矿井排水与压气.doc

第八章 矿井排水与压气 第一节矿井排水 涌入矿井的水称为矿井水。矿井水积聚在巷道中，不但影响生产，而且威胁着工作人员的健康和安全，因此需要把矿井水及时排出。有时井下生产也需要用水如水力采煤、灌浆等，这就需要供水。“排供结合”是矿井水的综合利用和治理发展方向，在矿井生产过程中，不论排水或供水，都由排水设备来完成。 图8一1离心式水泵示意图 1－工作轮；2－叶片；3－吸水管；4－排水管 一、排水设备 一矿用离心式水泵 1．离心式水泵的结构与工作原理 煤矿主排水设备一般均用离心式水泵。离心式水泵的结构与工作原理如图81所示。图中I为工作轮，又称叶轮，内装有若干个叶片2，3为吸水管，4为排水管。 水泵正常工作时，泵腔内必须充满水，由于工作轮旋转，其中的液体被带动一起旋转，液体受到离心力的作用，由水轮中心被甩向周围压向泵壳，被泵壳收集、引导、进入排水管4排出，从而送到指定地点；与此同时，水轮中心进口处，由于水被抛至轮缘而形成真空，在吸水井液面上的大气压力作用下，克服吸水管的高度差及各种阻力，沿吸水管而流进工作轮入口，立即填补水轮中心，水轮连续旋转，水即不断流入泵内，并排至井上。 2．矿用多级离心式水泵 目前，国产的用于矿井主排水的离心泵，每级扬程大体在50 m左右，很少有超过100 m的，因此，当需要的扬程高时，必须采用多级水泵。煤矿常用的多级水泵有DA型、D型、TSW型、GD型等。DA型水泵的流量为10．8345．6 m3／h，扬程14。351 m。当需要更大的流量和更高的扬程时，可用D型泵，其流量为12．6。485 m3／h，扬程21．9～685 m；或用GD型泵，其流量为100～700 m3／h，扬程285。950 m。涌水量较小的采区或小型矿井，可用单级的B型或BA型水泵，其流量为4．5。360 m3／h，扬程8～98 m。 二排水管路与附件 1．排水管路 矿井排水用的管道有铸铁管、焊接钢管和无缝钢管，近年来也有用塑料管作为排水管道的，其直径一般在75。250一之间。排水管路的铺设分为正常工作管路和备用管路两种。 2．管路附件及其作用 管路的附件主要有管接头多用法兰盘、各种接管和阀件等。法兰盘接头如图82所示，接管的形状如图83所示。接管包括弯头、三通接头、四通接头以及异径管接头等。阀件主要有底阀、闸阀和逆止阀。 图82法兰盘接头 图83接管的形状 a－活动法兰盘；b－固定法兰盘 a－弯头；b－三通接头； 1一活动法兰盘；2-一管子平肩 c－四通接头；d－异径管接头 三排水设备的使用 1．启动 在水泵启动前应首先检查所有联结螺栓、地脚螺栓是否紧固，润滑油是否适量，电气设备和线路有无毛病，排水阀门是否关闭不必关得太紧，是否有其他影响水泵运行的杂物，用手转动对轮是否灵活。待泵灌满引水后关闭闸阀，然后才能启动水泵。启动后当压力表读数达到额定值时，说明水泵的转数已达到额定值，即可逐渐打开闸阀开始排水。 2．运行 水泵正常工作时应运行平稳、声音正常、无异常振动，压力表和真空表读数正常、指针无异常摆动，填料处应有少量水滴漏出，轴承和电机温升及电流表读数均正常。如能观察到平衡盘回水时，其出水量也应正常，泵轴的串动量应在允许范围内。 3．停泵 如发现不正常情况，应及时停泵检查。当需要停止排水而停泵时，首先关闭排水闸阀和压力表、真空表的旋塞，然后切断电源停泵。如果停泵时间较长，应打开底部的放水螺丝，放掉水泵腔内的脏水。 二、井下水泵硐室 1．井下水泵硐室的位置及要求 井下水泵硐室应位于有新鲜风流的井底车场附近，与中央变电所靠近。水泵硐室的一端，有水平通道与井底车场的运输巷道连接，这样易于通风、供电，运输设备也比较方便；水泵硐室的另一端，用倾斜25。一30的斜巷与井简相联，这个出口应高出水泵硐室底板7 m以上。通过斜巷敷设电缆及排水管路，在紧急情况时，也可作为升降人员和设备使用。水泵硐室的底板，应高出井底车场轨道面O．5 m，并设有密闭门，既能防水又能作防火用。 2．井下水仓的要求 水仓是将整个矿井或一个水平内地下水集中的巷道。要求主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。 当矿井正常涌水量在1 000 m3／h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8 h的矿井正常涌水量；正常涌水量大于l 000 m3／h的矿井，主要水仓的有效容量不得小于4 h的矿井正常涌水量；采区水仓的有效容量应能容纳4 h的采区正常涌水量。 水仓进口处，应设置篦子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的水经过篦子、水仓闸阀进人分水井，再经分水井闸阀进入分水沟，最后流人吸水井。一般情况下每台水泵都有各自的吸水井。 