压 力 水 是射 流 引水 得 以正 常 工 作 的 关键 ， 为 进 一 步增 加 系 统 可靠性 ， 通 常还 在射 流 阀前 面增加 2 ～3台选 择 阀， 以实现排水管及消防水等多个压力水源的选择 。 3真 空泵 引水 真 空 泵 引 水 方 式 采 用 水 环 式 真 空 泵 的偏 心 结 构 ， 周期 性地 形 成 负 压 ， 抽 取 水 泵 和 吸 水 管 内 的 空 气 ， 并通过循环水箱的汽水分离功能实现水箱水 的 循环 使 用 ， 逐 渐 排 空 泵体 内 的空 气 ] 。该 方 式 主要 采用真空泵 、 循环水箱、 真空 阀、 注水 阀及真空表等 设 备 ， 如 图 3所示 。 排水管 图 3真 空 泵 引 水 使用 该 方式 引水 时 ， 需 保 证 循 环 水 箱 内有 一 定 量 的存水 。水 泵启 动前 ， 打 开注水 阀 ， 循 环 水箱 内的 水在重力作用下流人真空泵 。当水位淹没真空泵叶 轮 时 ， 启 动真 空泵 并打 开真 空 阀 ， 使 真空泵 吸气 口与 离 心泵泵 体 连通 ， 以抽 取 离 心 泵泵 壳 内 的空 气 。空 气 和水在 真 空泵 内混 合 ， 经汽 水 混 流 管 重新 流 入 循 环水 箱 ， 然后 空气 被排 人大气 中 ， 循环水 继 续从循 环 水箱底部流入真空泵， 实现循 环使用 。真空泵启动 后 ， 需持续观察真空表数值 ， 当负压满足水泵启动条 件时， 合闸启动水泵电动机并关闭真空泵及抽真空 相关 阀门 。 该引水方式 的优点是抽真空效率高 ， 不需要压 力水 源 ， 缺点 是需 要为 真空 泵提 供额外 动 力 ， 并 需要 一 定 的设 备 安装 空 间 ， 设 备 成 本较 高 。为 降低 设 备 成本并节省空间， 泵房内通 常只配备一主一备 2台 真 空泵 ， 多水 泵通过 管路 设计 实 现真空 泵共 享 。 真空泵需要少量的水作为媒介才能实现抽真空 操作 ， 因此， 必须确保真空泵 内有足够的水 。设计 自 动排 水 系统 时 ， 通 常采 用 2种 方 式 来 确 保 真空 泵 内 有水。方式 1 在循环水箱 内增加水位开关 ， 在水箱 上方增加补水管道 和补水 阀， 以实现循环水箱 的水 位监测和补水操作 ； 方式 2 取掉水箱 ， 直接将真空 泵注水管接到水泵排水管上 ， 利用排水管内大量 的 存水为真空泵提供水源 ， 汽水混流管 内的水直接排 到水 泵房 水仓 。此 外 ， 要 实现 自动 排水 控制 ， 除更 换 电动阀和增加负压传感器外 ， 还需为水环式真空泵 3 2 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 提供状 态 采集 接 口和控制 输 出接 口。 4真 空罐 引水 真 空罐 引水 方式在 水泵 吸水 口与吸水 管 之 间加 密 闭 的水箱 ， 启泵 前水 箱 内加满 水并 保持 密 闭 ； 启 泵 时水泵抽取真空罐内的水 ， 造成罐内负压 ； 随着真空 度 的增 加 ， 吸水管 内的空气 逐渐 被 吸入 真空罐 ， 最 后 水 仓 内的水 被 吸人 真 空 罐 ， 水 泵 正 常 运 行 。该 方 式 主要采 用 真空罐 、 注 水 阀等设 备 ， 如 图 4所示 。 图 4真 空罐 引水 理论 上 ， 真空 罐 引 水 方 式 只需 要 为 真 空 罐 灌 水 一 次 ， 但实际上 ， 由于受设备漏水等 因素的影 响， 每 隔一段 时 间都要 检查 真空 罐 内的水 位 。该 引水方 式 的优点是水泵启动时不需要 每次都进行灌 引水操 作 ， 使用方便快捷 ； 缺点是水箱 占用空 问较大 ， 其体 积一般 不小 于水 泵 吸水管 体 积 的 3倍 。 该 引 水方 式实 现 自动控 制 的关 键 是如何 实 现真 空罐 水位 的 监 测 和 电 动 注 水 。