第十五章矿井排水系统

1、第十五章矿井排水系统第十五章矿井排水系统15.115.1概述概述一、矿井排水设备的任务和分类一、矿井排水设备的任务和分类1.1.任务任务: :将矿井水排送到地面，为井下创造良好的工作环境，将矿井水排送到地面，为井下创造良好的工作环境，确保生产安全。确保生产安全。2.2.矿水：涌入矿井内的水统称为矿水。矿水：涌入矿井内的水统称为矿水。3.3.矿井水来源：地表水、地下水、水采和水砂充真后的废水。矿井水来源：地表水、地下水、水采和水砂充真后的废水。4.4.矿井涌水量：矿井涌水量：1 1）含有矿物质和大量泥沙，密度较清水大。故抽排水系统）含有矿物质和大量泥沙，密度较清水大。故抽排水系统中要设水仓或沉淀

2、池进行沉淀后经水泵排出。中要设水仓或沉淀池进行沉淀后经水泵排出。2 2）分碱性、中性、酸性水，对）分碱性、中性、酸性水，对PHPH值小于值小于5 5的矿水要使用耐的矿水要使用耐酸泵并对管路进行耐酸防护处理。或用石灰等中和后再排出。酸泵并对管路进行耐酸防护处理。或用石灰等中和后再排出。6.6.排水设备的分类排水设备的分类1 1）固定式：又分为主排水设备、区域排水设备、辅助排水）固定式：又分为主排水设备、区域排水设备、辅助排水设备设备2 2）移动式）移动式7.7.对固定排水设备的要求对固定排水设备的要求1 1）井下排水设备应有工作水泵、备用水泵和检修水泵。）井下排水设备应有工作水泵、备用水泵和检修

3、水泵。工作水泵排水能力：工作水泵排水能力：2020小时内排出小时内排出2424小时正常涌水量小时正常涌水量备用水泵排水能力：大于等于工作水泵能力的备用水泵排水能力：大于等于工作水泵能力的70%70%工作加备用水泵总排水能力：工作加备用水泵总排水能力：2020小时排出小时排出2424小时最大涌小时最大涌水量水量检修水泵的能力：大于等于工作水泵能力的检修水泵的能力：大于等于工作水泵能力的25%25%水文地质条件复杂的矿井，主泵房内预留一定数量的消水文地质条件复杂的矿井，主泵房内预留一定数量的消耗安装位置。耗安装位置。2 2）管路应有工作和备用水管）管路应有工作和备用水管工作水管能配合工作水泵工作水

4、管能配合工作水泵2020小时内排出小时内排出2424小时的小时的正常涌水量，正常涌水量，工作水管加备用水管，能配合工作水泵加备用水泵工作水管加备用水管，能配合工作水泵加备用水泵在在2020小时内排出小时内排出2424小时的啊大涌水量。小时的啊大涌水量。3 3）配电设备应同工作、备用、检修水泵相适应，）配电设备应同工作、备用、检修水泵相适应，主排水泵房的供电线路不得少于两条回路，每一主排水泵房的供电线路不得少于两条回路，每一回路均能独立担负全部负荷的供电。回路均能独立担负全部负荷的供电。4 4）主排水设备应有预防涌水突然增加致使设备被）主排水设备应有预防涌水突然增加致使设备被淹没的措施淹没的措施

5、5 5）具有防爆性能。）具有防爆性能。7.7.对移动排水设备的要求对移动排水设备的要求1 1）水泵能适应流量不大但扬程有较大变化的需要）水泵能适应流量不大但扬程有较大变化的需要2 2）外型较小，适应在小断面巷道工作，便于方便）外型较小，适应在小断面巷道工作，便于方便而迅速地移动。而迅速地移动。1.水泵：将机械能转变为压力能。2.电机：将电能转变为机械能。3.吸水管：将水吸入泵内的通道。4.排水管：将水排至地面。5.滤水器：防止水中杂物进入泵内。6.闸板阀：调节水泵的流量。7.逆止阀：防止水泵突然停转时发生水击，保护水泵。8.旁通阀：水泵再次启动时，可向泵内灌水。9.灌水漏斗：启动前向泵内灌水入

