矿山机械与设备,第三篇排水系统1.

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1、第三篇 煤矿排水系统 第一章 概述 一、矿井排水设备的任务和分类 1、矿井排水设备的任务 防止地下水淹没矿井造成人员、设备损失； 排放矿井涌水至地表，保障矿井正常生产。 透水矿难 广西南丹7.17特大透水事故 山西王家岭透水事故 。 大厂矿区位于广西壮族自治区南丹县大厂镇境内，是以锡为主，锑、铟、 铅、锌共生的特大型矿床，属国家重点规划矿区。2001年7月16日下午4点 ，龙山、拉甲坡和田角锌矿共安排职工500多人下井作业。17日凌晨3点多， 拉甲坡矿9号井实施两次爆破后，标高-166m平巷的3号作业面与恒源最底部- 167m平巷的隔水岩体产生脆性破坏，大量高压水从恒源矿涌出，发生透水， 淹及

2、拉甲坡矿3个工作面、龙山矿2个工作面、田角锌矿1个工作面，致使81人 死亡，直接经济损失8000余万元。 广西南丹7.17特大透水事故 王家岭煤矿透水事故 王家岭煤矿隶属华晋焦煤公司（中煤集团与山西焦煤集团合作组建） 2、矿水 （1）矿水来源 矿水：涌入矿井的水统称为矿水，分为自然涌水和 开采工程涌水。 自然水：自然存在的地面水和地下水，地面水包括 江、河、湖以及季节性雨水、融雪等，地下水包括 含水层水、断层水和老空水。 开采工程涌水：是与采掘方法或工艺有关的涌水， 如矿井充填废水，水力采煤的动力废水等。 （2）矿井涌水量 矿井涌水量：单位时间内涌入矿井水仓的矿水总量 称为矿井涌水量 最大涌水

3、量：通常在雨季和融雪期出现涌水高峰， 此期间的涌水量称为最大涌水量。 正常涌水量：除最大涌水期外其他时期的涌水量变 化不大，一年内持续时间较长，此期间的涌水量称 为正常涌水量。 绝对涌水量：单位时间内涌入矿井的水的体积量（q），单位是m3/h； 相对涌水量：同时期内相对于单位煤炭产量的涌水量，也称含水系数。 以“Ks”表示。 T同时期内煤炭日产量（t） （3 3）矿水性质矿水性质 1 1）温度）温度 随井深增高。随井深增高。 2 2）密度）密度 比清水大。比清水大。=1015=10151025kg/m31025kg/m3 3 3）化学性质化学性质 矿水略带酸性，当矿水略带酸性，当PH5PH5时

4、，时， 应采取措施。应采取措施。 3、排水系统 （1）直接（集中）排水系统 n系统简单 n开拓量小 n管路敷设容易 n基建投资低 n便于管理 n上下水平排水设备 互不影响 （2）分段排水系统 n上水平排 水设备故障 停机后，两 个水平均存 在被水淹没 的可能 露天矿山排水系统 自流排水和机械排水 露天采场底部集中排水 系统 露天矿分段截流排水 系统 （1）水仓 用来专门储存矿水的巷道叫水仓， 作用：一是储存、集中矿水。 二是沉淀矿水。 分类：主水仓、副水仓。 4、水仓和水泵房 （2）水泵房 水泵房是专为安装水泵 、电机等设备而设的硐室，大 多数主水泵房布置在井底车场 附近。 （2）水泵房（续）

5、 管子道 水仓 5、排水设备水泵、电机及电控设备、管路及附件、监测仪表等。 二、矿山排水设备及分类 矿山排水设备根据矿井排水设备所 担负的任务不同，一般分为移动式排水 设备和固定式排水设备。 固定式排水设备又称主排水设备。 采用主排水设备将汇集于水仓中的矿井 涌水排出地表，是矿井排水的最主要的 形式。主排水设备多采用离心式水泵。 第二章 离心式水泵 一、 离心式水泵的分类 1、单级/多级 多级离心泵 单级离心泵 n2、单吸/双吸 吸入方式吸入方式 单单单单吸式吸式液体从叶液体从叶轮轮轮轮的一的一侧侧侧侧吸入吸入 双吸式双吸式液体从叶液体从叶轮轮轮轮的两的两侧侧侧侧吸入吸入 n卧式/立式 二、工

