矿山排水设备概括课件.ppt

1、第三篇第三篇 矿山排水设备矿山排水设备辽宁工程技术大学机械工程学院第十一章第十一章 概概 述述n矿井开采方式：竖井、斜井、平硐或露天煤矿。矿井开采方式：竖井、斜井、平硐或露天煤矿。n矿山排水设备的作用：矿山排水设备的作用：n为保证矿井安全生产，不致使涌水淹没矿井，将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。采掘过程中，不断涌出的矿水及时地排到地面。 n第一节第一节 矿山排水系统矿山排水系统n一、矿水一、矿水n矿井自然涌水：地下水、地表水。矿井自然涌水：地下水、地表水。n矿井人为涌水：水砂充填矿井和黄泥灌浆矿井的矿井人为涌水：水砂充填矿井和黄泥灌浆矿井的

2、充填废水及灌浆水。充填废水及灌浆水。n1、矿井涌水量：单位时间涌入矿井的总水量、矿井涌水量：单位时间涌入矿井的总水量n （m3或）或） n最大涌水期：最大涌水期：n 雨季和融雪季节，相的涌水量称之为最大涌水量；雨季和融雪季节，相的涌水量称之为最大涌水量；n正常涌水期：正常涌水期：n 其它季节，相的涌水量称之为正常涌水量。其它季节，相的涌水量称之为正常涌水量。 n含水系数：每采一吨煤的涌水量（比较各矿涌水的大小）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 2、矿水的性质：、矿水的性质：（1）矿水的容重：一般为）矿水的容重：一般为99541005

3、2 3。要设置水仓或沉淀池，使水中泥砂沉淀后，再经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。水泵排至地面。（2）矿水的酸碱性：）矿水的酸碱性： 矿水按氢离子指数分为：酸性矿水按氢离子指数分为：酸性(7) 防止酸性水腐蚀排水设备的措施（当防止酸性水腐蚀排水设备的措施（当5时）：时）：A、采用耐腐蚀性材料制成的耐酸泵，排水管道、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，衬搪可在管内加防酸衬（衬胶，衬聚氯乙烯，衬搪瓷）等防护措施；瓷）等防护措施；B、必要时，为防止酸性水污染环境，应在井下、必要时，为防止酸性水污染环境，应在井下水仓投入石灰（）、熟石灰水仓

4、投入石灰（）、熟石灰()2或石灰石（或石灰石（3）等进行中和处理。等进行中和处理。 二、矿井排水系统二、矿井排水系统n主排水设备：设在井底车场（最低处）附近。主排水设备：设在井底车场（最低处）附近。n矿井自采掘工作面涌出的水，沿着巷道排水沟，自行流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至井底车场附近的水仓中，然后经主排水泵将水排至地面。面。n辅助排水设备：辅助排水设备：nA、局部排水设备：设在箕斗井底、有水窝的罐笼井底、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。胶带输送机斜井底及集中下山等处。n 水泵

5、通过排水管将水排到井底车场水沟中。水泵通过排水管将水排到井底车场水沟中。nB、采区排水设备：设在采区。、采区排水设备：设在采区。n在水沙充填矿井，由于水中含有大量泥沙，需在采区设在水沙充填矿井，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。输巷道水沟中。nC、移动排水设备：设在掘进工作面，随掘进工作面的、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。推进而移动。 n（一）集中排水系统（一）集中排水系统n集中排水系统：将全矿涌水集中到最低水平，然后由主集中排水系统：将全矿涌水集中到最低水平，

6、然后由主排水设备一次排到地面。排水设备一次排到地面。n特点：集中排水系统较简单，开拓量小，基建费用低，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。管道敷设简单，管理费用低。n1、竖井、竖井n单水平开采：单水平开采： n多水平开采：多水平开采： n缺点：上水平的水引到下水平后，再排上去，浪费了势缺点：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。能，增加了电耗。n 2、斜井： n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。n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。n方法：管子与钻孔间用水

7、泥砂浆封死，防止孔壁塌落及水沙等流入井下。n(二二) 分段排水系统分段排水系统n将全矿涌水集中到几个水平，然后分别将水排至将全矿涌水集中到几个水平，然后分别将水排至地面。地面。n1、单水平开采：、单水平开采： n先将涌水排至井筒中间水仓，然后再由中间水泵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。房的水泵将水排至地面。n2、多水平开采：、多水平开采：n（1）当各水平涌水量都较大时，则分别设置排水）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。设备，将各水平涌水分别排至地面。n（2）当下水平的涌水较小时，可将下水平涌水，）当下水平的涌水较小时，可将下水

