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1、第五章 矿山排水设备教学目标：1、了解排水设备的任务和矿山排水系统，掌握排水设备组成、各组成功用以及离心式水泵的工作原理。2、掌握D型泵、IS泵的结构、型号意义。3、掌握离心式水泵的特性、管路的特性、水泵的工况点及工作条件，了解离心泵的联合工作，掌握离心泵的调节原理和方法以及排水设备经济运行的评价和措施。4、掌握排水设备的操作运行与维护措施。5、了解泵房及泵房内的设备布置。6、掌握排水设备选型计算的方法和步骤。7、了解离心泵的拆装方法和顺序，掌握离心泵的结构、常见故障的处理方法和性能测试方法。第一节 概 述一、矿山涌水在煤矿建设和生产中，各种来源的水不断地涌入矿井，涌入矿井的水统称为矿水。煤矿
2、生产是井下作业，为了安全生产，必须排除井下大量的涌水。矿井涌水主要来自大气降水、地表水、含水层水、断层水和采空区水等。当然还包括水力采煤后的废水。1、大气降水 包含雨水和融雪。降水量大的地区，降水量大的季节，涌入矿井的水量较大；降水量小的地区，降水量小的季节，涌入矿井的水量较少。2、地表水 地表水是指地面上的江、河、湖、海、塘、水库、洼地积水等。由于地表水水量较大，在这些地方下面开采煤矿，一旦与地表水沟通，对矿井的生产威胁很大。3、含水层水 地表以下有各种岩层和土层，这些岩层和土层中有大量的空隙，水可以在其中积存和渗透，当含水层受到破坏时，其涌水量会很大。4、断层水 断层附近的岩石比较破碎，易
3、于积水并向下渗透。5、采空区水 废旧的井巷和采空区也有许多积水，并且有许多有毒有害气体，对煤矿生产威胁较大。6、在单位时间内涌入矿井的总水量称为矿井的涌水量，用“”表示，单位是，涌水量的大小受水文地质、地形特征、气候条件、地面和地下积水等因素的影响。据统计，每开采一吨煤，要排出2吨7吨矿水，有的矿井甚至多达30吨40吨，因而各矿的涌水量差别很大，即使是同一矿井，在不同的季节，涌水量也不相同。雨季和融雪期涌水较多，称为最大涌水量“”，对应最大涌水量的涌水时间为最大涌水时间，用“”表示；其他时间涌水量大致均匀，称为正常涌水量，用“”表示，对应正常涌水量的涌水时间为正常涌水时间，用“”表示。7、矿井
4、涌水从各条巷道及工作面等处靠自重流向井底水仓（1的坡度），在此过程中，将混入大量的矿物质和泥沙，所以矿水的密度比清水大，约为=10151025。矿水的重度也比清水大，一般为9957 N/ m310055N/ m3。排除这种矿水，会加速水泵零件的磨损，因此要设置水仓和沉淀池，使矿水中的泥沙和杂物经过沉淀后，再用水泵排到地面。8、由于溶解在矿水中的物质不同，矿水有酸性、中性、碱性之分。当PH7时为酸性水，PH7时为中性水，PH7时为碱性水。PH5时为强酸性水，强酸性水对排水设备有很大的腐蚀作用，应根据情况临时加入石灰中和，或选用耐酸的设备排水。以保证设备的使用年限。9、矿山排水设备的任务在煤矿建设
5、和生产中，各种来源的水不断地涌入矿井。矿水积聚在巷道中，不但影响生产，而且还威胁着井下工作人员的健康和安全。所以，矿山排水设备的任务就是将这些矿水及时排送至地面，为井下生产创造良好的工作环境，保证井下工作人员安全工作和机械、电气设备的良好运转。因此，要求排水设备必须安全、可靠、经济工作。10、矿井排水的特点A、要求高 由于矿井涌水的复杂性和危险性，以及矿井结构布置的不同，所以对矿井排水设备和排水泵房的要求比一般机电硐室的要求严格，对排水设备的可靠性能要求较高，必须保证及时排除矿井涌水。B、矿井排水设备要具有较强的抗腐蚀性和耐磨性 因为矿井涌水在井下流动的过程中，混入和溶解了许多矿物质，含有一定