6、作原理 n n 它主要的工作部件是叶轮、轴、外壳和轴承等它主要的工作部件是叶轮、轴、外壳和轴承等 。叶轮固定于轴上，由轴带动旋转。泵壳上的吸。叶轮固定于轴上，由轴带动旋转。泵壳上的吸 水口和排水口分别与吸水管和排水管相连接。水口和排水口分别与吸水管和排水管相连接。 n n 在启动离心式水泵前，应先将泵壳和吸水管内在启动离心式水泵前，应先将泵壳和吸水管内 灌满水，然后再启动电机，使叶轮旋转。此时，灌满水，然后再启动电机，使叶轮旋转。此时， 水在离心力的作用下被甩出叶轮，经螺线形泵壳水在离心力的作用下被甩出叶轮，经螺线形泵壳 中的流道而进入排水管道。与此同时，叶轮中心中的流道而进入排水管道。与此同

7、时，叶轮中心 处因缺水而形成真空状态，水井中的水便在大气处因缺水而形成真空状态，水井中的水便在大气 压力的作用下，沿吸水管道进入叶轮，形成连续压力的作用下，沿吸水管道进入叶轮，形成连续 流动。流动。 三、离心式水泵的基本参数 1、流量 2、扬程 3、功率 4、效率 5、转速 6、允许吸上真空高度或气蚀余量 1、 流量 水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示， 单位m3/s , m3/h。 2、扬程 单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示 ，单位为m。 1）. 吸水扬程(吸水高度) 泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX 表示，

8、单位为m。 2）排水扬程（排水高度） 泵轴线 到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。 3）实际扬 程（测地高度） 从吸水井水面到排水管出口中心线间 的垂直高度，称为实际扬 程。 4) 总扬 程 总扬 程H为实际扬 程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速 度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程 3、功率 水泵在单位时间 内所做的功的大小叫做水泵的功率。 1） 水泵的轴功率 电动 机传给 水泵轴 的功率，即水泵的轴功率（输入功率 ） 2） 水泵的有效功率 水泵实际传递给 水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用 符号表示。 4、效率： 水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符

9、号 表示。 5、转速 水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。 6、允许吸上真空高度或汽蚀余量 在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵所所允许的最大吸上真 空高度。是在1标准大气压下、水温20摄氏度情况下，进行试验而测 定得的。 水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫 做水泵的汽蚀余量。泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压 力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。 温度/02030405060708090100 汽化压压力 0.060.240.430.751.252.023.174.827.1410.33 四、 水泵的构造 （一） 型水泵 （二） 轴向推力及平衡 （三

10、） 其他类型的泵 水泵泵的型号意义义 字母意义义字母意义义 D分段式多级泵级泵KD中开式多级泵级泵 DG分段式多级锅级锅 炉给给水泵泵QJ井用潜水泵泵 DL立轴轴多级泵级泵S单级单级 双吸式离心泵泵 DS首级级用双吸叶轮轮的分段式 多级泵级泵 M耐磨泵泵 F耐腐蚀泵蚀泵WB微型离心泵泵 JC长轴长轴 深井泵泵WG高扬扬程横轴污轴污 水泵泵 部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义 D280433 (旧系列200D433) 叶轮级数3 单级扬程43（ m） 设计流量280(m3/h) 分段式离心泵 D型水泵的特点及性能 (1) D型水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水 ，并有清水泵、

11、耐磨泵和耐酸泵； (2) 效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中， 效率最高的一种水泵； (3) 采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩 ，提高了机械效率；同时，此轴承还可以满足运转时泵轴 的轴向窜动； (4) 扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬 程较高，有利于水泵的稳定运行；零流量时功率低，有利 于电动机起动；效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用 区。 （一） 型水泵 1、D型泵的构造 型泵是单吸、多级、分段式离心泵。它可输送水 温低于0的清水或物理性能类似于水的液体。其流量 范围和扬程范围大。目前矿井主排水泵多采用D型泵。D 型水泵经多年的发展已形成系列，其结构形式基本相同