8、平涌水，用辅助水泵排至上水平水仓中，然后由上水平主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。排水泵将水一起排至地面。n三、水仓：用来专门储存矿水的巷道三、水仓：用来专门储存矿水的巷道n水仓主要作用：水仓主要作用：n（1）储存调节、集中矿水：当涌水量产生波动或排水）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，贮存矿井涌水设备发生故障停泵时，贮存矿井涌水;n（2）沉淀矿水泥沙：防止进入水泵，以免加快水泵的）沉淀矿水泥沙：防止进入水泵，以免加快水泵的磨损。磨损。 n水在水仓中流动的速度要求：水在水仓中流动的速度要求：n 小于小于0.005，且流动时间要大于，

9、且流动时间要大于6h（水仓巷道长不（水仓巷道长不得小于得小于100m）。）。n水仓数量：水仓数量：n 至少有两个：主、副水仓，以便清理时轮换使用。至少有两个：主、副水仓，以便清理时轮换使用。n水仓总容量水仓总容量:n煤矿安全规程规定为：煤矿安全规程规定为：n（1）正常涌水量在）正常涌水量在1000m3及其以下时，主要水仓的及其以下时，主要水仓的有效容量应能容纳有效容量应能容纳8h的正常涌水量。的正常涌水量。n（2）正常涌水量大于）正常涌水量大于1000m3的矿井，主要水仓的有的矿井，主要水仓的有效容量可按下式计算：效容量可按下式计算： V = 2（ 3000） m3n但主要水仓的总有效容量不得

10、小于但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水的矿井正常涌水量。量。n四、水泵房：四、水泵房：n（一）水泵房位置：在井底车场附近。其原因：（一）水泵房位置：在井底车场附近。其原因：n（1）运输巷道的坡度都向井底车场倾斜，便于矿水）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；沿排水沟流向水仓；n（2）排水设备运输方便；）排水设备运输方便；n（3）由于靠近井筒，缩短了管路长度，不仅节约管）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；的可靠性；n（4）在井底车场附近，通风条件好，改善

11、了泵与电）在井底车场附近，通风条件好，改善了泵与电机的工作环境；机的工作环境；n（5）水泵房以中央变电所为邻，供电线路短，减少）水泵房以中央变电所为邻，供电线路短，减少了供电损耗。了供电损耗。 n（6）一旦井底车场被水淹没，关闭水平通道的防水）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。设备还可由此撤出。n水水n泵泵n房房n在在n井井n底底n车车n场场n的的n位位n置置 n：n（二）水泵房的设备布置（二）水泵房的设备布置n三台水泵的水泵房布置如图所示。三台水泵的水泵房布置如图所示。n水仓的

12、水水仓的水水仓篦子水仓篦子水仓闸门水仓闸门配水井（水仓配水井（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）水井上部操纵）配水闸门配水闸门吸水井或两侧的配水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）水井，井上覆盖着带纹的钢板）n（三）水泵房结构尺寸（三）水泵房结构尺寸n1水泵房长度水泵房长度n n L0 1 (n +1) mn n水泵

13、台数；水泵台数；n L0水泵机组水泵机组(泵和电动机泵和电动机)的总长度，的总长度，m，可查样，可查样本；本；n l1水泵机组的净空距离，一般为水泵机组的净空距离，一般为152m。 n2水泵房的宽度水泵房的宽度 n b0 + b1 + b2 mn b0水泵基础宽度，水泵基础宽度，m；n b1水泵基础边到轨道一侧墙壁的距离，一般为水泵基础边到轨道一侧墙壁的距离，一般为152m；n b2水泵基础另一边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为水泵基础另一边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为08。 n3水泵房的高度水泵房的高度n1）水泵房的高度应满足检修时起重的要求，一般为）水泵房的高度应满足检修时起重的要求，一般

14、为345m；n2）根据水泵叶轮直径确定：在）根据水泵叶轮直径确定：在D350时，取时，取45m，并应设有能承受起重质量，并应设有能承受起重质量为为35t的工字梁，在的工字梁，在D350时，取时，取3m，可不设起重梁。，可不设起重梁。n水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大水泵基础的长和宽应比水泵底座最大外形尺寸每边约大200300。大型水泵基。大型水泵基础应高于泵房地板础应高于泵房地板200。第二节第二节 矿山排水设备矿山排水设备n一、矿山排水设备的组成一、矿山排水设备的组成n水泵、电动机、起动设备、水泵、电动机、起动设备、管路、管路附件等和仪表等管路、管路附件等和仪表等 。n管路附

