1、矿山排水设备第十一章第十一章 概概 述述n矿井开采方式：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：矿井自然涌水：地下水、地表水。n矿井人为涌水：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。n1、矿井涌水量：、矿井涌水量：单位时间涌入矿井的总水量n （m3/h或t/h）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；n正常涌水期：正常涌水期：n 其它季节，
2、相的涌水量称之为正常涌水量。n含水系数：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/t 2、矿水的性质：、矿水的性质：（1）矿水的容重容重：一般为995410052 N/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）矿水的酸碱性酸碱性：矿水按氢离子指数分为：酸性(pH7)n主排水设备：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，自行流至井底车场附近的水仓中，然后经主排水泵将水排至地面。n辅助排水设备：辅助排水设备：nA、局部排水设备：、局部排水设备：设在箕斗井底、有水窝的罐笼井底、
3、胶带输送机斜井底及集中下山等处。n 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：、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。nC、移动排水设备：、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。n（一）集中排水系统（一）集中排水系统n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。n特点：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。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：缺点：上
4、水平的水引到下水平后，再排上去，浪费了势能，增加了电耗。n 2、斜井、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：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：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。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，则分别设置排水设备，将各水平涌水分别排至地面
5、。n（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。n三、水仓：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0.005m/s，且流动时间要大于6h（水仓巷道长不得小于100m）。n水仓数量：n 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：n（1）正常涌水量在1000m3/h
6、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。n（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）m3n但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。n四、水泵房：四、水泵房：n（一）水泵房位置：（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，便于矿水沿排水沟流向水仓；n（2）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；n（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；n（5）水泵房以中央变电所为邻，供电线路
7、短，减少了供电损耗。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。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。n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）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
8、 L=n L0+l1(n+1)mn n水泵台数；n L0水泵机组(泵和电动机)的总长度，m，可查样本；n l1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 B=b0+b1 +b2 mn b0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152m；n b2水泵基础另一边到吸水井一侧墙壁的距离，一般为08lm。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345m；n2）根据水泵叶轮直径确定：在D350mm时，取45m，并应设有能承受起重质量为35t的工字梁，在D350mm时，取3m，可不设起重梁。n水泵基础的长和宽应比水泵底
9、座最大外形尺寸每边约大200300mm。大型水泵基础应高于泵房地板200mm。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、管路、管路附件等和仪表等。n管路附件：n（1）带过滤网的底阀；n（2）调节闸阀；n（3）逆止阀 n（4）灌水漏斗、放气栓、旁通管、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：叶片式水泵：离心式、轴流式及混流式等；n容积式水泵：容积式水泵：往复式、回转式（齿轮泵、螺杆泵）等；n其它型式：其它型式：喷射式、水锤式等。n我国煤矿采用最多：离心式n 少数采用：活塞式、喷射式水泵n二、矿用
10、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：、主要组成：叶轮、轴、螺旋形泵壳、吸入口、压出口。n2、工作原理：、工作原理：n压出原理：压出原理：n叶轮中流体产生离心力n吸入原理：吸入原理：n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、吸水阀和压水阀。2、工作原理：、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）（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、吸水管、排水管。2、工作原理：、工作原理：高压水经供水管以很大的速度
11、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。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的水量。n体积流量用Q表示，单位为m3/h、m3/s或L/s等；n质量流量用QM表示，单位为kg/h或kg/s等。n2、扬程（、扬程（H mH2O）n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 kW）：n 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）（Ne kW）：n 单位时间内流过水泵的流体所获得的功率
12、。1000QHNe4、效率（、效率（）泵有益功率与轴功率之比。NQHNNe10005、转速（、转速（nr/min）泵轴每分钟的转数。6、允许吸上真空度（、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。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2、按吸入方式分：、按吸入方式分：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）导叶式（分段式）4、按轴的位置分：、按轴的位置分：卧式、立式第十三章第十三章 离心式水泵离心式水泵构造构造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
13、动部分n1、叶轮：、叶轮：给水增加能量。n结构：结构：前盘、后盘、叶片组成。（分闭式、半开式、全开式）n二、固定部分二、固定部分n 1、吸入段：、吸入段：将吸水管中的水均匀地引向叶轮。结构结构：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，同时将部分动能转换为压力能。结构：结构：螺旋形、环形。n3、中段：、中段：导流、增压。n 结构：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。n三、密封部分三、密封部分n1、密封环：、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。2、填料函：、填料函：泵轴与泵壳之间的密封。其松紧度对水泵
14、的性能有影响。结构：结构：由填料箱、填料、压盖组成。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：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。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沿轴线向吸水侧移动，使之与固定部分摩擦而损坏；n（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。n三、轴向推力的平衡方法：三、轴向推力的平衡方法：（1）平衡孔：）平衡孔：单级泵用 （2）双吸入口：）双吸入口：大流量泵 （3）对称排列：）对称排列：偶数叶轮用 （4）平衡鼓：
15、）平衡鼓：多级泵 （5）平衡盘：）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状态；nB、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D型离心式水泵；n辅助排水设备：单级泵，主要以B型离心泵为主。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。n固定部分：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。n转
16、动部分：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。n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。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。