6、口。10.放气阀：水泵启动前向泵内灌水，泵内空气经放气阀排出。11.真空表：测定水泵吸水口真空度的大小。12.压力表：测定水泵排水口压力的大小。13.放水管：检修时，打开放水管，可将排水管中的水放回水井。三、矿井排水系统三、矿井排水系统1.1.单水平开采的排水系统单水平开采的排水系统1 1）直排：矿井水汇集于主排水设备的水仓中，由水泵直接排至地面。）直排：矿井水汇集于主排水设备的水仓中，由水泵直接排至地面。2 2）分段排：当井深大于一台水泵的扬程时，先将治水排到中间转载水）分段排：当井深大于一台水泵的扬程时，先将治水排到中间转载水仓，然后再排至地面，上下两水泵互不影响。仓，然后再排至地面，上下

7、两水泵互不影响。2.2.多水平开采的排水系统多水平开采的排水系统1 1）各水平分别直排地面）各水平分别直排地面优点：各水平排水相互独立，互不影响。优点：各水平排水相互独立，互不影响。缺点：各水平均要设大型排水设备，井筒中管路多，管理、检修麻烦。缺点：各水平均要设大型排水设备，井筒中管路多，管理、检修麻烦。2 2）分段排水）分段排水主排水设备设在上水平，下水平涌水由辅助排水设备排至上水平水仓，主排水设备设在上水平，下水平涌水由辅助排水设备排至上水平水仓，然后由主排水设备排至地面然后由主排水设备排至地面优点：只在一个水平设置大型排水设备，井筒中管路少。优点：只在一个水平设置大型排水设备，井筒中管路

8、少。缺点：主排水设备发生故障时影响下一水平的排水。缺点：主排水设备发生故障时影响下一水平的排水。适用于下水平涌水量较少时。适用于下水平涌水量较少时。上水平水引入下水平水仓中，由下水平水仓排水设备将水排至地面。上水平水引入下水平水仓中，由下水平水仓排水设备将水排至地面。优点：只在下水平设一套排水装置，系统简单，费用低。优点：只在下水平设一套排水装置，系统简单，费用低。缺点：上水平水放到下水平，再排至地面，损失了位能，增加了电耗，缺点：上水平水放到下水平，再排至地面，损失了位能，增加了电耗，适用于上水平涌水量很小，两水平高差不大时。适用于上水平涌水量很小，两水平高差不大时。四、水仓、水泵房四、水仓

9、、水泵房1.1.水仓：容纳矿井水的坑道：容纳矿水、沉淀。水仓：容纳矿井水的坑道：容纳矿水、沉淀。 含主仓和副仓，两仓容量相同，轮换使用和含主仓和副仓，两仓容量相同，轮换使用和清理，要求可容纳清理，要求可容纳8 8小时正常涌水量（采区水仓小时正常涌水量（采区水仓容量要大于等于容量要大于等于4 4小时正常涌水量）。小时正常涌水量）。2.2.水泵房：主要泵房至少有二个出口，一个出口用水泵房：主要泵房至少有二个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m7m以上；另以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭

10、的既能防水又能防火的密闭门。泵房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，应设置可靠的控制闸门。和水仓的连接，应设置可靠的控制闸门。1.要求排水设备必须安全、可靠、经济、合理地工作。2.选择的排水设备及其布置方式必须符合国家有关技术规定。3.在技术合理的前提下，尽可能提高设备的装置效率和设备本身的完好率，充分发挥设备的效能。15.215.2离心式水泵的工作原理离心式水泵的工作原理一、离心式水泵的工作原理一、离心式水泵的工作原理P392P392注水启动电机叶轮旋转将水甩出叶轮处于真空状态注水启动电机叶轮旋转将水甩出叶轮处于真空状态井中水进入叶轮井中水进入叶轮二、离心式水泵的性能参数