15、件：管路附件：n（1）带过滤网的底阀；）带过滤网的底阀；n（2）调节闸阀）调节闸阀 ；n（3）逆止阀）逆止阀 n（4）灌水漏斗、放气栓、旁）灌水漏斗、放气栓、旁通管、真空表、压力表等。通管、真空表、压力表等。n水泵按作用原理分类：水泵按作用原理分类：n叶片式水泵：离心式、轴流式及混流式等；叶片式水泵：离心式、轴流式及混流式等；n容积式水泵：往复式、回转式（齿轮泵、螺杆容积式水泵：往复式、回转式（齿轮泵、螺杆泵）等；泵）等；n其它型式：喷射式、水锤式等。其它型式：喷射式、水锤式等。n我国煤矿采用最多：离心式我国煤矿采用最多：离心式n 少数采用：活塞式、喷射式水泵少数采用：活塞式、喷射式水泵n二、

16、矿用水泵工作原理二、矿用水泵工作原理n（一）离心式水泵（一）离心式水泵n1、主要组成：叶轮、轴、螺旋形泵壳、吸入、主要组成：叶轮、轴、螺旋形泵壳、吸入口、压出口。口、压出口。 n2、工作原理：、工作原理：n压出原理：压出原理：n叶轮中流体产生离叶轮中流体产生离心力心力n吸入原理：吸入原理：n入口处形成真空入口处形成真空n（二）（二） 往复式水泵：往复式水泵：1、主要组成：、主要组成：活塞、泵缸、活塞、泵缸、吸水阀和压水吸水阀和压水阀。阀。2、工作原理：、工作原理：当曲柄不断旋当曲柄不断旋转时，活塞就转时，活塞就不断往复运动，不断往复运动，泵的吸水和压泵的吸水和压水过程就连续水过程就连续不断地进

17、行。不断地进行。（三）（三） 喷射式水泵喷射式水泵1、主要组成：、主要组成：高压供水管、喷嘴、混合室、喉管、扩散器、吸高压供水管、喷嘴、混合室、喉管、扩散器、吸水管、排水管。水管、排水管。2、工作原理：、工作原理：高压水经供水管以很高压水经供水管以很大的速度从喷嘴射出，大的速度从喷嘴射出，使喷嘴出口处的压力使喷嘴出口处的压力低于大气压力，于是低于大气压力，于是吸水井中的水在大气吸水井中的水在大气压力作用下经吸水管压力作用下经吸水管进入混合室，进行能进入混合室，进行能量传递，成为射流流量传递，成为射流流出。出。n三、离心式水泵的工作参数三、离心式水泵的工作参数n1、流量、流量n单位时间内水泵排出

18、的水量。单位时间内水泵排出的水量。n体积流量用体积流量用Q表示，单位为表示，单位为m3、m3或等；或等；n质量流量用表示，单位为或等。质量流量用表示，单位为或等。n2、扬程（、扬程（H 2O）n单位重量的水通过水泵所获得的能量或压头。单位重量的水通过水泵所获得的能量或压头。n3、功率、功率 n轴功率（输入功率）（轴功率（输入功率）（ N ） ：n 原动机传给泵轴上的功率。原动机传给泵轴上的功率。n有益功率（输出功率）（有益功率（输出功率）（ ） ：n 单位时间内流过水泵的流体所获得的功率。单位时间内流过水泵的流体所获得的功率。1000QHNe4、效率（、效率（） 泵有益功率与轴功率之比。泵有益

19、功率与轴功率之比。 NQHNNe10005、转速（、转速（n） 泵轴每分钟的转数。泵轴每分钟的转数。6、允许吸上真空度（、允许吸上真空度（ 2O）保证离心式水泵不产生汽蚀现象的允许吸上真空高度。保证离心式水泵不产生汽蚀现象的允许吸上真空高度。n四、离心式水泵分类四、离心式水泵分类1、按叶轮个数分：、按叶轮个数分： 单级泵、多级泵单级泵、多级泵2、按吸入方式分：、按吸入方式分： 单吸式、双吸式单吸式、双吸式3、按泵壳形式分：、按泵壳形式分： 涡壳式（中开式）涡壳式（中开式） 导叶式（分段式）导叶式（分段式）4、按轴的位置分：、按轴的位置分： 卧式、立式卧式、立式第十三章第十三章 离心式水泵构造离

