矿井排水

2024-06-22

矿井排水（精选十篇）

矿井排水篇1

关键词：矿井排水,节能,对策

1 认识矿井排水的现状

矿井排水主要依靠排水系统, 排水系统较为复杂, 水泵运行耗电量一般都较大。据统计, 每年全国煤矿平均耗电量排水设备占大约百分之三十, 同时随着涌水的增加, 用电量随之增长。煤矿排水系统采用继电器控制, 其线路复杂, 容易造成线路破损, 同时随着水泵的使用, 设备会慢慢老化, 效率降低, 增加耗电量量。井下工作环境比较恶劣, 排水管容易被污泥堵塞, 如不及时地清理, 将增加排水管路阻力且降低水泵的运行效率, 这是排水系统耗电量大的重要原因。

2 矿井排水节能的意义

矿井排水系统的任务就是将矿井水排出地面, 以保证矿井生命财产安全, 排水系统不能正常运行, 轻则影响矿井正常的生产, 重则发生淹井事故, 给矿井造成无法估量的损失。由于矿井排水设备较多, 耗电量较大, 所以必须提高水泵运行效率, 正确选择水泵, 设计合理的排水系统, 制定矿井排水节能管理制度, 减少能源浪费, 就显得至关重要。在矿井排水过程中, 能源消耗大, 同时矿井排水系统是矿井安全生产重要环节, 故做好矿井排水节能工作, 对于提升矿井经济效益和企业发展有着重大意义。

3 矿井排水节能的对策

3.1 更新排水设备

合理选取排水装置及管路、实现设备高效运行是实现排水节能的根本途径。矿井排水系统要求排水泵具有耐腐蚀和耐磨损性, 矿井必须引进先进、高效排水设备, 定时地维修水泵, 及时地清理泵内及管路水垢, 防止堵塞。如果清理不及时, 水垢越积越厚, 将影响水泵运行效率, 造成资源浪费。目前国内主要排水系统使用的是继电器控制法, 采用用人工检测, 而国外发达国家已采用PLC控制与变频控制相结合的方式, 可以很好的弥补传统继电器的不足和缺陷, 实现了远程监控, 提升了自动化控制水平, 最终实现无人值守, 提升了经济效益, 保证了安全生产。该系统能帮助工作人员及时了解设备的具体状况, 利用最少的资源进行系统维护。该系统主要是由电动闸阀、电动球阀、配水电动闸阀、变频器和PLC组成, 它拥有先进的计算机系统, 对排水系统进行实时监测监控, 在第一时间内帮助技术人员做出正确的判断, 利用PLC对排水系统进行远程遥控, 该系统可以直接接入以太网, 构成自动化系统, 同时它还支持多种图形格式, 配备简便的绘图工具, 可以方便快捷的模拟各种工作 (故障) 状态, 它还可以存储各种历史数据, 可以方便工作人员利用历史数据进行设备运行状态分析, 它可以及时、准确地了解系统各设备的运行情况, 从而制定科学的检修计划。这种自动化排水系统是各种管理设备的综合体, 它集合了监控技术、传输技术和软件技术等, 排水系统的节能自动控制必将带来矿井排水系统控制方式的全新的方式和理念, 根据管路特性确定匹配的水泵, 使水泵工作在最佳工况点, 这些都可以间接地提高水泵工作的可靠性和效率, 达到节能的目的。

3.2 提高井下水资源的综合利用

从煤矿井下排出的矿井水, 经处理后可作为井下消防、防尘用水, 也可用于地面草地绿化带的浇灌, 恢复生态。矿井水是由地表水慢慢渗透至地下, 或者是由地下水汇聚在一起, 所以矿井水是我们需要的淡水资源, 同时也是一种特殊的水资源。由于我国现在地表水的不断污染, 部分地方已严重缺水, 有资料显示, 我国每年矿井排水量大约两亿吨, 其中三分之二都是中性水, 若是可以突破矿井水的处理方法, 把它处理后可以饮用, 必将缓解缺水地区对地表水的依赖。但是由于我国的水处理技术尚处于起步阶段, 同时人们对矿井水的认识不够, 很少考虑将矿井水进行综合开发和利用, 大部分矿井将矿井水白白排掉, 而没有加以综合利用。我国目前矿井水资源利用率只有百分之二十左右, 有些地方的煤矿对水资源利用率更低。矿井水资源的浪费, 增加了企业成本, 随处排放矿井水还会造成地面水土资源的恶化。由于地面水污染处理成本高, 而矿井水来自地下水, 处理成本较低, 是一项前景广阔的项目。矿井水资源化可以开辟新的水源, 减少淡水资源的开发, 将会对全球水资源短缺的现状有着很大的缓解作用, 同时可以减少长距离调水, 解决矿区缺水的问题, 并且可以减少对水土的污染, 实现经济效益的增长。

3.3 利用不同的排水方式

矿井可根据不同的情况设计不同的排水方式, 只有制定合适的排水方案, 才能用最少的耗电量来完成排水任务。矿井排水方式一般分为:压入式、吸入式和吸压并存排水方式。当被排水的高度高于水泵的吸水口高度时, 采用压入式排水法, 这样水泵启动时, 只需启动电动机, 慢慢打开排水侧的闸阀, 而不需引水装置引水, 就可以排水了。采用吸入排水方式, 将会增加排水泵的扬程, 耗电量也会相应增加, 而且启动缓慢。当水面低于水泵的吸水口高度, 这时候就要用吸入式排水法, 在电机启动前需先启动引水设备, 就可以通过引水装置把水灌满水泵。同时排出两个不同高度的水仓, 较高的要压入式排水法, 较低的就要用吸入式排水法, 同时发挥两种方法的优势, 两种方法相互弥补, 可以减少启动程序, 降低设备的故障率。根据矿井实际排水的需要采用不同的排水方式, 这样可以节省电能和人力。

4 结束语

排水系统节能可以通过多种方式实现:设备的节能、矿井水的后续使用等, 其高效运行直接关系到煤炭企业的运营成本, 必须引起煤炭企业的高度重视。现国家大力提倡节能减排, 故矿井排水系统节能新技术的应用符合社会发展的趋势, 煤炭企业要顺应节能减排的趋势, 降低能源消耗, 落实可持续发展观, 处理好对环境的污染问题, 引进先进的节能排水系统和节能改造。

参考文献

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[3]贾希荣.煤矿区可持续发展中的环境问题与对策[J].煤田地质与勘探, 2001, 29 (1) :39-41.

[4]邱晓.加强靖远煤矿矿区的环境管理[J].甘肃环境研究与监测, 2001, 14 (1) :117-118.

矿井排水系统的升级改造篇2

【摘要】随着工作面的延伸，矿井初期设计排水能力已不能满足矿井安全生产需要。为了保证矿井安全生产，矿业公司邀请煤炭地质勘察185队对矿井涌水量进行了重新勘探测定。通过勘测数据，矿技术人员经过多次讨论协商，决定一方面对中央水泵房增设2台临时排水泵，同时敷设矿井2#外排管路，保证矿井前期的排水。随着工作面不断延伸，逐步建成一盘区水泵房，并且与地面1#和2#外排管路对接，形成完善的矿井排水系统，保证矿井正常的安全生产。

【关键词】排水 2#外排管路

一盘区水泵房

0.引言

水是煤矿安全生产的五大灾害之一，尤其对于凉水井煤矿来说，是矿业公司安全生产的最大安全隐患。随着煤矿4-2煤盘区的开采延伸，矿井建井初期的排水设计能力已经不能满足矿井正常安全生产需要。再加上近两年全国各地煤矿频频出现矿井透水事故，所以矿井排水系统升级改造迫在眉睫。为确保矿井排水系统的安全可靠，增强矿井对水患的避灾、抗灾能力，满足煤炭行业标准要求，2010年我矿邀请陕西省煤炭地质勘察185队，对我矿井一盘区的涌水量进行了重新勘探，其结论是一盘区正常涌水量为1100m³/h，最大涌水量为1800m³/h。我矿技术人员根据一盘区的涌水量地质勘探报告，认真对我矿井的排水系统进行了审查讨论，对现有的排水系统排水能力进行了升级改造。

1.矿井原有排水系统现况

1.1矿井初期设计正常涌水量为327m³/h，最大涌水量为510m³/h。矿井主排水泵房位于4-2煤辅助运输大巷东侧，矿井涌水经由主排水泵房敷设与管子道、4-2煤回风大巷、一号回风斜井井筒内的排水管路以及地面管路，排至工业场地的地面水处理站进行处理后排至高位水池供井下生产及地面厂区用水。处理后多余的水经1#外排管线排至西沟。当井下遇到透水等紧急情况时，为了保证矿井安全，井下中央水泵房水排至沉淀池后不经过污水处理站直接通过1#外排管路排至西沟河流，具体流程图见图1。