11、二、离心式水泵的性能参数1.1.流量流量Q Q（mm3 3/s,l/s/s,l/s）：单位时间内水泵排出水的）：单位时间内水泵排出水的体积，又称排量。体积，又称排量。2.2.扬程扬程H H（mm）：单位重量液体自水泵获得的能量，）：单位重量液体自水泵获得的能量，又称压头。又称压头。3.3.功率功率1 1）轴功率）轴功率P P（kwkw）：电机传给水泵的功率（输入）：电机传给水泵的功率（输入功率）功率）2 2）有效（益）功率）有效（益）功率Pa Pa （kwkw）：单位时间内水通）：单位时间内水通过水泵获得的能量，即输出功率。过水泵获得的能量，即输出功率。4.4.效率效率 ：有效功率与轴功率的比

12、值。：有效功率与轴功率的比值。5.5.转速转速n n（r/minr/min）：水泵叶轮每分钟的转数。）：水泵叶轮每分钟的转数。6.6.允许吸上真空度允许吸上真空度HsHs（mm）：在水泵不发生汽蚀的）：在水泵不发生汽蚀的条件下水泵吸水口处所允许的真空度。条件下水泵吸水口处所允许的真空度。汽蚀：叶轮入口处压强分布不均，当某处压强低于汽蚀：叶轮入口处压强分布不均，当某处压强低于水的饱和蒸汽压时：水的饱和蒸汽压时：1.1.水汽化产生水泡水汽化产生水泡2.2.原先溶原先溶于水的各种气体析出于水的各种气体析出由此产生汽泡，汽泡随水质点到达高压区并在压力由此产生汽泡，汽泡随水质点到达高压区并在压力作用下破

13、裂，汽泡周围的水质点调速填补原先由作用下破裂，汽泡周围的水质点调速填补原先由汽泡占据的空间，这种现象调速、高频进行着，汽泡占据的空间，这种现象调速、高频进行着，产生很强的水力冲击。泵内零件表面不断形成真产生很强的水力冲击。泵内零件表面不断形成真空和受到水力冲击，导致疲劳破坏，这种现象称空和受到水力冲击，导致疲劳破坏，这种现象称为汽蚀。为汽蚀。汽蚀发生时，水泵产生振动和噪音。同时由于汽泡汽蚀发生时，水泵产生振动和噪音。同时由于汽泡堵塞水流通道，水泵的性能下降，严重时吸不上堵塞水流通道，水泵的性能下降，严重时吸不上水而导致不能排水，因此不允许水泵在汽蚀状态水而导致不能排水，因此不允许水泵在汽蚀状态

14、下工作。下工作。三、水泵的特性曲线三、水泵的特性曲线由于存在各种损失，很难从理论上精确计算水泵的由于存在各种损失，很难从理论上精确计算水泵的实际扬程、流量和功率的可靠数据，只能用实验实际扬程、流量和功率的可靠数据，只能用实验方法得到。将这些数据绘制在坐标系中，即可得方法得到。将这些数据绘制在坐标系中，即可得到如图所示的实际特性曲线。到如图所示的实际特性曲线。四、比例定律四、比例定律P396P396 水泵的性能参数和水泵的性能参数和特特性曲线是在一定的转速性曲线是在一定的转速下得到的，当转速改变时，其性能参数和特性曲下得到的，当转速改变时，其性能参数和特性曲线也随之改变。比例定律就是反映水泵的性

15、能参线也随之改变。比例定律就是反映水泵的性能参数随转速改变的规律。数随转速改变的规律。 比例定律：比例定律： 1.1.流量与转速的一次方成正比。流量与转速的一次方成正比。 2.2.扬程与转速的二次方成正比。扬程与转速的二次方成正比。 3.3.功率与转速的功率与转速的三三次方成正比。次方成正比。 利用比例定律，可方便地将水泵在某一转速利用比例定律，可方便地将水泵在某一转速下的性能，换算成在另一转速下的性能，从而扩下的性能，换算成在另一转速下的性能，从而扩大水泵的使用范围。大水泵的使用范围。15.315.3离心式水泵及管离心式水泵及管路的运行路的运行一、排水管路的特性一、排水管路的特性1.1.排水