20、心式水泵构造n第一节第一节 离心式水泵的主要部件离心式水泵的主要部件n一、转动部分一、转动部分n1、叶轮：给水增加能量。、叶轮：给水增加能量。n结构：前盘、后盘、叶片组成。（分闭式、半开式结构：前盘、后盘、叶片组成。（分闭式、半开式 、全开式）全开式）n二、固定部分二、固定部分n 1、吸入段：将吸水管中的水均匀地引向叶轮。、吸入段：将吸水管中的水均匀地引向叶轮。n 结构：圆环形、锥形管结构：圆环形、锥形管 n2、压出段：、压出段：n 收集末级叶轮流出的高速水流引向出口，同时将部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。分动能转换为压力能。n 结构：螺旋形、环形。结构：螺旋

21、形、环形。n3、中段：导流、增压。、中段：导流、增压。n 结构：由导水圈、返水圈（带有叶片的静止圆环）与结构：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。泵壳固定在一起组成。n三、密封部分三、密封部分n1、密封环：叶轮与泵壳之间的密封。、密封环：叶轮与泵壳之间的密封。n结构：结构： 分大口环、小口环。分大口环、小口环。2、填料函：、填料函： 泵轴与泵壳之间的泵轴与泵壳之间的密封。其松紧度对水密封。其松紧度对水泵泵 的性能有影响。的性能有影响。结构：结构： 由填料箱、填料、压由填料箱、填料、压盖组成。盖组成。n第二节第二节 轴向推力平衡装置轴向推力平衡装置n一、轴向推力产生的原因

22、：一、轴向推力产生的原因：n 离心式叶轮前、后盘受流体作用的面积不等，产生的离心式叶轮前、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。压力不等，从而产生了一个指向吸水侧的轴向推力。 n二、危害：二、危害：n（1）轴推力会推动叶轮及装在轴上的整个转子）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沿轴线向吸水侧移动，使之与固定部分摩擦而损坏；损坏；n（2）使叶轮出口与导水圈入口中心偏离，恶化）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。了流动状况，降低水泵效率。n三、轴向推力的平衡方法：三、轴向推力的平衡方法：n

23、（1）平衡孔：单级泵用）平衡孔：单级泵用n （2）双吸入口：大流量）双吸入口：大流量泵泵 （3）对称排列：偶数叶轮用）对称排列：偶数叶轮用 （4）平衡鼓：多级泵）平衡鼓：多级泵 （5）平衡盘：多级泵）平衡盘：多级泵n平衡盘特点：平衡盘特点：nA、自动平衡轴向推力，总是处于动态的平衡、自动平衡轴向推力，总是处于动态的平衡状态；状态；nB、结构紧凑，平衡效果好；、结构紧凑，平衡效果好；nC、由于轴的窜动，使平衡盘和平衡板经常磨、由于轴的窜动，使平衡盘和平衡板经常磨损以及增加漏损。损以及增加漏损。n第三节第三节 矿山常用离心式水泵矿山常用离心式水泵n主要排水设备：多级泵，主要是主要排水设备：多级泵，

24、主要是D型离心式水型离心式水泵；泵；n辅助排水设备：单级泵，主要以辅助排水设备：单级泵，主要以B型离心泵为型离心泵为主。主。n一、一、 D型水泵型水泵n1、D型泵的构造型泵的构造nD型泵属于单吸、多级、分段离心式水泵。它型泵属于单吸、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，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输送液体的温度不得超过40。n固定部分：前段、中段、后段、导水圈、尾盖固定部分：前段、中段、后段、导水圈、尾盖及轴承架等零部件，用螺栓联结。及轴承架等零部件，用螺栓联结。n转动部分：数个叶轮和一个平衡盘。整个转子转动部分：数个叶轮和一个平衡

25、盘。整个转子部分支承在轴两端的单列向心滚柱轴承上。部分支承在轴两端的单列向心滚柱轴承上。n水泵的轴向推力采用平衡盘平衡。水泵的轴向推力采用平衡盘平衡。n水泵的吸水口为水平方向，排水口为垂直向上。水泵的吸水口为水平方向，排水口为垂直向上。 n2、型号：、型号： n50D、65D、80D、100D、125D、150D、200D、250D等八种，前5种转速为2950r/min，后三种为1480r/min。 n3、型号意义：、型号意义：n旧编制：吸水口直径、D、单级额定扬程级数n新编制：D、额定流量、单级额定扬程级数n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。n近年来近年来 生产的大流量、高扬程水泵：生产的大流量、高扬程水泵： nDS450-100 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。