图1 矿井水处理外排流程图

1.2矿井主排水泵采用MD280-43×5型矿用耐磨离心泵，额定流量为280m³/h，工作效率为77%，扬程为215m，配套佳木斯315KW防爆电机。矿井正常涌水量时，水泵2

台工作，2台备用，1台检修；矿井最大涌水量时，4台水泵同时工作，1台备用。主排水管路选用φ325×7.5无缝钢管，沿回风斜井井筒敷设2趟，矿井正常涌水量时，管路一趟工作，一趟备用；矿井最大涌水量时，2趟管路同时工作，见图2。

图2 中央水泵房排水系统图

2.改造实施的方案

2.1对现有中央水泵房排水系统进行升级。2.1.1安装水泵，增大排水能力。

为了加大中央水泵房的整体排水能力，决定在中央水泵房4#配水仓和5#配水仓各加装一台BQW200-20/11-220排水泵。当发生水灾时，主排水泵房除了原有的4台水泵可以同时工作外，另外加装的两台水泵也可以同时工作，增大了主排水泵房的排水能力。

2.2.2敷设矿井2#外排管路，保证矿井管路排水能力。

为了保证矿井排水能力，为以后工作面延伸排水做准备。矿业公司根据185地质勘探队

图2 矿井排水系统流程图的勘探资料设计安装了矿井2#外排管路。管路全长12.73km、采用两趟D585*8.5球墨铸铁钢管。井下中央水泵房直接打钻孔安装两趟D375*7.5排水管与地面两趟2#外排管

路对接。地面原1#外排管路在地面敷设管路与2#外排管路对接，保证了管路排水的机动性。井下中央水泵房通过阀门控制将7台水泵（原5台，新增2台）和4趟排水管路（原安装2趟，打钻立眼2趟）用蝶阀进行互通连接，保证每台水泵可以通过阀门调节控制沿任意一趟管路外排，增加了矿井排水的机动性如（图2新的矿井排水流程图）。建成以后，矿井正常排水时，通过图1矿井排水流程图正常排水。当矿井发生水灾时，井下中央水泵房6台水泵可以同时工作，通过4趟排水管，沿1#和2#排水管路同时向外排，极大的提高了矿井的排水能力和机动性。2.2建设一盘区水泵房，增加矿井排水能力。

随着矿井开拓的不断延伸，矿井排水量也在不断增加。设计增加一盘区水泵房内安装7台MD580-60*3排水泵，从一盘区泵房至中央泵房对应的地面，增加敷设4趟D485*8.5球墨铸铁排水管路，并与2#外排管路进行对接。

3.应用效益与前景

矿井主排水泵中段拆卸装置的研制篇3

摘要：分析了新桥煤矿主排水泵中段部分的结构，叙述了中段部分拆卸装置的研制和使用情况。

关键词：矿井主排水泵中段拆卸装置研制和使用

0引言

河南煤化集团永煤公司新桥煤矿使用的主排水泵型号为MD580-70×9，是一种单吸、多级、节段式卧式离心泵，水平吸入垂直吐出。主排水泵承担着矿井的排水任务，运转频繁，叶轮和导叶经常受到水流的冲刷，磨损和锈蚀速度很快，需要定期对水泵进行生井检修。由于锈蚀的原因，中段部分的拆卸往往十分困难，新桥煤矿在主排水泵检修过程中成功研制了中段部分拆卸装置，取得了良好的效果。

1主排水泵中段部分的结构

主排水泵中段部分主要由中段、导叶、叶辁；导叶套、密封环、键等组成。具体结构如图1所示。

由图中可以看出，中段部分各部件的配合关系如下：导叶镶嵌在中段内，导叶套镶嵌在导叶内，均为过盈配合，而导叶套和泵轴则是间隙配合；叶轮则通过平键和泵轴配合；密封环位于中段和叶轮之间，镶嵌在中段上。由此可以看出，若使用拆卸装置将轴向力作用于中段，则中段可推动叶轮脱出健槽，同时带动导叶脱出，可以达到一次性将一级中段部分全部拆卸的目的。由于轴向力平行于泵轴，且作用于中段部分各部件的非主要接合面，故在拆卸过程中不会造成部件损坏现象。

2中段部分拆卸装置的组成

拆卸装置主要由拉杆、穿杠、千斤顶、销子、支撑架等组成。如图2所示。

2.1拉杆拉杆采用D57mm钢管制作而成，一端设有套环，使用时套在主排水泵中段的挂耳上。拉杆另一端每隔200mm均匀分布D20mm透孔，透孔为调节孔。

2.2穿杠穿杠采用11#矿用工字钢制作而成，两端加工D58mm通孔，拉杆从穿杠通孔中穿过。

2.3千斤顶千斤顶提供拔出中段部分所需的轴向力。

2.4销子销子穿入调节孔内，起到阻止穿杠移动的作用。

2.5支撑架支撑架支撑在拉杆、穿杠和千斤顶上，起到支撑和稳定拆卸装置平衡的作用。

3拆卸装置的使用方法

3.1将拉杆的套环套在主排水泵中段挂耳上。

3.2将穿杠套在拉杆上，销轴穿入调节孔内，拉杆放置在支撑架上。

3.3将千斤顶放在泵轴和穿杠之间，活塞杆顶在泵轴上，底座支在穿杠上。

3.4用手压动千斤顶，缓缓将中段向轴端拔出；

3.5当千斤顶活塞杆伸长量达到其行程的三分之二时，如果中段部分仍没有拔出，此时将销子从调节孔中拔出，更换调节孔，将千斤顶复位。然后继续压动千斤顶，直到中段彻底拔出为止。

4建议

为了增加拆卸装置的稳定性和方便性，建议将本套拆卸装置安装在移动式小车上。

5结语

根据新桥煤矿主排水泵实际检修情况统计，使用此拆卸装置，可使水泵中段拆卸速度提高3倍以上，且可

矿井主排水系统检验若干问题探讨篇4

矿井的主排水系统是一个非常重要的系统, 《煤矿安全规程》 (2011年版) 第278条-第280条对水泵、管路、配电设备、水仓等进行了明确了要求。AQ1012-2005《煤矿在用主排水系统安全检测检验规范》也对检测的内容进行了具体要求。

1 认真理会, 准确把握AQ标准的内容

1.1 标准虽未明确给出判定规则, 但是要根据检测的结果进行综合判定

AQ1012-2005没有像AQ1011-2005、AQ1015-2005等标准一样, 明确检测结果中的否决项。安全无小事, 每个细小环节的疏忽都可能导致严重的事故。因此, 在标准中列出的7.1-7.11一共11个项目的检测内容均应视为重要项。

标准中只简单提出了电参数的测量, 要根据实际情况把握测量方法。

1.2 电动机的运行功率是计算水泵效率、吨水百米电耗、排水系统效率等的基础, 因此要制定完善的测试方案, 将电动机的运行功率准确测量出来

地方小煤矿一般采用低压供电, 根据《煤矿安全规程》的要求, 在测试前, 应检测测试地点20m范围内的瓦斯浓度, 并派人实时进行监测。在浓度低于1.0%时进行测量。如果浓度超过1.0%, 还应通过煤矿采取必要措施, 停止相应的采掘作业, 加强通风等, 待浓度降下来后再进行测试。

1.3 区分工作水泵、备用水泵和检修水泵的意义

一个水泵房设置多台水泵的现象是很普遍的, 要具体划分出哪台泵为工作泵, 哪台泵为检修泵并没有必要。在进行系统设计时, 优先考虑设置型号规格一样的水泵, 便于管理和维护。当水泵型号规格不一样时, 应优先考虑“工作水泵的能力, 应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量。”按照同样的思路, 备用水泵和检修水泵都要根据其实际的能力来划分。水泵的排水能力不是一成不变的, 所以, 人为的去划分出哪台泵为工作泵, 哪台泵为检修泵的意义并不大。检测出能正常使用的水泵的实际排水能力才是最关键的。也是标准7.6条的实际要求。

1.4 标准执行时间过长, 新的防治水规定内容未及时得到体现

国家安全生产监督管理总局令第28号《煤矿防治水规定》自2009年12月1日起施行。1984年5月15日原煤炭工业部颁发的《矿井水文地质规程》 (试行) 和1986年9月9日原煤炭工业部颁发的《煤矿防治水工作条例》 (试行) 同时废止。《煤矿防治水规定》增加了水文地质类别的归类、增加了水闸门的要求等, 2010年版煤矿安全规程也对防治水方面的条款进行了修订。现行规范至少未体现矿井水文地质类别对排水系统的影响, 未明确泵房和水仓的连接通道, 应当设置可靠的控制闸门。

