矿井排水系统及排水设备培训

讲座人:杜清强

单位:玲南金矿

矿井排水系统及矿井排水设备目录１２３

排水系统介绍常用排水设备原理排水自动化系统简介1.学习要点

：01矿井排水系统的任务和要求03水泵各部件的作用02规程中对排水系统的要求第一节矿井排水系统2.第一节

矿井排水系统将矿井涌水排至地面良好的工作环境安全生产矿井排水系统的任务和要求高可靠性耐腐蚀性高效、节能3.矿井水的来源大气降水A地表江河湖泊水B井下涌水、充填泄水C4.矿井排水过程最大涌水量qm³相对某一时期（雨季、融雪季节)涌水高峰时的涌水量绝对正常同时期内相对于单位矿产量的涌水量单位时间内涌入矿井的水的体积量其他时期大致相同的涌水量5.矿井排水过程矿井水的性质6、矿山排水设备的组成及其作用分为高压电动机和低压电动机两种无缝钢管不锈钢管耐腐蚀材料管路减压阀截止阀逆止阀远程控制就地控制无人值守文字内容高压启动设备（水阻启动柜）低压启动设备（变频、自耦降压）视频监控运行数据采集分为固定式和移动式两种固定式水泵安装在水泵房内是矿井的主要排水设备移动式水泵用于掘进或淹没巷道排水真空表压力表流量表液位计矿山排水设备水泵电动机启动设备管路管路附件仪表控制系统监控系统7、矿山排水设备的组成及其作用8、规程对矿山排水设备的要求1.对固定排水设备的要求（1）井下主要排水设备，至少应由同类型的三台泵组成。工作水泵应能在20h内排出一昼夜的正常涌水量；除检修泵外，其他水泵应能在20h内排出一昼夜的最大涌水量。井筒内应装设两条相同的排水管，其中一条工作，一条备用。——《金属非金属矿山安全规程》6.6.4.1（2）配电设备应与水泵相适应，并能够同时开动工作、备用和检修水泵，主排水泵房（一级负荷）必须实现双回路供电，每一条回路应能担负全部负荷的供电。

9、规程对矿山排水设备的要求（3)井底主要泵房的出口应不少于两个，其中一个通往井底车场，其出口应装设防水门；另一个用斜巷与井筒连通，斜巷上口应高出泵房地面标高7m以上。泵房地面标高，应高出其人口处巷道底板标高O.5m(潜没式泵房除外)。——《金属非金属矿山安全规程》6.6.4.210、规程对矿山排水设备的要求（4)水仓应由两个独立的巷道系统组成。涌水量较大的矿井，每个水仓的容积，应能容纳2-4h的井下正常涌水量。一般矿井主要水仓总容积，应能容纳6-8h的正常涌水量。水仓进水口应有蓖子。采用水砂充填和水力采矿的矿井，水进入水仓之前，应先经过沉淀池。水沟、沉淀池和水仓中的淤泥，应定期清理。——《金属非金属矿山安全规程》6.6.4.311.规程对矿山排水设备的要求（5）水管、水泵、闸阀和排水用的配电设备等都必须经常检查和维护，确保完好。2.对移动式排水设备的要求：（1）水泵应适合流量变化不大而扬程有较大变化的需要，有较好的吸水性能，以保证把水排干。（2）在垂直泵轴平面上的外形尺寸应较小，以适应在横断面较小的巷道工作；还应做到能够方便而迅速地移动。12.几种常用的移动式排水设备潜污泵潜水泵13.矿井排水系统简介矿井排水系统一般分为直接排水系统、分段排水系统和集中排水系统三种。1.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至地面。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少，排水设备数量少，维护检修量小，管理便等优点。在现有水泵扬程满足排水高度要求的情况下，一般用直接排水系统。

14.矿井排水系统简介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。由井底泵房将矿水排至上部中段泵房水仓，再由上部中段泵房将矿水排至地面。15.矿井排水系统简介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。矿井排水采用哪种排水系统，应根据矿井的具体情况和现有可选择的排水设备，经过技术和经济比较后确定。16、第二节常用排水设备第二节常用排水设备及其原理17、第二节常用排水设备小知识

