给排水系统介绍PPT课件.ppt

煤矿井下供排水系统 刘洵文 1 一 煤矿井下供排水概述二 煤矿安全规程 中有关矿井给排水的规定三 排水设备的选型设计四 排水设备的运行与维护 提纲 2 1 矿井供排水的必要性 1 供水综连采生产用水 喷雾 灭尘 消防洒水 机车加水以及设备冷却等等 2 排水矿井涌水包括自然涌水和开采工程涌水 必须排出地面才不致于影响生产 管网图 一 煤矿井下给排水概述 3 2 供水系统供水大体上可分为从地面供水和从井下供水 1 从地面供水水源可来自于地面生活用水管网或打井取水高位水池供水地面加压泵房供水 2 从井下供水水源可来自于井下探放水清水 采空区清水涌水或来自于地面管网水加压泵房管道加压泵井下供水系统与排水系统具有相似性 4 3 排水系统 1 矿水矿水 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 5 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矿井涌水量受地质构造 地理特征 气候条件 地面积水和开采方法等多种因素的影响 各矿涌不量可能极不相同 而且一个矿在不同季节涌水量也是变化的 最大涌水量 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 6 3 排水系统分类直接排水系统 如各水平涌水量都很大 各水平可分别设置水仓 泵房和排水装置 将各水平的水直接排至地面 此方法的优点是上 下水平互不干扰 缺点是井筒内管路较多 集中排水系统 当上水平的涌水量较小时 可将上水平的水下放到下水平 而后由下水平的排水装置直接排至地面 此方法的优点是只需一套排水设备 缺点是上水平的水下放后再上提 损失了位能 增加了电耗 7 分段排水系统 若下水平的水量较小或井过深 则可将下水平的水排至上水平的水仓内 然后集中一起排至地面 最终采用哪一种方案 要经过技术和经济比较后才能确定 8 4 排水系统组成组成 水仓 水泵房和主排水设备水仓 用来专门储存矿水的巷道叫水仓 两个主要作用 一是储存 集中矿水 排水设备可以将水从水仓排至地面 二是沉淀矿水 因在流动过程中夹带大量悬浮物和因体颗粒 为防止排水系统堵塞和减轻排水设备磨损 在水仓中要进行沉淀 根据颗粒沉降理论 为了达到能把大部分细微颗粒沉淀于仓底 水在水仓中流动的速度必须小于0 005m s 而且流动时间要大于6小时 因此水仓巷道长不得小于100m 9 水仓至少要有两个 一个主仓 一个副仓 以便清理时轮换使用 设主仓和副仓主要是为了在清理水仓的沉淀物同时 又能保证排水设备正常工作 煤矿安全规程 也要求这样做 水仓仓容的确定 一般应能容纳矿井正常8小时的涌水量 正常涌水量大于1000m3 小时的矿井 适用于以下公式 V 2 Q 3000 其中 V为水仓的有效容量 Q为矿井每小时正常涌水量 但 总有效容量不得小于4小时的矿井正常涌水量 10 水泵房 专为安装水泵 电机等设备而设置的硐室 大多数主水泵房布置在井底车场附近 这样布置的优点是 便于矿水沿排水沟流向水仓排水设备运输方便靠近井筒 管路长度短 节约管材 减少了水头损失 同时增加了排水工作的可靠性通风条件好 改善了泵与电机的工作环境水泵房与中央变电所邻建 供电线路短 减少了供电损耗 11 水泵房长宽高的确定 1 水泵房长度 L nL0 l1 n 1 n 水泵台数 L0 水泵机组的基础长度 l1 水泵机组的净空距离 一般为1 5 2m 2 水泵房宽度 B b0 b1 b2B0 水泵基础宽度 b1 水泵基础边行人侧墙壁的距离 以通过泵房内最大设备原则 一般为1 5 2m b2 水泵基础另一边到吸水井侧墙壁的距离 一般为0 8 1m 3 水泵房高度 应满足检修时起重的要求 根据具体情况确定 一般为3 4 5m 12 5 排水设备的组成排水设备一般由水泵 电动机 启动设备 管路 管路附件和仪表等组成 13 4 离心式水泵1 离心式水泵分类a D型水泵多级单吸分段式离心泵b MD型水泵单吸多级分段式耐磨离心式水泵c B型水泵单吸单级悬臂式离心泵d 吊泵多级单吸立式离心泵e IS型泵单吸单级清水泵f S型泵单级双吸泵井下最常用的是D型泵或MD型泵 14 4 MD型离心式水泵2 性能曲线 15 3 工况点水泵性能曲线上每一个点都对应一个工况 当水泵在管路系统中运行时 在哪一点上工作 不仅取决于水泵本身 还取决于与其连接的管路系统的阻力特性 它是由水泵的性能和管路系统性能共同决定的 4 水泵的主要参数水泵的主要参数主要有 流量 扬程 效率 必需的汽蚀余量 允许吸引真空高度和泵重量 16 5 汽蚀现象水泵的汽蚀是影响水泵吸水高度的重要因素 