16、管路：排水时水排水管路：排水时水所经过的管路称为排所经过的管路称为排水管路。水管路。2.2.排水管路的特性：水排水管路的特性：水泵在管路上工作时，泵在管路上工作时，排水所需的实际扬程排水所需的实际扬程与流量之间的关系。与流量之间的关系。可见：通过管路的流量可见：通过管路的流量不同时，所需压头将不同时，所需压头将随流量的增加而增加。随流量的增加而增加。即：压头损失随流量的即：压头损失随流量的增加而增加。增加而增加。排水管路特性方程：排水管路特性方程：H HHc+R.QHc+R.Q2 2HcHc测地高度（水面距排水管中心线的距离）测地高度（水面距排水管中心线的距离）R R管路阻力系数，取决于管长、

17、管道内壁光滑度管路阻力系数，取决于管长、管道内壁光滑度及管件的种类和数量。及管件的种类和数量。对一定的矿井，对一定的矿井，HcHc为常数，若让为常数，若让Q Q也成为常数，则也成为常数，则H H取决于取决于R R，而管路效率，而管路效率 g gHc/HHc/H故要使管路效率较高，应使故要使管路效率较高，应使H H较小，即较小，即R R较小，变即较小，变即应保持管内壁的清洁与光滑，选择阻力较小的管件，应保持管内壁的清洁与光滑，选择阻力较小的管件，减少管件用量，尽量缩短管路敷设长度。减少管件用量，尽量缩短管路敷设长度。二、水泵的工况点二、水泵的工况点水泵在管路上工作时，水泵在管路上工作时，其工作情

18、况不仅取决其工作情况不仅取决于泵本身的特性，而于泵本身的特性，而且也与排水管路的特且也与排水管路的特性有关。将水泵的实性有关。将水泵的实际扬程特性曲线与管际扬程特性曲线与管路特性曲线绘制在同路特性曲线绘制在同一坐标系中，两曲线一坐标系中，两曲线有一交点，此点称为有一交点，此点称为工况点。该点对应的工况点。该点对应的工况参数称为工况参工况参数称为工况参数。数。三、水泵正常工作条件三、水泵正常工作条件1.1.稳定工作条件：指水泵在运转中工况点是单值，不能出稳定工作条件：指水泵在运转中工况点是单值，不能出现无点或多点。现无点或多点。1 1）有一个工况点，水泵正常工作。但当电压波动时，造成）有一个工况

19、点，水泵正常工作。但当电压波动时，造成转速变化从而引起曲线变化。转速变化从而引起曲线变化。2 2）同时出现两个工况点，能排水，但流量忽大忽小，呈不）同时出现两个工况点，能排水，但流量忽大忽小，呈不稳定状态。当转速继续下降时，出现稳定状态。当转速继续下降时，出现3 3）无工况点：不能排水，水在出水管内上下振荡。）无工况点：不能排水，水在出水管内上下振荡。2 2）和）和3 3）都出现在泵零流量时的实际扬程小于管路测地高）都出现在泵零流量时的实际扬程小于管路测地高度度HcHc。故应使。故应使H H0 0HcHc，一般规定，一般规定（0.9-0.950.9-0.95） H H0 0HcHc2.2.经济

20、工作条件：经济工作条件： （0.85-0.950.85-0.95） maxmax这样在这样在T15-9T15-9中可以得到一个区域（工业利用区）。这是中可以得到一个区域（工业利用区）。这是水泵特性曲线上允许使用的区段，在该区段内水泵满足以水泵特性曲线上允许使用的区段，在该区段内水泵满足以上两个工作条件。上两个工作条件。四、水泵工况点的调节四、水泵工况点的调节当水泵的运转工况点不在工业利用区内时，应人为给予调节。当水泵的运转工况点不在工业利用区内时，应人为给予调节。方法如下：方法如下：1.1.闸门调节法：闸门调小后，阻力增加，故此法不经济。闸门调节法：闸门调小后，阻力增加，故此法不经济。2.2.