2 在小煤矿检测过程中容易出现的问题

2.1 煤矿的实际条件制约现场检测工作的开展

检测时水仓容量水严重不足, 甚至连吸水底阀都露在外面;井下电力负荷较大, 而井下供电的总容量有限, 不能够同时开动更多的水泵;水泵临时检修;水泵管路严重老化, 结垢等情况严重;企业工作人员安全意识不强, 配合不积极等。这些情况都会导致现场检测工作不能顺利完成。

2.2 检测队伍的素质决定检测工作的质量

2.2.1 制定的检测方案要有针对性

根据煤矿的实际情况制定现场检测方案, 在下井之前要了解排水系统的构成、水泵和管路的数量、电压等级、井下作业情况等。这样才能制定出一整套行之有效的检测方案, 才能保障检测数据的准确无误。检测方案要让煤矿的管理人员和工作配合人员清楚, 提高检测的效率。

2.2.2 水泵的流量、电参数等数据的测量要讲究方法

用超声波法测量水泵的流量时, 要选择管路条件较好的位置, 利用重锤击打管路, 用锉刀将表面打磨, 抹上适当的耦合剂。耐心调整感应探头的位置, 直到顺利测量出流量为止。

现场开盖测试电参数时, 应严格按照要求进行操作。瓦斯检测员要实时监测瓦斯浓度, 一旦超限, 立即停止测试工作。

2.2.3 排水系统联合试运转

联合排水试验是为了获得排水系统的综合排水能力。启动所有的工作泵、备用泵、工作管路和备用管路, 测量总的排水量。在小煤矿现场, 并不一定要启动所有水泵。按照已经测量出来的水泵的能力, 结合现场供电、管路、配电设备的综合情况考虑, 检测系统在遇到最大涌水量时, 系统是否能满足20小时排出24小时的最大涌水量即可。

3 对典型系统的分析

3.1 系统中联合排水试验的基本原则

系统的联合排水实验要根据现场的实际情况具体分析。报告里面的“矿井最大排水能力”根据实际情况分析, 如果泵房水泵数量多, 管路数量远远小于水泵数量 (如煤炭坝、斗笠山等矿, 水泵数与管路数之比数值大) , 矿井的最大排水能力就不是将所有水泵开启的能力, 矿井的电力负荷、管路的情况等都是影响因素, 管路的阻力也随着流量的增加而增大。因此, 现场实测联合排水的时候, 主要考虑以下几个因素:

1) 在委托合同签订时应该对联合排水进行具体说明。便于委托方合理安排时间和调整矿井负荷。同时也让检测方有充足的时间做方案、准备仪器;

2) 有联合排水任务时, 检测方必须在拿到委托方提供的排水系统图后, 仔细研究制定出联合排水的初步方案, 委托方同意后下井检测。联合排水方案的制定必须有委托方的负责人参与;

3) 矿井使用的水泵在联合排水测试时一定要能将工作泵和备用泵全部同时运行;

4) 矿井水泵房的电力负荷允许的最大值作为联合排水时水泵同时运行台数的极限值;5) 在现场实际测试时, 根据 (1) 和 (2) 两个条件确定一个检测方案, 选择一个中间台数进行联合排水并将流量实测出来。

其中, 3) 项和4) 项实施有冲突时 (工作泵和备用泵因电力负荷、管路配置、闸阀设置等等原因不能同时开启) , 现场联合排水试验应先制订检测方案, 尽可能测试出最危险状态下排水系统的排水能力。

3.2 几个典型系统图的分析

1) 专泵专管的情况下 (图1) , 电力负荷能满足同时启动的, 则可以将水泵流量相加作为矿井的最大排水能力。

2) 两泵两管, 管路之间进行连通的 (图2) , 如果两泵型号不同, 则还是将水泵流量相加;如果两泵型号一样, 则应该测试连通闸阀开启和关闭两种情况下的流量;

3) 如果有两台以上泵共用管路, 则应根据系统图合理分配。

原则上是:首先满足专泵专管的要求;同型号泵可以共用较大直径排水管;小流量和大流量泵尽量不要共用排水管;根据矿井最大涌水量 (最危险情况) 确定联合排水的泵的最少数量。首先根据管路的数量, 确定工作水泵台数 (管路数=工作泵台数) , 即确定相当于的专泵专管的情况, 再在此基础上, 确定同型号水泵可共用管路的。需要注意的是, 并不是所有的泵都开启、所有的管路都打开时排水能力最大。应该根据最大涌水量和泵房的实际情况合理安排。

如图3所示, 4趟管路, 首先确定四台工作泵, 3—3 (3号水泵用3号管路, 下同) , 2—4, 4—2, 5—1, 在此基础上, 排水能力不符合最大涌水量的要求时, 可以考虑 (2+1) —4。

摘要：煤矿的主排水系统是煤矿安全生产的一个重要环节, 执行国家的安全生产行业标准《煤矿在用主排水系统安全检测检验规范》 (AQ1012-2005) 是对主排水系统进行综合检测、分析的有力手段。湖南省内煤矿普遍存在规模小、设备少等特点, 尤其是主排水系统设置的环境条件较差、设备简单, 在执行行业标准时不能简单照搬条款。在对系统进行检测时, 根据矿井水泵和管路以及配电设备的情况选择合理的检测方案, 将矿井的排水能力测试出来。

关键词：煤矿,主排水系统,安全检验

参考文献

2014矿井主排水泵工复习题篇5

一、单选题（每空1分，共计30分）

1、从吸水井水面到排水管出口中心之间的垂直高度，称（C）。A、吸水高度

B、排水高度

C、水泵扬程

2、煤矿安全生产是指在煤矿生产活动过程中（B）不受到危害，物（财产）不受到损失。

A、人的生命

B、人的生命与健康 C、人的健康

3、竖井单水平开采或矿井开采水平不多时，常采用（A）排水系统。

A、直接 B、分段 C、多水平同时开采的

4、吸水管和排水管的直径不同，管中水流速也不同，吸水管中水流速较（B）。A、大

B、小

C、大或小

5、在导致事故发生的各种因素中，（A）占主要地位。

A、人的因素 B、物的因素 C、不可测知的因素

6、两台特性相同的泵并联后，每台泵的排水量要比单独工作时的排水量(B)。

A、大 B、小 C、相等

7、矿井一般应用（A）泵作为无底阀泵的灌引水。A、射流泵 B、气泡泵 C、压气泵

8、单吸多级离心泵的叶轮外圆周上安装导水圈的作用是（A）。A、导向和变压 B、导向

C、变压

9、离心式水泵联合工作的基本方式是(C)。A、只有并联 B、只有串联 C、并联和串联

10、轴向推力使水泵转子向水泵的（A）方向窜动。A、吸水口 B、排水口 C、吸水口或排水口

11、进水管端接底阀时，底阀的淹没深度最小不得少于（A）ｍ。A、0.5 B、0.4 C、0.3

12、铺设在深度不超过200米的竖井内的排水管多采用（A）。A、焊接钢管 B、无缝钢管 C、铸铁管

13、叶轮流道被冲蚀的麻窝深度不得超过（C）ｍｍ。A、5

B、4

C、2

14、《安全生产法》规定，生产经营单位应当向从业人员如实告知作业场所和工作岗位存在的（A）、防范措施以及事故应急措施。

A、危险因素 B、人员状况 C、设备状况 D、环境状况

15、在掘进工作面或其他地点发现有透水预兆时，必须（A）。

A、停止作业，采取措施，报告矿调度，撤离人员 B、停止作业，迅速撤退，报告矿

单位：

姓名：

工号

调度 C、采取措施，报告矿调度 D、停止作业，报告矿调度

16、我国煤矿安全生产的方针是（B）。

A、安全第一，质量为本 B、安全第一，预防为主，综合治理 C、安全为了生产，生产必须安全 D、质量是基础，安全是前提

17、矿井中一般将（C）泵用于井下水仓清理，排泥浆水等。A、射流泵 B、气泡泵 C、压气泵

18、平衡盘法具有自动调节的作用,故广泛应用在(C)离心式水泵上。A、单吸单级 B、双吸单级 C、单吸多级

19、多级离心泵的发展方向是（B）。

A、低转速多级数 B、高转速低级数 C、高转速多级数 20、主泵房排水设备，检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的（C）。A、75％ B、50％ C、25％