12、，只是尺寸大小不同。 主要有转动部分、固定部分、轴承部分和密封部分等组成 。 一、D型泵的构造 转动部分 (2)泵轴 作用是传递扭矩和支承套装在它上面的其它转 动部件。 (3)平衡盘 平衡盘的作用是平衡水泵的轴向推力。 (1)叶轮 叶轮是离心式水泵的主要部件。其作用是将 电动机输入的机械能传递给水，使水的压力能和动能 得到提高。 1.转动部分 是水泵的工作部件。主要由泵轴及装在泵轴上的数 个叶轮和一个用以平衡轴向推力的平衡盘组成。 叶叶轮轮轮轮：敞式叶敞式叶轮轮轮轮、半、半闭闭闭闭式叶式叶轮轮轮轮、半、半闭闭闭闭式叶式叶轮轮轮轮。 泵泵泵泵壳壳: : 高速液体高速液体 低速，低速，动动动动能能

13、静静压压压压能。能。 2.固定部分 固定部分主要包括进水段(前段)、出水段(后段)和中间 段等部件，并用拉紧螺栓(穿杠)将它们连接在一起。吸水口 位于进水段，为水平方向，出水口位于出水段，为垂直向上 。 导水圈叶片数应比叶轮叶片数多一片或少一片，使其互 为质数，否则会出现叶轮叶片与导水圈叶片重叠的现象，造 成流速脉动，产生冲击和振动。 3. 轴承部分 水泵转子部分支承在泵轴两端的轴承上。D型水泵采 用单列向心滚柱轴承，用黄油润滑。为了防止水进入轴承 ，泵轴两侧采用“”型耐油橡胶密封圈和挡水圈。这种轴 承允许少量的位移，有利于平衡装置改变间隙，以平衡轴 向推力；同时，由于采用了滚动轴承，减少了静

14、阻力矩和 机械摩擦损失。 4. 水泵的密封 水泵各段之间的静止结合面采用纸垫密封。转动部分 与固定部分之间的间隙是靠密封环及填料来密封的。 1）密封环 密封环又称口环。 2）填料装置 在水泵轴穿过泵壳的地方设有填料装置(又称填料箱或填料函)，以实现泵轴的密封 。在泵轴穿过进水段处，外侧是大气压，内侧是首级叶轮入口的低压，如不进行密封， 则外部大气将窜入泵内从而影响水泵的正常吸水；在泵轴穿过出水段处，如不进行密封 ，高压水将沿泵轴间隙向外泄漏，使水泵的流量减少。可见，吸水侧填料装置的作用是 防止空气进入泵内，排水侧填料装置的作用是防止高压水向外泄漏。 D型水泵吸水侧填料装置由填料箱、填料(盘绠)

15、、水封环(填料环)及压盖等组成。 油浸石棉绳 离心式水泵的主要部件 (二) 轴向推力及平衡 1、产生轴向推力的原因 单吸式离心泵，在工作时产生轴 向推力的原因有以下三点： 1)由于作用在叶轮前、后轮盘上 的压力不平衡而产生轴向推力 。 2)由于叶轮内水流动量发生变化 而产生的轴向推力。 3)由于大小口环磨损严重，泄漏 量增加，使前后轮盘上的压力 分布规律发生变化，从而引起 轴向推力的增加。 一、轴向推力的产生以及危害 图9.12 叶轮轴向受力图 2、轴向推力的危害 多级离心式水泵的轴向推力有时可达几十千 牛顿，这个力将使整个转子向吸水侧窜动。如不 加以平衡，将使高速旋转的叶轮与固定的泵壳接 触

16、，造成破坏性的磨损；另外，过量的轴向窜动 ，会使轴承的轴向负荷加大而发热，电动机负载 也相应加大；同时使互相对正的叶轮出水口与导 水圈的导叶进口发生偏移，引起冲击和涡流，降 低水泵的效率，严重时将使水泵无法工作。 二、轴向推力的平衡方法 1.平衡孔法 2.双吸叶轮法 3.对称布置叶轮法 4.平衡盘法 1 2 3 1-平衡盘 2-平衡板 3-平衡套 （三） 其他类型的泵 1、射流泵 2、往复泵 泵缸 活塞、活塞杆 排出口 吸入口 3、螺旋泵 第三章 水泵工况及调节 一、水泵的性能曲线 二、水泵的性能曲线的作用 a根据水泵的性能曲线，可以知道水泵各性能的 变化规律，根据实际用途，可以选用最合适的水泵。 b根据水泵的性能曲线，可以确定水泵运转工况 点(即水泵的流量一扬程曲线与后述的管路性能曲线的 交点)，根据运转工况点，可以检查水泵的流量、扬程 、功率和效率的大小，