6、数量的煤炭颗粒和泥沙等杂质，且矿水具有酸碱性。C、排水设备数量多，安装和维修不方便由于排水设备安装在泵房内（井下硐室），泵房空间比地面空间小，安装和维修不方便；此外，为了保证井下安全生产，规程规定：主排水设备泵房要求安装满足要求的正常工作水泵、备用水泵、待修的水泵。D、矿井排水设备耗电量大 一般会占到全矿井耗电量的25%35%，有的会占到全矿井耗电量的40%。11、矿井排水方式A、淮北地区使用吸入式排水方式B、排水方式有移动式和固定式移动式排水方式是指水泵随着工作面的移动或水位的变化而移动的排水方式，一般用在采区、掘进头或井底车场等处排水，为井下局部地点服务。固定式排水方式是指水泵的位置长期固
7、定不动，矿井的涌水都由该泵房水泵排出的排水方式，这种排水设备又叫主排水设备。12、安全规程对排水设备的要求装在井下的主排水设备即使在很短的时间内出现事故，也会出现淹没坑道的危险。为了保证井下的安全生产，对主排水设备提出一下要求：A、排水设备必须保证在20小时内排除24小时内矿井的涌水，以保留备用时间；B、排水设备应有备用量，以保证出现事故时接替使用和检修，同时还必须满足排除最大涌水的需要；C、主排水设备的泵房应有防止突然被涌水淹没的措施D、主排水设备应在尽可能高的效率下工作。E、主排水设备必须安全、可靠而经济地工作，以保障矿井安全生产。13、矿用水泵的分类A、按水泵叶轮数目分类 可分为单级泵和
8、多级泵单级泵：泵内只有一个叶轮，扬程较低，一般在8100米。多级泵：泵内由多个叶轮组成，泵的总扬程为所有叶轮产生扬程之和，扬程较高，一般在701000米，高的扬程可达1800米。B、按水泵传动轴的安装位置分类 可分为卧式水泵和立式水泵卧式水泵的传动轴均为水平安装。立式水泵的传动轴均为垂直安装。C、按水泵叶轮的进水方式分类 可分为单侧进水式水泵和双侧进水式水泵单侧进水式水泵简称单吸泵，单吸泵的叶轮上只有一侧进水口，叶轮两侧压差较大。双侧进水式水泵简称双吸泵，双吸泵的叶轮两侧都有进水口，流量比单吸泵大一倍。D、按水泵的工作介质分 可分为清水泵、渣浆泵和泥浆泵。二、矿山排水系统矿山排水系统一般分为直
9、接排水系统、分段排水系统和集中排水系统。1、直接排水系统直接排水系统是将矿水集中到水仓，然后，用排水设备直接排送至地面。如图51（a）为单水平开采的直接排水系统；图51(b)为多水平开采，每个水平分别采用直接排水系统。 (a) (b)图51 直接排水系统示意图直接排水系统具有系统简单，泵房、水仓及管子道开拓量和基建投资小，排水设备数量少，维护、检修量小，管理方便等优点。在现有水泵扬程满足排水高度要求的情况下，一般采用直接排水系统。直接排水系统也是我国煤矿通常采用的一种排水系统。2、分段排水系统如果井筒过深，现有水泵的扬程不能满足排水高度的要求时，采用分段排水系统。图52（a）为单水平开采的分段
10、排水系统，是在井筒中部开设泵房和水仓，也可只开设泵房不开设水仓，采用水泵串联工作。图52（b）为多水平开采的分段排水系统，是把下水平的矿水先排至上水平水仓，然后由上水平排至地面。（a） (b) 图52 分段排水系统示意图图53 集中排水系统示意图3、集中排水系统多水平开采的矿井，可将上水平的矿水集中到下水平水仓，由下水平排至地面。图53为两个水平开采的集中排水系统，是将上水平的矿水下放至下水平水仓，然后，由下水平排至地面。矿井排水采取哪种排水系统，应根据矿井的具体情况和现有可选择排水设备，经技术经济比较后确定。三、矿山排水设备的组成及其作用如图54所示，矿山排水设备一般由水泵、电动机、启动设备