21、井下新工人接受安全教育培训的时间不得少于（B）小时。A、120 B、72 C、168

22、水泵工交班过程中发生的问题，由（A）负责。

A、交班者 B、接班者 C、交接班者

23、分段式离心泵，随叶轮数量增加而压力（A）。A、增加 B、减少 C、不变

24、出水盘根完好，应以每分钟滴水（B）滴为准。A、5～10 B、10～20 C、20～25

25、吸水管的任何部分都不能（A）水泵的进水口。A、高于 B、低于 C、平于

26、竖井井筒管路安装时，按（B）顺序安装。

A、由井口向井下 B、由井下向井口 C、由两端向中央

27、矿井常用于井筒掘进排水及钻孔疏干排水的是（B）泵。A、射流泵 B、气泡泵 C、压气泵

28、多级离心水泵比单级离心水泵的扬程（A）。A、高 B、低 C、高或低

29、坚持“管理、（A）、培训并重”是我国煤矿安全生产工作的基本原则。A、装备 B、技术 C、检查 30、在标准大气状态下，瓦斯爆炸的瓦斯浓度范围为（B）。

A、1%～10％ B、5％～16％ C、3％～10％ D、10％～16％

二、判断题（每空1分，共计20分）

1、（×）煤矿生产中，事故的预防和处理都是较为重要的工作，都必须重点去抓，不能有主次之分。

2、（√）安全与生产的关系是，生产是目的，安全是前提，安全为了生产，生产必须安全。

3、（√）离心式水泵在工作时的最大吸水高度永远小于10米。

4、（×）当一台水泵的扬程不够时，可采用两台水泵并联工作。

5、（×）任何泵都可以在一起并联运行。

6、（×）直接水锤是指水流突变的时间大于水锤波的周期时引起的水击。

7、（√）瓦斯比空气轻，易积聚在巷道顶部。

8、（×）快速关闭闸阀能适当减弱水锤现象的作用。

9、（×）隔离式自救器在使用中外壳体会发热，当感到呼吸温度高时，可取下鼻夹和口具。

11、（×）排水管内径通常比吸水管内径大25mm，以降低流速。

12、（√）井下发生透水破坏了巷道中的照明和路标时，现场人员应朝着有风流通过的上山巷道方向撤退。

13、（×）当一台水泵不能满足排水要求时，可以采用两台水泵串联工作。

14、（√）井下工作人员必须熟悉灭火器材的使用方法和存放地点。

15、（√）多级泵的单级扬程值，等于泵的总扬程值被级数除得的值。

16、（×）井下发生火灾时，灭火人员一般是在回风侧进行灭火。

17、（×）局部瓦斯积聚是指在0.5m3以上的空间中瓦斯浓度达到1％。

18、（×）煤层顶板暴露的面积越大，煤层顶板压力越小。

19、（√）单级扬程高于1Mpa的泵属高压泵。

20、（√）任何人发现井下火灾时，应视火灾性质、灾区通风和瓦斯情况，立即采取一切可能的方法直接灭火，控制火势，并迅速报告矿调度室。

源。

5.操作电气设备严格按保安规程有关规定及配电工操作规程进行。6.操作电气设备必须穿戴绝缘用具。7.严禁带负荷拉闸。

8.发生紧急情况时，可直接拉开高压开关柜的断路器。

2、井下排水设备的要求（10分）

1．在雨季长、涌水量大的矿井中，井下主排水设备应由同类型三台泵组成，其中任意一台泵的排水能力，必须在20小时内排出一昼夜的正常涌水量(包括充填水及其他用水)；两台泵同时工作时，能在20小时内排出一昼夜的最大涌水量。

当井下正常涌水量需要两台或多于两台同类型水泵才能排出时，备用水泵的能力应不少于正常工作水泵能力的50％；检修水泵可视具体情况设置1－2台。

当井下最大涌水量超过正常涌水量一倍以上时，水泵台数除至少应有一台备用外，其余水泵应能在20小时内排除一昼夜最大涌水量。

2．在雨季短的地区，正常涌水量不大于50m3／h,并且最大涌水量不大于100m3／h的矿井，主排水设备可以装设两台同类型水泵，而其中任意一台都能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。

3．对涌水量大、水文地质条件复杂、有突然涌水可能的矿山，应根据情况增设水泵，或在主排水泵房内预留安装水泵的位置。必要时，应辅之以其他防治水措施，如预先疏干或局部堵水等，综合治理；或选择不怕淹的潜水泵排水。

3、离心式水泵的工作原理（10分）

任何物体在围绕一旋转中心做旋转运动时都会产生离心力，在我们日常生活中就有很多现象可以作为例子，如雨天打伞，若用手转动伞柄，就会看到伞面上的水点沿着伞的边缘甩出去。伞旋转得越快，水点就甩得越远，这就是由于伞面上的水点，在伞转动的过程中，得到了离心力作用的缘故。

同样道理，离心式水泵的叶轮在充满水的泵体内作旋转运动时，由于产生离心力的作用，把水从叶轮里甩出去，当叶轮在泵体内以高速旋转时，叶轮里的水以很快的速度甩向四周，它们具有很大的能量，此时叶轮中心部分的入水处便产生低压区，因而新的水即补充进入叶轮，水便连续不断地从旋转的叶轮接受能量而成为高压水，沿着水管被压送到排水管排出。离心泵产生压力的高低与叶轮直径和转速有关，在相同转速下，叶轮直径大的离心泵，产生的压力大，反之就小。在相同直径下，转速高的离心泵产生的压力大，反之就小，多段式离心泵随着叶轮数量增多而压力增大。

4、矿井排水的意义及特点（20分）

三、问答题（共计50分）

1、主水泵司机安全操作规程（10分）

1.必须熟悉设备性能和配电、排水系统，会使用、维护、保养，会排除一般故障，熟练掌握操作程序，掌握涌水量和动力负荷情况。

2.开泵前必须进行盘车操作，认真检查各部连接部位是否松动，转动部位及仪表是否灵活，盘根是否紧密，闸阀位置是否正确，配电操作系统是否可靠，选择启动方式与旋钮位置是否准确，各仪表是否灵敏等。

3.在真空泵、排水泵启动运转过程中，必须切实注意各种仪表的指示，倾听设备运转声音，测试轴承温度，发现问题及时汇报维修工，进行检查处理，检修完毕后，方可试泵运转。4.严禁稍开阀门高负荷启动，停泵时必须遵守先关闸阀后停泵的程序，并随时切断开关柜电 1.矿井排水的意义

在矿山地下开采过程中，由于土壤和岩层中含水的涌出，雨雪和江河中水的渗透，水砂充填和水力采矿的供水，将有大量的水昼夜不停地汇集于井下。矿井排水的主要任务就是将井下涌出的矿井水，通过矿井排水系统不断地排至地面，以保证矿井安全生产和作业人员的生命安全。否则就会影响矿井正常生产，甚至会发生淹井事故，造成生命、财产的巨大损失。因此矿井排水系统也是必不可少的主要的生产系统之一。2.矿井排水的特点

矿井排水篇6

关键词：主排水系统,节能,水位

1 概况

焦煤公司下属矿井涌水量较大, 平均涌水量高达330 m3/min, 现有主排水泵房36个, 主排水泵321台, 主排水管路170趟, 总长度约50.38 km, 排水设备总装机容量252.96 MW, 年平均排水电耗2.56亿k W·h, 占原煤耗电量的50%以上。2013年底, 全公司排水系统综合效率平均62.29%, 吨水百米电耗0.437 k W·h, 若能将排水系统综合效率提高到65%以上, 吨水百米电耗下降到0.419 k W·h, 经济效益就会显著提高。因此, 如何根据现有主排水系统运行情况, 在保证安全运行的同时, 最大限度地提高综合效率, 实现降低排水电耗的目标具有现实意义。

2 存在问题

近年来, 为提高排水系统综合效率, 焦煤公司对水泵效率低于额定效率85%的水泵、锈蚀严重的管路、闸阀都进行了更换。但因焦作地区水质较硬、老矿井运行工况变化、管路锈蚀结垢等原因, 排水系统高效运行效果不理想。主要存在以下问题:

(1) 水泵选型富余扬程偏大。水泵的选型应满足排水系统稳定性要求, 要依据地质排水高度、排水管管径、长度, 沿程损失等综合分析确定[1], 其台数及排水能力必须按《煤矿安全规程》有关规定, 满足同时有工作、备用和检修水泵的条件。但受排水高度和水泵选型限制, 水泵台数按矿井最大涌水量设计, 个别水泵的富余扬程较大。例如, 冯营矿二水平泵房水泵型号为D450-60×8, 即扬程为480 m, 而实际排水高度为423 m;韩王矿一水平泵房水泵型号为MD600-60×3, 扬程为180 m, 而实际排水高度为132 m;方庄二矿25采区泵房MD280-65×8水泵, 扬程520 m, 而实际排水高度仅170 m左右。这种情况直接导致水泵运行工况点向右偏离高效区, 电机负荷增大, 运行效率偏低, 同时造成排水口出口动压过大, 导致管网效率下降。