水泵的吸水高度过大 可能在泵内产生汽蚀 汽蚀出现后 轻者使流量和扬程下降 严重时使泵无法工作 由于某些原因使泵内局部位置的压力降到低于水在相应温度的饱和蒸汽压时 水就会发生汽化 从水中析出大量汽泡 随着水的流动 低压区的这些汽泡被带到高压区时 会突然凝结 汽泡重新凝结后 体积突然收缩 便在高压区出现空穴 于是四周的高压水以很大的速度去填补这个空穴 此处会产生巨大的水力冲击 这种汽泡破裂凝结发生在金属表面时 就会使金属表面破坏 17 5 排水系统工作 18 a 水泵正常工作条件 1 稳定性工作条件泵在管路上稳定工作时 不管外界情况如何变化 泵的扬程特性曲线与管路特性曲线只有一个交点 并且只能是一个 反之是不稳定的 水泵运转时 对于确定的排水系统管路特性曲线基本上不变 对于确定的泵 其特性曲线随转速变化而变化 而转速与供电电压有关系 供电电压在一定范围内是经常变化的 19 2 经济性工作条件为了提高经济效益 必须使水泵在高效区工作 通常规定运行工况点的效率不得低于最高效率的85 90 3 不发生汽蚀条件为保证水泵正常运行 实际装置的汽蚀余量应大于泵的允许汽蚀余量 总之 为保证水泵的正常 合理工作 必须满足 稳定性工作条件 工况点位于工业利用区 实际装置的汽蚀余量大于泵的允许汽蚀余量 20 b 水泵工况点调节水泵在确定的管路系统工作时 一般不需要调节 但若选择不当 或运行时条件发生变化 则需要对其工况点进行调节 由于工况点是由水泵的扬程特性曲线和管路特性曲线的交点决定的 所以要改变工况点 就可以采用改变管路特性或改变泵的扬程特性的方法达到 1 闸门节流法2 减少叶轮数目3 削短叶轮直径 21 6 离心式水泵联合工作1 串联工作两台或两台以上水泵顺次连接 前一台水泵向后一台水泵进水管供水 称为串联工作 串联工作可以增加扬程 所以水泵串联常用于单台泵扬程不能满足需要的场合 2 并联工作两台或两台以上的泵同时向一条管路供水时称为并联工作 并联可以增加流量 所以并联一般用于一台水泵的流量不能满足要求或流量变化较大的场合 22 二 煤矿安全规程 中有关矿井给排水系统的规定 23 1 煤矿安全规程 第一百五十二条矿井必须建立完善的防尘供水系统 没有防尘供水管路的采掘工作面不得生产 主要运输巷 带式输送机斜井与平巷 上山与下山 采区运输巷与回风巷 采煤工作面运输巷与回风巷 掘进巷道 煤仓放煤口 溜煤眼放煤口 卸载点等地点都必须敷设防尘供水管路 并安设支管和阀门 防尘用水均应过滤 水采矿井和水采区不受此限 24 2 煤矿安全规程 第二百一十八条矿井必须设地面消防水池和井下消防管路系统 井下消防管路系统应每隔100m设置支管和阀门 但在带式输送机巷道中应每隔50m设置支管和阀门 地面的消防水池必须经常保持不少于200m3的水量 如果消防用水同生产 生活用水共用同一水池 应有确保消防用水的措施 开采下部水平的矿井 除地面消防水池外 可利用上部水平或生产水平的水仓作为消防水池 25 3 煤矿安全规程 第二百七十八条规定主要排水设备应符合下列要求 一 水泵 必须有工作 备用和检修的水泵 工作水泵的能力 应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量 包括充填水及其他用水 备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70 工作和备用水泵的总能力 应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量 检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25 水文地质条件复杂的矿井 可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置 二 水管 必须有工作和备用的水管 工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量 工作和备用水管的总能力 应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量 26 三 配电设备 应同工作 备用以及检修水泵相适应 并能够同时开动工作和备用水泵 有突水淹井危险的矿井 可另行增建抗灾强排能力泵房 4 煤矿安全规程 第二百七十九条主要泵房至少有2个出口 一个出口用斜巷通到井筒 并应高出泵房底板7m以上 另一个出口通到井底车场 在此出口通路内 应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门 泵房和水仓的连接通道 