阿基米德螺旋泵,是古希腊数学家、科学家阿基米德在埃及时,发明的一种螺旋水泵。这是历史上最早的水泵,其原理仍为现代螺杆泵所利用。这种泵是为了将水从大船的船舱中排出而发明的。螺旋泵可以利用螺旋把水搬运到高处,在埃及得到了广泛的应用,是现代螺旋泵的雏形。

利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多

达芬奇的草图中。1689年法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心水泵。但是更接近于现代离心水泵的则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851年~1875年带有导叶的多级离心水泵相继被发明,使得发展高扬程离心水泵成为可能。18、第二节常用排水设备矿井排水设备主要使用离心式水泵，离心式水泵的种类和型号很多，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。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。为适应不同的工作条件与环境，D型泵又派生出一些产品，如DM型（耐磨型)、DF型（耐腐蚀型)、DG型（锅炉给水型)等产品。19、离心水泵的主要组成部分及工作原理D型水泵型号的意义：D-单吸多级分段式清水泵;DF-单吸多级分段式耐腐蚀离心泵;DM-单吸多级分段式耐磨离心泵;我们公司现在使用的D型水泵主要型号有：MD280-65*10MD155-67*8200D43*9D46-50*7100D45*2等。以MD280-65*10为例：280——额定流量，m³/h65——平均单级额定扬程，m10——水泵级数MD280-65*10型水泵是指单吸多级分段式耐磨离心水泵，额定流量为280m³/h，单级额定扬程为65m，水泵级数为10级，水泵额定扬程为650m.21.第二节

常用排水设备D型泵的结构:D型泵主要由转动部分、固定部分和密封部分组成，见下图:21.第二节

常用排水设备22.离心水泵的主要组成部分及工作原理1.转动部分：转动部分主要由泵轴、叶轮、平衡盘和轴承组成，叶轮和平衡盘装在泵轴上，泵轴支撑在两端的轴承上，在电动机的带动下一起转动。D型泵采用闭叶式叶轮，由前盘、后盘、叶片和轮毂组成。23.离心水泵的主要组成部分及工作原理

叶轮主要是靠离心力的作用把能量传递给水,以提高水的能量。D型泵叶轮叶片数目一般为5-8片,并采用后弯扭曲叶片,以减小动压增大静压。第一级叶轮的入水口径较大,目的是降低水流进入第一级叶轮的速度,提高水泵的抗气蚀性能。其余各级叶轮入口直径相同。叶轮的制造和加工精度对水泵的效率有重要的影响,是水泵的易损件。24.离心水泵的主要组成部分及工作原理泵轴:泵轴是传递扭矩的主要零件，叶轮和平衡盘用键固定在其上，泵轴其余部分加装轴套，以防止磨损和锈蚀。平衡盘与平衡环:平衡盘与平衡环是用来平衡轴向推力的装置。平衡盘用键固定在泵轴上，随泵轴一起转动，平衡环用螺钉固定在出水段上。

平衡盘平衡环

泵轴25.离心水泵的主要组成部分及工作原理轴向推力产生的主要原因是叶轮前后盘压力不平衡。由于D型泵为多级泵,轴向推力为多个叶轮产生的推力之和,所以D型泵的轴向推力很大,如不进行平衡,转子部分将向吸水段窜动,造成转动部分与固定部分摩擦磨损、轴承发热、电动机过载等,导致水泵及电机损坏。26、离心水泵的主要组成部分及工作原理平衡盘平衡轴向推力应注意以下各个问题:首先，要尽量减少水泵的启动、停止次数，以减少平衡盘和平衡环及叶轮和固定部分的磨损，并防止轴承损坏，这是因为，水泵在启动过程中，流量小、扬程大，平衡力较小，轴向推力较大，会使泵轴向吸水侧窜动，使平衡盘与平衡环摩擦、叶轮与固定部分摩擦而造成磨损。其次要保证回水管的畅通，如果回水管堵塞，平衡盘两侧没有压力差，平衡盘将失去作用。再者，应使泵轴有一定的轴向窜量，因为平衡盘在平衡轴向推力的过程中是随泵轴左右移动的。27、拓展知识:

近期一些水泵生产厂家采用国外同类产品的先进技术结合设计经验，使用国家推荐的高效节能产品的水力模型，依据API610标准研究开发出ZD型自平衡型卧式多级泵。

该型水泵具有高效区宽、性能范围广、汽蚀性能好、易损件少，安装维修方便等优点。可靠性大大提高，无故障运行时间是普通泵的3倍以上，用户维修成本大大降低，从而降低泵的寿命周期成本。高压自平衡节段式离心泵将传统多级离心泵的结构形式进行了创新，取消了多级离心泵的轴向力平衡机构，是采用平衡盘或平衡鼓结构的D.DG型多级离心泵最好的替代品。由于无平衡装置，即无平衡盘的园盘摩擦损失又无平衡回流损失，所以泵效率比同类别多级泵提高5-14%，同时彻底解决因平衡装置失效而导致平衡盘和平衡盘座的磨损或转子咬死等各种故障，大大延长泵的使用寿命。28、拓展知识:29、离心水泵的主要组成部分及工作原理2.固定部分：固定部分主要包括进水段、中段和出水段等部件。它们之间用拉紧螺栓连接。吸水口为水平方向并位于进水段，出水口为垂直方向并位于出水段。30、离心水泵的主要组成部分及工作原理3.密封部分：水泵的密封包括固定段之间静止结合面的密封和转动部分的密封。固定段之间静止结合面的密封采用青壳纸垫进行密封。转动部分的密封包括叶轮密封、轴封（吸水侧轴封和出水侧轴封）。

31.离心水泵的主要组成部分及工作原理

（1)叶轮密封叶轮与固定段之间采用密封环进行密封。密封环又称为口环，叶轮进水口采用大口环密封，叶轮背面轮毂采用小口环密封。叶轮是高速旋转零件，不可避免地与固定部分产生摩擦磨损，为避免叶轮与固定部分的磨损，在叶轮与固定部分安装大、小口环，以便于磨损后更换密封环，而不必更换固定段和叶轮。32.离心水泵的主要组成部分及工作原理叶轮与密封环之间有环行间隙,高压区的水会通过环行间隙流入低压区,使水泵的流量减小、效率降低。在保证叶轮正常转动的情况下,为提高密封效果,大口环与叶轮的配合间隙应尽量小,如大口环直径为200mm时,装配间隙应小于0.35mm,磨损后的最大间隙不应超过0.7mm。小口环两侧压力差不大,要求没有大口环严格。密封环磨损超过最大间隙时应及时更换,以保证水泵的流量和效率。33.离心水泵的主要组成部分及工作原理（2)轴封：泵轴是穿过泵体的，泵轴与进水段和出水段都有间隙，所以，必须进行密封。轴封包括进水段密封和出水段密封，通常采用填料密封，有些也使用机械密封，并在密封腔中通入一定的压力水，起到水封、冷却和冲洗作用。进水段填料密封的主要目的是防止空气进入水泵。如果密封不好，外界大气将进入吸水室影响水泵的正常工作，严重时会产生断流，导致水泵损坏。出水段填料密封结构与进水段结构相同，其主要目的是防止高压水的泄露，并起到冷却、润滑作用。第三节排水自动化系统简介34.第三节

排水自动化系统简介

排水自动化控制系统由PLC根据水仓液位情况、峰谷分时时间和涌水量自动控制水泵的启停以及控制启动水泵的台数，自动完成给排水任务。

水泵启停自动化控制分为：集中自动、集中手动（远程手动)两种控制方式。集中自动是指水泵启停由PLC控制系统根据水仓液位和峰谷分时时间和涌水量自动完成加减泵，无需人为干预控制，只有在系统发生故障或报警时，需操作人员确认故障原因，待查明原因消除故障后，按触摸屏“故障复位”按钮，便可再次投入该泵至自动启停轮换队列。集中手动是指水泵启停流程由PLC控制系统自动完成，但是启停指令需由操作员通过触摸屏或上位机监控的“一键启动X#泵”“一键停止X#泵”操作按钮发出。35.第三节

排水自动化系统简介

排水自动化系统的控制条件：

系统根据峰谷分时时间和水位进行泵启、停控制，按水位变化率计算预期水量，并根据预期水量决定工作泵的台数。系统根据水位情况控制泵启停，如果水仓水位超过1.30米，系统将启动一台泵，如水位继续上涨，超过2.10米后，启动第二台泵。当水位下降到1.35米后，停止备用工作泵；当水位下降到1.10米后，停止工作主泵。集中自动控制方式时如达不到启泵条件，但调度要求排水，可按触摸屏"集中手动/自动”切换按钮，系统运行模式切换至"集中手动”后，按"一键启动按钮”可启动水