(2) 排水系统能力不匹配。焦煤公司现有生产矿井多于20世纪50—60年代设计建造, 受历史条件限制, 管路路径设计不甚合理, 存在弯管多、突变径、急转弯、弯头多、吸水高度过大、吸水龙头过水面积小等状况, 且当时设计安装的主排水管路管径普遍较小。全公司除了古汉山矿、赵固一矿、赵固二矿等少数矿井排水管路的管径较大 (分别为530, 426, 426 mm) 以外, 大多数矿井主排水管路管径为250, 300 mm, 对于流量为600 m3/h的主排水泵, 单泵单管排水时, 排水管内的流速大于经济流速 (1.5~2.2 m/s) 。另外, 方庄二矿主排水管路是沿着斜井布置敷设的, 管路长, 管路沿程损失增加, 水压损耗提高, 降低了效率。

(3) 部分水泵材质较差, 高效运行时间短。焦煤公司各矿近2年虽逐渐更换了一些使用时间过长、修理次数过多的水泵, 但更换水泵叶轮材料为球墨铸铁, 口环材料为不锈钢或球墨铸铁, 耐汽蚀性能差, 造成部分泵首级叶轮进水口处发生汽蚀现象, 致使叶轮剥落、掉块, 使水泵的流量、扬程、效率明显下降, 并使水泵在高效区运行的时间大大缩短。

(4) 水质较差, 加速水泵的损坏。 (1) 水质硬, 造成平衡轴套、平衡套泄水间隙小, 平衡盘、平衡板磨损严重。 (2) 矿井煤砂含量高, 致使叶轮、导叶轮片冲刷严重。 (3) 部分排水管路结垢较为严重, 据不完全统计, 结垢严重的矿井, 主管路结垢超过10 mm, 有些环形管路结垢厚达30~40 mm, 对于老旧矿井, 原设计安装管径较细, 结垢后过流断面减小, 管阻增大, 管网效率降低。如演马庄矿新老泵房管网效率较低, 低至85%;白云公司管网效率也较低, 导致排水系统综合效率低。 (4) 部分矿井水仓淤积较快、杂质较多, 容易堵塞水泵的过流通道, 致使泵内过流断面减小, 影响水泵效率。对于未设计沉淀池、注浆及涌水量大的矿井, 由于水沟内水流湍急, 从工作面携带大量煤泥、沙石等, 这些杂质得不到充分沉淀即进入水仓 (例如九里山矿、古汉山矿等) , 导致水泵的过流部件磨损加剧, 加速水泵的损坏;吸水井淤泥过多时还会堵塞吸水龙头造成排水困难或无法排水, 严重时还会威胁矿井安全。

(5) 部分水泵检修更换不及时, 性能降低。每年检测检验中心对各单位的主排水系统都进行了安全检验, 对测得系统效率低的排水系统要求各生产矿井及时查找原因, 维修、更换水泵或采取相应措施。但由于种种原因, 有的泵或管路不能及时检修或更换, 造成水泵或管网效率低。

3 应对措施

在矿井排水系统中, 水泵本身的节能是前提, 系统节能是关键。根据焦煤公司煤矿排水系统的特点要提高排水系统的系统效率, 必须从离心水泵、排水管路、水仓清淤、水泵维修等方面着手实施相应的节能措施。因近年来煤矿主排水泵电机已全部更换为新电机, 所以应从离心式水泵、排水管路上进行节能技术改造, 结合近年来水泵检修情况和2013年主排水系统检测检验结果, 提出应对措施如下。

(1) 对运行时间长、结垢严重、阻力大的管路, 要列入安全资金逐步更换, 对暂不能更换的管路, 要采取除垢措施, 增大排水管径, 使流速处于经济流速范围内。

(2) 采用多管并联排水, 提高管网效率。在矿井正常排水时, 同时使用工作和备用管路, 可以进行并联排水, 大大降低管网阻力, 提高管网效率。

(3) 合理调整水泵的富余扬程, 使水泵在高效区运行。根据各矿实际排水情况, 对水泵富余扬程不大于单级扬程的, 可与水泵修理厂结合, 切削水轮的轮叶部分, 减小直径;水泵富余扬程超过单级扬程的, 可减少轮数或水泵段数, 使水泵的扬程与排水高度相匹配。如方庄二矿25采区泵房MD280-65×8水泵, 该泵出厂性能测试结果:当压力表读数为4.8MPa时, 流量在281.7 m3/h, 效率71.6% (效率最高点) ;压力表读数为5.12 MPa时, 流量在232 m3/h, 效率70.4% (接近额定压力点) ;当压力表读数为1.7 MPa时, 流量在371.2 m3/h, 效率33.9% (接近实际压力点) 。由此看出, 水泵在当下工况运行时, 效率不足正常效率的一半, 所以改造水泵势在必行。根据水泵理论和以往经验, 抽取了水泵的5道叶轮和导叶, 仅保留靠近进水段的前3道叶轮、导叶及后5道空中段, 组装后试验结果为:当压力表读数为1.8 MPa时, 流量在275.1 m3/h, 效率71.3% (接近实际压力点) ;当压力表读数为1.7 MPa时, 流量在308.2 m3/h, 效率71.5% (效率最高点) 。

(4) 采用新型高效节能型水泵, 加大老旧水泵更新力度。根据对水泵叶轮全为不锈钢和球墨铸铁2种水泵测试情况来看, 不锈钢叶轮水泵效率要比球墨铸铁叶轮水泵效率高。所以, 各单位对原老旧水泵要及时进行更新。高效矿用泵不仅效率高, 而且耐磨性能好, 使用寿命长, 高效区运行时间长, 节能效果明显。

(5) 对水仓淤积严重矿井采取措施, 延长水泵使用寿命。对淤积严重矿井, 除定期更换水仓入口的篦子防止大粒径杂质进入水仓外, 一方面可在流水沟经过之处设置沉淀池, 并定期清挖;另一方面可采用煤矿水仓自动清挖设备, 改变以往人工清挖方式所带来的工作效率低、清仓周期长的弊端, 缩短水仓清挖周期, 扩大库容, 降低工人的劳动强度。矿井水仓及时清淤是保证矿井排水安全、延长水泵寿命、提高排水系统效率的有效方法之一, 定期、高效地清理水仓是提高矿井排水系统安全性和经济性的重要途径。现焦煤公司九里山矿、赵固二矿已使用该清挖水仓设备。

(6) 应定期清洗、更换吸水龙头, 增加过流面积, 减小阻力, 降低电耗。

(7) 加强水沟维修管理, 保证水沟畅通无阻, 做好供电设备的检查检修, 为采用高水位吸水运行提供保障。在演马庄矿所做试验可知, 采用单泵单管和单泵双管分别在吸水高度3.00, 3.85 m运行, 高水位比低水位运行时系统效率分别增加了2.7%和0.9%, 长期运行经济效应显著。另外在日常运行中应在用电高峰时段到来之前 (下转第90页) (上接第88页) 将水排到较低水位, 高峰过后降低水泵的吸水高度就可保持高水位排水, 可提高水泵效率, 节约用电, 也可用来削峰填谷, 节约电费, 降低排水费用。

(8) 按要求定期对主排水泵进行大修, 现场多开高效泵。大修时应对水泵的易损件进行更换, 减少机械损失和泄漏, 使各部间隙不超标;要调整好水泵平衡盘和串水套间隙, 减少水泵的容积损失和乏水损失, 提高水泵的容积效率。在日常排水工作期间, 应根据提供的每台水泵的测试数据对效率偏低水泵及时检修, 若暂时条件不允许, 则应少开、停开低效泵, 多开高效泵, 提高排水效率。

参考文献

矿井抢排水技术在甘霖煤矿的应用篇7

甘霖煤矿始建于1958年。2009-04-09T12:00左右, 受地方小煤矿影响发生突水, 造成三水平东西大巷及泵房被淹。突水总量约19.6万m3, 水位由-327 m上升至-301.9 m, 补给水流量约730 m3, 突水后水位在补给水流量影响的情况下, 沿斜巷缓慢上升, 必须进行抢排水。

1抢排水技术方案

1.1抢排水要求

将水位由-301.9 m降至-327 m以下, 恢复三水平主排水系统和供电系统, 工期最短, 投入最少。

1.2抢排水泵选型

1.2.1方案一

充分利用现有设备, 在二水平3条通往三水平的斜巷内安装4套抢排水设备, 将水排至二水平, 由二水平泵房主排水设备排至地面。

(1) 在二水平16层西翼轨道下山安装1#泵, 进行先期排水, 以减缓矿井补给水流量引起的水位上涨。

(2) 在被淹泵房以上二水平16层西翼轨道下山和二水平16层西翼胶带下山之间的联络平巷内, 集中安装由多级离心泵组成的3套斜井抢排水系统2#、3#、4#泵。并在吸水管吸口安设潜水电泵作为喂水泵, 通过多级离心泵与潜水电泵串联, 组成复合式斜井抢排水系统。