应设置可靠的控制闸门 27 5 煤矿安全规程 第二百八十条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 新建 改扩建矿井或生产矿井的新水平 正常涌水量在1000m3 h以下时 主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量 正常涌水量大于1000m3 h的矿井 主要水仓有效容量可按下式计算 2 Q 3000 式中V 主要水仓的有效容量 m3 Q 矿井每小时正常涌水量 m3 但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量 采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量 矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井 对排水能力 水仓容量应编制专门设计 水仓进口处应设置箅子 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 水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50 以上 28 6 煤矿安全规程 第二百八十一条规定水泵 水管 闸阀 排水用的配电设备和输电线路 必须经常检查和维护 在每年雨季以前 必须全面检修1次 并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验 发现问题 及时处理 水仓 沉淀池和水沟中的淤泥 应及时清理 每年雨季前必须清理1次 29 三 排水设备的选型设计 30 1 设计的原始资料和任务设计的原始资料包括 矿井开拓方式 同时开采水平数 各水平正常和最大涌水量及时间 井口标高和各开采水平的标高 矿水的密度 泥砂含量及化学性能 PH值 沼气等级 供电电压 井筒及井底车场布置图 矿井年产量和服务年限 设计任务包括 确定排水系统 选择排水设备 给出指标经济核算 绘制水泵房布置图 绘制管网布置图 31 2 排水系统的确定在煤矿生产中 单水平开采通常采用集中排水 两个水平同时开采 综合基建投资 施工 操作和维修管理等因素 经过技术和经济比较后 确定最合理的排水系统 32 3 水泵的选型根据 煤矿安全规程 的要求 必须有工作 备用和检修水泵 其中工作水泵应能在20小时内排出矿井24小时的涌水量 包括充填水及其他用水 备用水泵的排水能力应不小于工作水泵排水能力的70 工作和备用水泵的总排水能力 应能在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量 检修水泵的排水能力应不小于工作水泵能力的25 水文地质条件复杂或有突水危险的矿井 可根据具体情况 在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置 或另外增加排水能力 33 3 1水泵必须的排水能力在正常涌水期 工作水泵必须的排水能力为QB 24 20qz 1 2qz在最大涌水期 工作和备用水泵必须的排水能力为QBmax 24 20qmax 1 2qmax式中 QB 工作水泵具备的总排水能力 m3 h QBmax 工作和备用水泵具备的总排水能力 m3 h qz 矿井正常涌水量 m3 h qmax 矿井最大涌水量 m3 h 34 3 2估算水泵所需扬程由于管路和水泵均未确定 无法确切知道所需的扬程 所以需要进行估算 即HB Hsy gHsy 测地高度 即吸水井最低水位至排水管出口间的高度差 一般可取Hsy 井底与地面标高差 4 井底车场与吸水井最低水位距离 m g 管路效率 当管路在立井中铺设时 可取0 9 0 89 当管路在斜井中铺设 且倾角大于30度时 可取0 83 0 8 当倾角在20度和30度间时 可取0 8 0 77 当倾角小于20度时 可取0 77 0 74 35 3 3 水泵的型号及台数选择水泵型号的选择 依据计算的工作水泵排水能力QB和估算的所需扬程及原始资料给定的矿水物理化学性质和泥砂含量 从产品样本中选取能够满足排水要求 工作可靠 性能良好 符合稳定性工作条件 价格低的所有型号的泵 若PH值小于5 在进入排水设备前采取降低水的酸度措施在技术上有困难或经济不合理时 应选用耐酸泵 若矿水泥砂含量太大 应考虑选择MD型耐磨泵 待选择了配套管路并经过技术经济比较后 最终确定出一种型号的泵 36 水泵级数的确定 水泵级数可根据估算的所需扬程和已选出的水泵单级扬程计算 即i HB Hi式中 Hi 单级水泵的额定扬程 m HB 