三、排水系统 矿井排水系统及方式主要由矿井深度、开拓系统以及各水平涌水量的大小等因素确定。一般可分为集中排水系统和分段排水系统两种。 1．集中排水系统 立井单水平开采时，可以将全矿井涌水集中于水仓，由主排水设备集中排至地面，如图84a所示。 图84集中排水系统 a－单水平矿井集中排水系统；b－多水平矿井集中排水系统 图85斜井钻孔下排水管排水系统 立井多水平开采时，如果上水平的涌水量不大，可以将水放到下一水平的水仓中，再由主排水设备集中排至地面，如图84b所示。这样便省去了上水平的排水设备，但增加 了电耗量。 斜井集中排水时，除沿副井井筒敷设管道外，还可以通过钻孔放人排水管，以减少管材的投资和管道排水过程中的沿程损失。图85所示为斜井钻孔下排水管排水系统示意图。 2．分段排水系统 深井单水平开采时，若水泵的扬程不足以直接把水排至地面，则可在井筒中部开拓水泵硐室和水仓，把水先排至中部的水仓，由中部水泵再排至地面。多水平开拓的矿井，由于上一水平的涌水量比下水平的大，故也可以将下水平的小量涌水用小流量泵或大流量泵分时启动先排至上水平的水仓中，再由上水平的水泵将其排至地面，以减少电耗。分段排水系统如图86所示。 图86分段式排水系统 第二节矿井压风 一、概述 目前，我国煤矿主要是利用压缩机产生压缩空气，供井下风动工具使用，空气经过压缩以后，其压强增加，体积缩小，因而具有更大的能量，并由压气管网路送到井下各个工作面的风动工具处使用。目前煤矿使用的风动工具，主要是风动凿岩机，它是以压缩空气作动力，利用压气的膨胀做功，转化为机械冲击能，从而在坚硬的岩石中钻孔，以便爆破岩石。由于它是利用冲击做功来破碎岩石的，、因此机械本身结构简单，能耐振动冲击，工作可靠，特别是在坚硬岩石中9用压缩空气作动力凿岩，比直接利用电能凿岩效果要好得多。尽管利用压缩空气的效率，比直接利用电能的效率低很多，但在目前煤矿中仍作为一种动力被广泛地使用着。 图87所示为煤矿压缩空气系统的简单示意图。空气由进气管l吸进，首先在空气过滤器2中，把灰尘等滤去，然后进入低压缸4；在低压缸中空气受到第一次压缩，体积减小，温度升高，接着进人中间冷却器5；在5中冷却后温度下降，然后进入高压缸6，进行第二次压缩；达到额定压强后，再送入压后冷却器7，冷却以后进入风包9，然后经压气管路10，送入井下使用。风包有缓和压强波动、分离油水、储存压气等3个作用。安全阀的作用是防止压强过高产生危险。目前国内有一部分煤矿的压缩机不装设压后冷却器，而由高压缸出来后直接送入风包。 二、压风设备 1．空气压缩机简称空压机 空压机的种类很多，目前我国煤矿使用的空压机有活塞式、回转式、离心式及螺杆式。大部分煤矿采用活塞式空压机又称复式空压机。 活塞式空压机的主要结构部件，按其作用可分解为气路系统、传动系统、冷却系统、润滑系统、调节系统与控制保护系统。简单归纳为风、水、油、电、传动、调节6项，其中电路除包括供电外，还包括控制保护在内。 1与传动系统有关的主要部件有曲轴、连杆、十字头、活塞、飞轮以及机架、气缸等； 2与气路系统有关的主要部件有空气过滤器、气缸、活塞、气阀、冷却器、密封装置、风包等。 图87煤矿压气系统示意图 1－进气管；2－空气过滤器；3－调节装置；4－低压缸；5－中间冷却器； 6－高压缸；7－压后冷却器；8－逆止阀；9－风包；10－压气管路；11－安全阀 2．压风管路 压风管路系统的作用是将空气引入空压机内和把空压机内压缩空气输送到各使用地点。由于矿山压气管路很长空压机一般安设在地面，只有用风量不大的低瓦斯矿井，在井下主要进风巷道内方允许安设小于20 m3／min的空压机，在管道连接处往往受到酸性矿井水的侵蚀而发生大量的漏气，加之在很多地方往往又采用直径过小的管子等原因，在管路系统中产生很大的压力损失。所以设置管路系统时，应考虑以下要求 1管路应按最短的线路设置； 2要有足够的直径，尽量减少拐弯，避免急弯； 3在管路中只装有最少而且又是必需的附件； 4管路安全可靠、连接牢固； 5管路内不应有局部积水。 煤矿压气管路一般采用焊接钢管和无缝钢管。直径小于100Ⅱm的管道可用螺纹连接，但因受矿井水的侵蚀，很难保证紧密的配合，所以最常用的是法兰盘式连接。工作面的管道常采用特殊的球状套筒连接，而敷设在地面、井筒及主要巷道内的不移动的主干线管道，可以采用焊接的方式连接。风动工具和压风管路系统之间，可用柔性软管来连接。 为了消除应力，沿管路每隔150～200 mill要设置伸缩弯管。为了便于排出压气管道中冷却后而折出的油和水，把管道尽可能沿压缩空气流动的方向敷设成1／200～1／300的坡度，并在压气管道最低的地方，以及沿主要管道每隔500。600 m装设水分离器。 地面的压气管道应敷设在当地的冻土层以下的地沟里，井下巷道中的压气管道应敷设在与电缆不同侧。