(3) 确定抢排水泵的排水能力[3]。抢排水泵的排水能力计算公式为:

式中:Q为抢排水泵的排水能力, m3/h;Qm为矿井补给水流量, 730 m3/h。

经计算, Q≥949 m3/h

同时, H≥1.1Hs (2)

式中:H为抢排水泵的扬程, m;Hs为被淹水平一次提水垂直高度, 180 m。

经计算, H≥118.8 m

1#泵:考虑斜井轨道中心至井壁的最小距离, 选用斜井潜水排沙电泵BQS200-150/4-160/N型, 功率160 k W, 扬程150 m, 流量200 m3/h, 供电电源660 V。

2#泵:选用可调剂使用的双吸单级离心式10SH-6型水泵2台串联, 单台水泵流量486 m3/h, 扬程65.1 m, 总扬程2×65.1=130.2 m。配用电机Y315M-4/132型, 供电电源660 V。

3#泵:选用现有的D580-60×3型多级离心泵, 水泵额定流量580 m3/h, 扬程180 m, 配JS136-4 500 k W高压电机, 供电电源6 k V。

4#泵:选用现有的200D-43×4多级离心泵, 水泵额定流量280 m3/h, 扬程172 m, 配JS136-4 220 k W高压电机, 供电电源6 k V。

抢排水泵的总额定排水能力为1 546 m3/h, 抢排水泵的实际排水能力为1 159 m3/h。

经计算, 抢排水的估算时间为24.7 d。

1.2.2方案二

采用大型卧式矿用潜水电泵机组排水, 在二水平西翼轨道下山和胶带下山斜巷内安装3套抢排水设备, 跟随水位位置进行挪移, 将水排至二水平, 由二水平泵房主排水设备排至地面。

按式 (1) 计算的抢排水泵的排水能力Q≥ 949 m3/h。按式 (2) 计算的抢排水泵的扬程H≥ 118.8 m。

选用3台BQ450-180/3-360/W-S单吸卧式潜水电泵, 抢排水泵的总额定排水能力为1 350 m3/h, 抢排水泵的实际排水能力为1 012.5 m3/h。

经计算, 抢排水的估算时间为31.8 d。

由于二水平16层西翼轨道下山巷道宽度过窄, 仅为3.2 m, 潜水电泵直径达到0.91 m, 布置3台水泵的空间过于局促, 胶带下山设备没有撤除, 缺少排水管路;另外潜水电泵过于高昂的费用也是影响该方案的重要因素。结合矿井现有储备设备物资情况, 考虑投资金额和强排水时间, 综合后选择方案一进行实施。

1.3管路选型

1#抢排水泵排水管采用D150×6无缝钢管, 中间使用快速接头连接, 泵与排水管间采用高压软管过渡。

2#、3#、4#抢排水泵3条排水管分别利用主辅巷被淹泵房的D273×8、D273×8、D219×6排水管。为减轻安装强度, 吸水管采用玻璃钢管、低压橡胶软管联通。

2抢排水方案的实施

2.1 1#抢排水泵安装

在二水平16层西翼轨道下山安装1#抢排潜水电泵, 排水管路沿斜井壁敷设, 每隔30 m用嵌入井壁的锚杆绳头固定, 将泵体固定在平板车上, 首先用高压软管在泵的出口安装20 m的排水管, 沿轨道下放至距离水面深约10 m位置。在距离潜水泵约30 m处排水管上安装止回阀、操作阀。每往下“追水”10 m, 就停机下放水泵, 延长排水管路。为防止潜水电泵过负荷, 用调节操作阀的办法控制水泵的排水量, 如图1所示。

2.2 2#抢排水泵安装

在被淹泵房主辅巷间的第三联络平巷安装2# 抢排水泵, 将泵出口用D273×8无缝管直接与辅助巷D273×8管路相接, 吸水管用φ273 mm玻璃钢管, 玻璃钢管之间用快速接头连接, 在吸水管吸口安装BQS500/30潜水电泵进行串联排水, 功率75 k W、扬程30 m、流量500 m3/h。潜水电泵与玻璃钢管间用低压软管连接, 将泵体固定在平板车上, 沿轨道将泵下放至水面以下10 m的位置, 再将预先安装好的低压橡胶软管与玻璃钢管相连, 安装完毕后, 用钢丝绳将承载车锁在轨道上。

2.3 3#抢排水泵安装

在第二套抢排水泵同一联络平巷安装3#抢排水泵, 在井下现场制作一水泵电机底盘进行安装, 底盘与顶板间打木支柱固定, 泵的出口与吸口的配置与安装同2#泵。

2.4 4#抢排水泵安装

在主辅巷间的第二联络巷安装4#抢排水泵, 泵的安装、固定同3#泵, 利用沿主巷敷设的1趟D219×6管路作为排水管, 在吸水管吸口安装BQS500/30潜水电泵进行串联排水, 吸水管用D219无缝钢管与低压软管联通。

2.5供电电源设置

用被淹泵房原2趟高压供电线路作为抢排水设备的高压供电电源, 低压供电电源取自二水平采区变电所的2台KBSGZY-315/6移变供电。

2.6抢排水过程中应注意的问题

(1) 3套抢排水泵的喂水泵沿斜井上下布置, 每往下“追水”5 m, 就停机下放水泵, 延长吸水管路。为减少吸水管占据斜井底板空间, 每往下“追水”5 m, 增加1根5 m吸水管, 每往下“追水”10 m, 更换1根10 m吸水管。安装排水泵吸水管时, 必须在泵吸口附近安装放气阀, 以防吸水管里存有空气造成爆管现象发生。

(2) 抢排水过程中, 喂水泵吸水口始终保持在水面1 m以下位置, 防止因水位过低造成泵吸空气现象, 喂水泵吸口要加装防护罩, 以防杂物吸入。

(3) 抢排水期间喂水泵尽量减少开停泵次数, 在排水泵出口处安装止回阀、操作阀。开泵前一定要使操作阀处于关闭状态, 防止启动电流过大。

2#、3#、4#斜井抢排水设备布置示意图如图2所示。

3实施效果

3.1经济性

整个方案所用设备、材料中, 除4台潜水泵、低压软管需要购买外, 其他设备、材料均为本单位现有, 方案二充分考虑利用现有矿井排水系统作为抢排水系统, 比较经济可行。

3.2快速性

这次抢排水运用了潜水泵与单 (多) 级离心泵串联排水;串联管路运用轻型玻璃钢管和高低压软管, 用快速接头连接等技术, 构成了斜井抢排水的快捷系统。该方案考虑全面, 切合现场实际, 准备工作做得比较到位, 抢排水资源得到有效调配, 响应速度快。4套抢排水设备用6 d时间全部安装到位进行抢排水。抢排水期间, 每台设备确保了正常安全运行, 总共用21 d时间就将突水全部排出。及时回撤了被淹机电设备, 重新更换了主排水设备, 恢复了泵房正常排水。取得了抢排水效益的最大化。

4结语

为快速安装抢排水系统, 斜井抢排水首选潜水电泵或离心泵与潜水电泵组合的串联抢排水方法。管路选用矿用轻型玻璃钢管和快速接头;高低压橡胶软管、无缝钢管、玻璃钢管的汇通用高低压橡胶软管。软管接头要一次成型, 压力符合要求。

矿井主排水控制系统液态软启动技术篇8

煤矿井下中央泵房如果电机直接起动, 过大的起动电流会造成较大的线路压降和损耗, 过低的功率因数会引起电源电压的波动;同时, 如果增加泵房变电所变压器的容量, 经济上不合理。因此, 应科学合理选择电机降压起动方式。

1 方案选择

目前煤矿系统井下中央泵房主排水泵一般采用电抗器作为起动, 很多设备使用年限较长, 技术落后面临改造, 特别是电抗器出现故障时维护工作量特别大。软起动运行高压电机势在必行。软起动的方式有以下几种:自耦变压器降压起动、延边三角形起动、Y-△起动、变频起动、磁控软起动、液态软起动等。Y-△起动、自耦减压起动、延边三角形起动等都属于有级减压起动, 起动过程中出现二次冲击电流;晶闸管软起动、磁控软起动、变频起动价格昂贵、谐波影响, 从性价比综合考虑, 液态软起动用于泵房电机优势突出。

液态软起动的主要性能特点:起动电流小, 为电机额定电流的1.5-3.5倍, 起动过程平滑, 无冲击, 保证电网的可靠运行, 有效保护电动机及传动机械。可延长设备的使用寿命;可连续起动3-4次, 起动性能优于串电抗器起动及热变电阻起动:具备完善的报警提示功能和电动机保护功能;起动电流可以预置, 满足不同工况、负载的起动要求;采用PLC控制。可靠性高;结构简单, 维护方便, 对维修人员技术要求低;液阻箱热容性较好, 从而进一步降低了温升, 提高起动性能。