通 常 有 2种 设 计 思 路 一 种是 将水 箱 的注水 阀更 换 为 电动 阀 ， 并 在 吸水 管位置增加一组排气 阀和水位开关 ， 每次启泵前都 执行 注水 操作 ； 另 一 种 是在 真 空 罐 上 加 装 水位 传感 器 ， 精确测量真空罐水位 ， 仅在水位超低时才执行注 水操 作 。 5其他 引 水方式 除 以上 常用 的引水 方式 外 ， 煤 矿 井 下还 有 子 母 泵 、 正 压水 仓 、 自吸泵 及潜 水泵 等 引水 排水 方式 。 子 母 泵 是水 泵 正 压 启 动 的一 种 ， 是 将小 型 潜 水 泵 子 泵 加 装在 离 心 泵 母 泵 吸水 管 上 ， 通 过 子 泵 为母泵 提供 引 水 的 一种 引水 方 式 。离 心 泵 启 动 前 ， 首先 启动 小 型潜水 泵 ， 由潜 水 泵 向离 心 泵 吸水 管 打 水， 之后启动离心泵 ； 待离心泵正常运行后 ， 停止潜 水 泵 。该 方 式 的优 点 是 母 泵 的 启 动 速 度 和 成 功 率 高 ， 缺点是潜水泵检修维护不方便。 正压水仓方式是将水仓建造在高于离心泵的位 置 ， 在水 泵 吸水管 上加 装进 水 闸 阀 ， 水泵启 动 前 打开 进水 闸 ， 水 仓 内 的水 在 重 力 作 用 下 自动 充 满 泵 壳 。 该 方式 的优 点是 启 泵 流程 简单 ， 对水 泵 气 密 性 要 求 低 ； 缺点 是水 仓建 设 难 度 大 ， 存 在 一 定 危 险 性 ， 为排 出水仓 积水 ， 需 与负 压水仓 同时建设 。 自吸泵 通过 水 泵 自身结 构实 现水 泵 的灌引 水操 作 。在 水泵 运转 前 ， 需在 泵腔 内存 有一 定量 的水 ， 自 吸泵启 动后 ， 由于 叶轮 的旋转 作用 ， 使 吸水 管路 的空 气和水 充 分混 合 ， 并 被 排 到 汽水 分离 室 。汽 水 分 离 室上 部 的气体 溢 出 ， 下 部 的水返 回叶轮 ， 重 新 和 吸入 管路的剩余气体混合 ， 直到把泵及进水管路 内的气 体全 部排 尽 ， 完成 自吸 ， 使 水 泵 进 入 正 常 工作 状 态 。 该方 式 的优 点是不 需 要 额 外 的引 水 装 置 ， 控 制 流 程 简单 ； 缺点是泵体结构复杂 ， 井下检修维护困难。 潜 水 泵是 离 心 泵 的一 种 特 殊 形式 ， 可直 接 在 水 下使用 ， 其优点是启停控制简单， 缺点是水泵长期浸 泡于矿井水下 ， 故障后难以检修维护。 6 结 语 煤 矿井 下排 水 系统是 煤 矿安 全生 产 中不可 或 缺 的环 节 ， 水 泵能 否顺 利 启 动 直 接 关 系 到 排水 系 统 的 运行 效果 。由于煤 矿井 下空 间 、 水质 等条 件 的限制 ， 井下水泵更适合选择设备简单、 操作维护方便的引 水方 式 。随着 煤矿 自动 化 水 平 的 提 高 ， 煤 矿 对 排 水 系统运行效率的要求越来越严格 ， 根据泵房实际情 况选择合适的引水方式 ， 是有效提 高排水系统运行 效率 的重 要保 证 。 参 考 文 献 [ 1 ] 上 海 市 政 工 程 设 计 研 究 院．给 水 排 水 设 计 手 册 第 3册 城镇 给水 E M3 ． 2版． 北 京 中国建筑 工业 出 版 社 ， 2 0 0 3 ． E 2 ] 水 浩然 ， 李树 斌． 水泵 弓 l 水 装 置 浅 析 [ J ] ． 给水 排 水 ， 1 9 9 5 1 0 2 5 2 9 ． E 3 3 吴文珍 ， 谢 勇．试论水泵 引水方 式E J ] ．江西铜业工程 ， 1 9 9 8 4 5 9 - 6 3 ． E 4 3 杨荣． 多 P L C煤矿排水 自动控制 系统的设计 F J ] ． 化工 自动化及仪表 ， 2 0 1 3 ， 4 0 1 1 1 4 1 7 1 4 1 8 ． E 5 ] 马胜利 ， 温 国栋． 嵌 入式技术在煤矿排水系统 中的应用 E J 3 ．西安科技大学学报 ，2 O O 9 ， 2 9 1 9 3 9 6 ．