21、改变转速法：利用比例定律比，改变转速也可改变水泵特性改变转速法：利用比例定律比，改变转速也可改变水泵特性参数。参数。3.3.切削叶轮直径法切削叶轮直径法4.4.减少叶轮数目法减少叶轮数目法五、水泵的联合工作五、水泵的联合工作联合工作：指两台及两台以上的水泵同时在一条管路上进行串联合工作：指两台及两台以上的水泵同时在一条管路上进行串联或并联。联或并联。1.1.串联工作：多台水泵的吸水口和排水口彼此首尾相连于一条串联工作：多台水泵的吸水口和排水口彼此首尾相连于一条管路上工作。管路上工作。串联的目的：增加扬程。串联的目的：增加扬程。特点：各水泵的流量相待；总扬程等于各水泵扬程之和。特点：各水泵的流量

22、相待；总扬程等于各水泵扬程之和。2.2.并联工作：多台水泵向一条管路输水。并联工作：多台水泵向一条管路输水。目的：增大流量目的：增大流量特点：各水泵扬程相等；总流量等于各水泵流量之和。特点：各水泵扬程相等；总流量等于各水泵流量之和。六、水泵的起动和停止六、水泵的起动和停止1.1.起动：起动：1 1）检查）检查2 2）注水排气（无水有气，不）注水排气（无水有气，不能将水吸入泵内；密封填料与轴干摩擦，可能使能将水吸入泵内；密封填料与轴干摩擦，可能使定子与转子咬合）定子与转子咬合）3 3）关出水闸（由功率曲线）关出水闸（由功率曲线知，知，Q Q0 0时功率最小，此时启动电流最小）时功率最小，此时启动

23、电流最小）4 4）送电运转送电运转5 5）达到额定转速后，逐渐开闸。）达到额定转速后，逐渐开闸。2.2.停泵：先关闸后停机，即先停止水流动，防止水停泵：先关闸后停机，即先停止水流动，防止水流速度突然变化，造成水击，击坏管路和水泵。流速度突然变化，造成水击，击坏管路和水泵。七、矿用水泵结构及性能七、矿用水泵结构及性能矿用水泵：分为离心式水泵和轴流式水泵矿用水泵：分为离心式水泵和轴流式水泵1.1.单级单吸水泵：特点是体积小，重量轻，结构简单级单吸水泵：特点是体积小，重量轻，结构简单，便于搬运和维修。单，便于搬运和维修。适用于：排除井底水窝积水或作压缩空气站的供水适用于：排除井底水窝积水或作压缩空气

24、站的供水泵及其它辅助供排水。泵及其它辅助供排水。2.D2.D式泵（卧式、单吸、多级分段式水泵）式泵（卧式、单吸、多级分段式水泵）特点：泵体由进水段、出水段和多个中间段分段组特点：泵体由进水段、出水段和多个中间段分段组成。最多为成。最多为1111级，最高扬程为级，最高扬程为10001000米，流量米，流量450m450m3 3/h/h，相当于串联。，相当于串联。适用于：主排水设备的常用水泵。适用于：主排水设备的常用水泵。3.3.卧式多级螺壳水泵卧式多级螺壳水泵特点：叶轮对称平衡布置，级间以螺壳形通道串联。特点：叶轮对称平衡布置，级间以螺壳形通道串联。适用于：主排水适用于：主排水4.4.深井泵：深井泵：特点：立式、多级、分段水泵特点：立式、多级、分段水泵适用于：凿井、竖井掘进和淹没矿井排水时的移动适用于：凿井、竖井掘进和淹没矿井排水时的移动排水设备。水位变化一般在排水设备。水位变化一般在10-10010-100米。米。5.5.吊泵吊泵特点：可借助于