2 高压液态软起动工作原理

根据电机拖动理论, 在电动机定子回路串入一特制液体电阻, 该电阻在电机起动初始时刻自动投入, 阻值在预定起动时间内均匀无级减小, 并在阻值几近为零时刻切除, 从而使主机电流及电机转速无级匀滑变化, 实现电机均匀上升、平稳起动。电气控制原理由传动伺服装置、电气控制、PLC逻辑控制及电解液箱体四部分组成。

2.1 传动伺服机构

传动极板。传动极板采用锰铜锌锡合金材料一次铸造而成, 极板的工艺体现在极伴形状上, 当电机功率超过5000k W以上时, 电机的额定电流就很大, 而起动时电流就更大, 因此极板要承受很大的电流冲击, 同时会产生静电现象, 极板形状就显得尤关重要。极板是环状结构, 能很好的处理静电, 避免电弧现象。

伺服控制。伺服控制包括三方面组成: (1) 传动小电机 (2) 柔性传动系统 (3) 行程开关。采用小型变频器对传动执行电机进行变频无级调速控制, 其结构采用电阻极间可移动的方式, 采用行程开关控制限位, 要求形成柔性传动系统;更好地控制液态软起动工作时电液阻值的平衡性和稳定性。

2.2 电气控制

高压液态软起动装置软起动具有很多电气控制部分, 可以起到连锁和保护作用:

2.2.1 温度传感器采用铂电阻材料制作而成, 安装在电解液箱内, 与软起动运行时同步检测软起动的温度。信号传感器信号同时传输到显示装置和PLC系统, 根据起动时的温度来对软起动装置进行保护。

2.2.2 液位开关传感器, 通过液位开关传感器的作用对液态软起动装置的液位进行监控并传输到PLC系统, 结合主机起动状态, 判定液位是否工作正常, 如果液位异常, 就会有报警装置起到作用, 并反馈到连锁起动信号内。

2.2.3 各类中间继电器能更好的反馈传输各类信号, 采用SHNEIDER公司的产品, 起到稳定系统的作用。

2.2.4 控制电源隔离变压器。皮带机电控的控制电源选用交流110电源, 系统进线电源以下设置电流保护开关和交流110V输出的隔离变压器, 系统内的控制继电器和PLC系统都选择交流110V电压的元件。采用110V隔离电源的优点是:交流110V电压满足井下用电要求;电源隔离降低电源接地短路危险;滤除部分电网谐波和噪声干扰, 保护PLC设备。

2.2.5 各类安全保护开关, 液态软起动装置基本的保护开关, 包括软起出现故障时采用的直起按钮等。

2.3 PLC逻辑控制

PLC逻辑控制依据对产品选型的不同可以采取不同的控制模式, 同时采用不同组态形式。智能普通型的可以采用SIEMENS公司的S7-200系列来进行控制。

采用经过多年经现场实践检验的Matlab液态智能软起动计算机仿真技术, 根据提供的电动机及拖动对象的参数、电网参数以及各项工艺控制指标, 在WINDOWS2000环境下, 用Matlab仿真软件模拟电机起动全过程, 输出并打印模拟起动曲线, 根据模拟起动曲线, 随机调整液态软起动装置的初始值, 取出满足控制要求的最佳曲线, 从而减少了项目实施过程的盲目性, 使电机的起动全过程可预测、可调整、可控制。

2.4 智能普通型系统硬件配置

采用S7-226系列PLC进行控制, 作为从站可以进行主对从进行通讯。整个PLC系统为本地I/O分站, 电源模块采用冗余配置, 一旦一个电源模块损坏, 另一电源模块自投;一条同轴电缆损坏不会造成两站之间的通讯中断, 同时, 采用Modbus Plus网络总线使整个系统实现网络化管理。高压电动机液态智能软起动装置正是在这种高可靠性的智能化控制系统中执行高压电动机的软起动;PLC实时采集起动电流数据, 液态软起动装置实时跟踪电流的大小做数字化自动调节, 从而使起动过程达到最佳化;从计算机监控操作站上调阅起动过程的历史数据追忆曲线和实时数据趋势曲线可看出起动曲线平滑近似于一条直线, 这在一定程度上讲液态智能软起动装置实现了真正意义上的高压电动机恒流软起动。

2.5 电解液箱体

电液箱采用高聚合分子化合物一次成型而成, 能满足耐高压, 使用寿命在20年以上。材质是高聚合份子化学物, 内部箱体采用固定模具一次成型而成, 具有耐高压耐腐蚀的作用, 提高了液态软起动装置电解液箱体的使用寿命。电液箱设计有很大的散热容量, 每次的起动时温升在7℃, 在电机情况允许的情况下, 在24小时内可以连续起动3-5次, 具有很好的起动特性。

3 效果

电机起动非常平稳, 可预测、可调整, 低噪音;能减少起动电流47%, 起动电流小, 设备运行稳定;减少对真空开关冲击, 提高电网供电质量, 为生产的稳产、高产提供了良好的条件, 液态软启动装置的软停车的功能可以有效地避免“水锤效应”, 可减少对水泵的机械设备冲击和磨损;采用高压液态软起动装置后, 可减少电机、电缆烧损及真空灭弧室损坏。节省大量检查维修费用。

4 结语

矿井排水篇9

关键词：可编程逻辑控制,感应式水位传感器,电量测量模块,数据通信

0 引言

煤炭是中国重要的能源资源, 煤矿井下工作状况与人身安全有密切关系, 透水事故一直是制约矿井安全生产的重要因素, 由此带来的设备财产损失和人员伤亡非常严重。如果煤矿井下排水不顺畅, 造成矿井涌出水无法清除, 从而引起水灾事故, 严重时会造成人身伤亡及损坏设备甚至引起矿井坍塌事故[1]。针对矿井水位监测技术领域, 国内仍处于摸索时期, 应用技术检测精度不高, 运行可靠性差[2,3]。因此设计一个煤矿井下智能排水控制系统具有重要意义, 要求该系统能够实时跟踪矿井涌出水速度变化, 并迅速将井下积水排除。将数字感应式传感器引入井下水位实时测量中, 将各个水泵电动机的电量数据实时传送给PLC, 以此来判断相应电机工作状态是否正常, 达到故障预警与快速检修的目的。

1 用于矿井排水水泵系统的电动机工作原理

如今国内用于井下排水的水泵主要选用离心式来承担主排水功能, 对整个排水系统控制而言, 关键就是对离心式水泵状态的在线监测。和其它类型水泵相比, 离心式水泵启动、停机两个过程均比较复杂。当出现启停控制程序不是依照规定流程执行时, 会导致离心水泵不能够正常启动, 甚至会烧坏拖动电机。为有效控制对离心水泵, 首先给出一般性工作原理及控制过程。

1.1 离心水泵启动过程

利用水位传感器实时检测现场水位高度, 将该水位数据传送给中央处理单元 (PLC) , 并且和系统设定的排水阀值高度进行比较, 以此来判定启动排水水泵的条件, 若水仓水位超过规定阀值高度, 可编程逻辑控制器PLC将用于射流泵控制的电磁阀线圈接通, 在启动射流泵的基础上, 对离心式水泵实施注水。通过射流泵的作用, 离心式水泵入口真空率会增大, 在大气压作用下, 配水井中的水注入离心水泵腔体并将其注满。此时离心水泵入口真空率因为增大到一定而停止增加, 离心水泵入口真空传感器将检测到的信号反馈给中央处理器, 在入口真空率达到预先设定的阀值时, 通过反馈信号来判定是否应该接通拖动水泵组的电动机常开触点, 常开触点的接通是通过继电器和接触器来完成的。在电机启动过程中, 离心水泵出口处压力会不断增加, 但在到达某一峰值后停止增加。利用压力传感器及变送器将该压力峰值反馈给中央控制器PLC。比较该反馈值和规定阀值, 若达到规定条件, 启动水泵出口电动闸阀, 实现离心水泵组的排水功能。同时, 将用于为水泵引水的射流泵关闭。在水泵正常运行中, 通过传感器与PLC配合监控水泵机组运行参数, 包括离心水泵入口真空度率、拖动水泵的电动机电流值、出口压力值、用于管道流量的计量值等参数。