11、、管路及管路附件和仪表等组成。水泵是把原动机械能传输给水的机械，叶轮是传输能量的主要零件。滤水器5装在吸水管的最下端，其作用是过滤矿水中的杂物，防止杂物进入水泵。底阀6用于防止水泵启动前充灌的引水及停泵后的存水漏入吸水井。底阀阻力较大，并常出现故障，所以，一些矿井采用了无底阀排水。无底阀排水就是去掉底阀，减小吸水管路的阻力，并减少了存在底阀时的故障。调节闸阀8安装在靠近水泵的出水管段上，用来调节水泵的扬程和流量、关闭时启动水泵（电机启动功率最小，以免电机过载）和正常停泵时先关闭该闸阀以免水击水泵与管路。逆止阀9安装在调节闸阀的上方，防止突然停泵时来不及关闭调节闸阀而发生的水击，以保护水泵和管路
12、。旁通管10（对有底阀的水泵）跨接在逆止阀和调节闸阀两端。水泵启动前，可通过旁通管用排水管中的存水向水泵充灌引水。压力表15用来检测水泵出口的压力；真空表用来检测水泵入口处的真空度。引水漏斗11用来充灌引水；放气栓16是在充灌引水时排出水泵内的空气。放水管12是在检修水泵和管路时，把排水管中的存水放入吸水井。图54矿山排水设备示意图1-离心式水泵；2-电动机；3-启动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁通管；11-引水漏斗；12-放水管；13-放水闸阀；14-真空表；15-压力表；16-放气栓四、离心式泵的工作原理图55 单级离心式水泵结构示意
13、图1-叶轮 2-叶片 3-外壳4-吸水管 5-排水管 6-引水漏斗如图55所示，为一单吸单级离心式水泵的结构示意图。它主要由叶轮1、泵轴、外壳3、轴承及吸、排水管4、5等组成。叶轮固定在泵轴上，随泵轴一起转动。外壳3为一螺线形扩散室，吸水口和排水口分别与吸水管4和排水管5连接。水泵启动前，先向水泵充灌引水，灌满引水后，启动电机。电机带动泵轴与叶轮旋转，叶轮内的水在离心力作用下，由叶轮入口流向叶轮出口，并经螺线形扩散室进入排水管被排出。此时，在叶轮进水口处形成真空（负压），吸水井中的水在大气压力作用下，通过吸水管被压入叶轮入口，形成连续流动。第二节 离心式水泵的结构 离心式水泵的种类和型号很多，
14、目前，矿山主排水泵主要用D型泵，而井底水窝和采区局部排水常用IS型水泵。有些煤矿还在采用DA型、B型泵等一些老式水泵。本节主要介绍D型和IS型水泵的结构，其他型号的水泵在此不作介绍。一、离心式水泵的分类（一）按叶轮数目分1、单级水泵 泵轴上只装有一个叶轮。2、多级水泵 泵轴上装有多个叶轮。（二）按叶轮进水口数目分1、单吸水泵 叶轮上只有一个进水口。2、双吸水泵 叶轮两侧都有进水口。（三）按泵壳接缝形式分1、分段式水泵 垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝。2、中开式水泵 在通过泵轴心线的平面上有泵壳接缝。（四）按泵轴的位置分1、卧式水泵 泵轴为水平位置。2、立式水泵 泵轴为垂直位置。二、D型离心式水
15、泵D型泵是卧式单吸多级分段式离心泵，供输送清水及物理化学性质类似于清水的液体，输送液体的最高温度不超过80，广泛用于矿山排水、工厂及城市给水等。为适应不同工作条件与环境，D型泵又派生出一些产品，如DM型（耐磨泵）、DF型（耐腐蚀泵）、DG型（锅炉给水泵）等，也可用于矿山排水。它们都为卧式单吸多级分段式离心泵，除DG型吸水口为垂直向上（有些DF型水泵吸水口也为垂直向上）外，其他皆为吸水口水平、排水口垂直向上，其他结构基本相同，不同的是它们的过流部件采用的材料不同。如图56所示，为D型泵的外形图。图5-6 D型泵外形图（一）D型泵的结构如图57所示，为D型泵的结构图。D型泵主要由转动部分、固定部分和密封部分等组