估算的水泵所需扬程 m 一般计算出的i值都不是整数 应取大于i值的整数 水泵台数的确定 根据 煤矿安全规程 若工作水泵的台数为n1 则备用水泵的台数n2为n2 0 7n1 检修水泵的台数n3为n3 0 25n1 总台数n n1 n2 n3 37 3 4管路的选择管路趟数的确定 根据 煤矿安全规程 的规定 管路必须有工作和备用的 其中工作管路的能力应能配合工作水泵在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量 工作和备用管路的总能力 应能配合工作和备用水泵在20小时内排出矿24小时的最大涌水量 一般情况下 排水管路不得少于两趟 也一般不超过四趟 38 管路布置形式的选择 泵房内管路布置主要取决于泵的台数和管路趟数 39 管材的选择 管材选择的主要依据是管道所需承受的压力 由于矿井排出的水一般进入水池或水沟 因此压力与井深成正比 通常情况 井深不超过200米 多采用焊接钢管 井深超过200米时多采用无缝钢管 吸水管多采用无缝钢管 管径的确定 管径是确定运转费用和初期投资费用在总费用中所占比重的决定因素 因此在选择时应综合两方面考虑找出最佳的管径 40 排水管内径计算 dp 4Q 3600 vp 0 0188Q VP式中 dp 排水管内径 m Q 排水管中的流量 m3 h Vp 排水管内的流速 通常取经济流速为1 5 2 2m s来计算 吸水管内径计算 为了提高吸水性能 防止气蚀发生 吸水管直径一般比排水管直径大一级 流速在0 8 1 5m s之间 因此吸水管内径为dx dp 0 025m 41 除确定上述要素外 另外还需验算管壁厚度 进行工况点确定和校验 工况点校验计算包括排水时间 经济性 稳定性 吸水高度 电动机功率 经济指标计算包括年排水电耗 吨水百米电耗等 当然 这些工作是由设计人员做的 作为现场管理者无需对此计算 42 四 排水设备的运行与维护 43 一 离心式水泵的运行 一 离心式水泵的启动启动前 除对水泵进行全面检查外 首先要向泵腔和吸水管灌注引水 并排出泵腔内的空气 然后在关闭排水管上的闸阀的情况下启动电动机 当水泵的转速达到额定转速时 逐渐打开闸阀 并固定在适当的开启位置 使水泵正常运转 为什么要灌水 由于泵腔内的空气密度远比水小 即使水泵转速达到额定值时 水泵进水口处不能产生足够的吸上真空度 无法将水从水池吸入泵内 44 常用的注水方法有 人工灌水用旁通管把排水管中的存水引回到水泵腔射流泵真空泵为什么要在关闭闸阀的情况下启动泵呢 因为闸阀关闭时 泵的流量为零 从泵的功率特性曲线可以看出 零流量时泵所需功率最小 电动机的启动电流也最小 所以关闭闸阀启动 可减小启动电流 减轻对电网的冲击 45 二 离心式水泵的停机停泵时 首先关闭排水管上的闸阀 而后关闭真空表的旋塞 再按停电钮 停止电动机 若不如此 则会因逆止阀的突然关闭 而使水流速度发生突变 产生水击 严重时 会击毁管路 甚至击毁水泵 称之为水锤效应 停机后 还应关闭压力表旋塞 并及时清除在工作中发现的缺陷 查明疑点 做好清洁工作 46 三 运行中的注意事项1 经常注意电压 电流的变化 当电流超过额定电流 电压超过额定电压的 5 时 应停止水泵 检查原因 进行处理 2 检查各部轴承温度是否超限 滑动轴承不得超过65摄氏度 滚动轴承不得超过75摄氏度 检查电动机温度是否超过铭牌规定值 检查轴承润滑情况是否良好 油量是否合适 油环转动是否灵活 3 检查各部螺栓及防松装置是否完整齐全 有无松动 47 4 注意各部音响及振动情况 有无由于气蚀而产生的噪音 5 检查填料密封情况 6 经常注意观察压力表 真空表和吸水井水位的变化情况 检查底阀或滤水器插入水面深度是否符合要求 一般以水面0 5m为宜 7 按时填写运行记录 48 二 排水设备的常见故障诊断及处理排水设备工作时发生故障 势必影响排水工作的进行 严重时 影响正常生产 因此 必须掌握诊断故障的基本方法 以求准确 迅速地排除故障 排水设备的故障可分为两类 一类是泵本身的机械故障 一类是排水系统的故障 因为水泵不能脱离排水系统而孤立工作 当排水系统发生故障时 虽不是水泵本身的故障 但能在水泵上反映出来 下面对各方面的故障加以综合分析 49 1 泵内存有空气真空表和压力表读数都比正常小 常常不稳定 甚至降到零 因为泵内存在空气时 压头会显著降低 流量也会急剧下降 泵内存在空气是由吸水系统不严密引起的 容易发生漏气的部位及原因有吸水管系统连接处不严 填料箱密封不严 真空表接头松动 吸水管插入水中的部分过浅等等 此外 当吸水管与水泵安装位置不合适时 由于吸水管最高处不能完全充满水 有空气憋在里面 水泵也不能正常工作 应特别注意 离心式