1.2 离心水泵停止运行过程

井下仓位的水位度在排水水泵作用下不断下降, 同样利用PLC和传感器配合, 监测现场水位是否达到规定值, 此时关闭排水管电动闸阀, 停止拖动水泵电机工作。

2 用于矿井排水系统的整体设计方案

如图1所示, 将可编程逻辑控制器PLC作为核心控制单元, PLC输入信号分为模拟量和数字量, 模拟量包括水仓水位高度、排水管水流量、电动机温度、水泵转轴温度、水泵入水口真空率、出水口压力值;数字量包含拖动水泵电动机、排水管电动阀及射流泵电磁阀相应开关状态量、水泵控制方式选择开关量、锁定启动开关信号、紧急停止、故障复位信号;数字量输出信号包含拖动水泵电动机、射流泵电磁阀开关信号、排水管电动阀及警铃开关信号。同时控制单元还包含电量监测模块及与上位机连接的两个通信接口。仅利用其中一个通信接口, 就能够实现传送水泵电动机所有电气参数, 该种设计方案因为减少了模拟量输入接口数目, 从而降低了该模块的经济费用。另外, 系统还增加了与上位机连接的打印机, 方便工作人员打印历史数据及参数分析。引入UPS电源, 防止因为断电造成历史数据丢失。

该系统方案的中心控制单元选用三菱公司FXZN系列PLC, 由于采用了模块化结构设计, 各个功能模块可以进行多项组合及功能扩展。其主要结构分为PLC中心处理器、扩展I/0接口模块、模拟量输入模块及通信模块。利用通信模块和上位机进行人机交互。

3 自动排水系统方案设计

3.1 水仓水位的实时监测

本系统用于测量水仓水位状态变化的数字水位传感器, 测量精度达到1 cm, 能够满足煤矿井下自动排水系统需求。设计应用程序过程中, 将水仓水位分为9个水位点, 即8个区段, 其中设置水仓的底层为水位点1。实际应用中因为水位不会增加到第8个区段因此可以将水位点8设置为极限水位, 警戒水位为水位点7。当检测到水位达到警戒值时, 将启动所有水泵实施排水;当检测到水位上升到极限值时, 在全部功能排水的基础上同时启动报警程序。上述水位点能够依据水仓深度改变而更新设置, PLC的数据寄存器存储每个区段长度。若水仓水位达到某个设定点, 记录从前一个水位点增加到当前水位点的时间, 利用当前区段长度和相应时间相除得到水位增加的平均速度, 保存到PLC数据寄存器中。据此能够得到所有由下到上区段的平均水位上升速度, 该特征量能够反映井下涌水状态变化。

3.2 自适应避峰就谷功能

为降低能耗, 需要考虑供电网络“避峰就谷”。与节能相比较而言, 井下安全生产具备更高的优先级别, 因此当上述两个因素产生冲突后, 需要首先考虑水仓水位变化状态。基于这样的核心思想, 采用下述控制逻辑。若供电质量属于“谷段”“平段”时, 且井下涌水位于水位点5, 需启动两台主水泵排水;到达水位点6的情况, 同时接通两台备用水泵, 剩余的一台备用泵在矿井达到水位点7时启用, 上升到水位点8后, 立即启动声光报警。若供电网络处于“峰段”, 被监测水仓水位达到水位点5时, 排水泵均不启动;水位继续快速上升且达到水位点6时, 启动两台工作泵, 若水位上升比较缓慢, 不启动排水泵;当达到水位点7时, 无论水位上升速度快慢, 均需要将两台工作泵启动, 此后水位若继续上升, 在原基础上启动其中一台备用泵, 如仍然无法满足设定的水位下降要求, 需启用其它两台备用泵。如果井下涌水到达了水位点8, 迅速发出声光报警。当供电质量介于“谷、平段”和“峰段”间时, 井下涌水只需达到水位点4就将排水泵启用。

3.3 所有水泵间的轮换工作功能

水泵轮换工作软件程序, 每个水泵都附带有两个数据寄存器A和B, 水泵运行时间放置在A数据寄存器中, 水泵运行次数存放至B数据寄存器中。每一次要求启动水泵时, 系统会智能识别水泵组中能够正常运行且运行次数最好的水泵, 将其确定为目标启动水泵;如果出现某两台水泵运行时间接近或相同情况, 历史累计运行次数较少的那台水泵具有优先启动权。当水泵将井下水位排放至合格位置后, 控制中心自动录入本次排水时间同时更新工作次数。对于某一台水泵连续工作情况, 其工作时间不断上升, 可能会导致数据寄存器溢出, 可以将所有寄存器的工作时间总数减掉当前累计的最少工作时间。如果某一台水泵运行次数一直增加, 同样将所有寄存器的运行次数均减掉所有水泵中最少的运行次数。如果某一台水泵在运行中发生故障, 启动立即停止功能, 同时退出轮换程序, 再次按照上述轮换原理启动剩余水泵。

4 结语

详细说明了基于PLC技术的井下自动排水装置和整体方案中的各个功能模块, 在将水位分为8个区段的基础上, 利用相应时间寄存器来监测水位变化及变化速度。同时考虑供电系统“避峰就谷”要求, 提出多种控制方式。

参考文献

[1]许世华.矿井水的来源及其防治措施[J].矿业安全与环保, 2002, 6 (29) :84-88.

[2]陈雄, 刘俊杰, 张震斌, 等.矿井水资源化与生态环境安全探讨[J].安全与环境学报, 2004, 4 (S) :65-68.

浅谈矿井排水机械设备的优化设计篇10

矿井排水设备的选型设计方法对于初期投资和运转费用有着直接的影响。针对排水设备的优化设计就是将设备的总体费用最小化作为主要目标,将有效控制各种对总体费用造成影响的因素作为主要手段,下文中笔者首先从设计要素方面进行分析,从根本上寻求总体费用降低的方法,以实现总体费用最小化的根本目标。

1 矿井排水设备优化设计要素

1.1 排水管径与总体费用

在初期投资运转中,运转费用主要取决于排水管径的电耗,通过管路投资费用和15年排水电耗的比值我们可以看到,排水设备初期投资及其运转费用之间的关系,即k的近似计算式为:,通过此式我们可以得知,相对于15年排水电耗而言,管路投资费用是很小的,两者之间的比值会受到矿井正常涌水量的影响,矿井涌水量越大,比值越小。虽然这样会造成较高的初期投资,但在实际运转过程中会大幅度降低运转费用,由此可见,在满足矿井的运转情况、水泵稳定工作、井筒布置要求的基础之上,应该选择设计允许的最大管径,虽然会造成初期投资较高的问题,但在实际运转过程中,运转费用会大幅度降低。在排水设备的优化设计中,排水管径是最基础的要素,对其与总体费用之间的关系进行确定是所有优化设计的必要基础。

1.2 水泵工况点效率η与工况点扬程

上式为矿井排水设备的全年排水电耗E的近似计算式,矿井最大涌水期每日工作时间公式为,矿井正常涌水期每日工作时间公式为,通过这3个公式,我们可以导出如下公式:

通过对式(1)分析可以知道:在矿井条件确定的情况下,电机效率ηd、传动效率ηc、[qzrz+qmaxrmax]、电网效率ηw是确定值,排水电耗的大小由H/η的值决定,它也是排水设备运转总体费用的最直接的影响因素,在排水设备的优化设计中,有效控制工况点扬程是其中的关键环节。此因素H受到水泵性能与排水管路阻力特性的共同作用影响,当工况点H泵=H管,Q管=Q管的情况下,对H值造成影响的是管路特性与水泵扬程特性两方面因素,管路特性的方程式如下:

在式(2)中,R代表管路的阻力损失系数,对其值的计算如下:

通过对式(2)、(3)的分析可知:

第一,在排水管路确定的条件下,Ht、R值一定,H值与流量Q呈显著的正相关,W越大,H值越大。在管径管路不同的条件下,Hi值为固定值,当流量Q相同时,R减小,则H值也会随之减小,其曲线呈向下偏移趋势,流量Q越大,则曲线偏移幅度越大。由此可见,在对工况点扬程H造成影响的因素中,管路阻力系数R是关键值。

第二,当管路长度ls,lo与管路附件的阻力系数∑ξs,∑ξp等因素减小时,管路阻力系数R会随之减小,当管径ds,dp增大时,管路阻力系数R会减小。在这种情况下,对排水管路的布置选择,应该坚持选择阻力系数较小、路径最短的管路附件,最大的排水管径及合理的布置方式,从而使R降低,进而使工况点扬程H值最小化。

通过以上论述,当H/η值减小时,排水电耗E随之减小,从水泵扬程特性曲线图中可以看出,比值H/η会随着流量Q和排水管径的增大而减小,所以在排水设备的优化设计中,控制H/η值就是对工况点流量Q的最大值进行确定,选择最大的排水管径。

1.3 允许吸水高度及工况点流量Q

在我国《煤炭工业矿井设计规范》中,允许吸上真空度Hst应该大于等于5 m,对允许吸水高度Hs的计算公式如下:

式中,Hst为允许吸上真空高度(m);Pn为现场使用条件下的大气压力水头(m);P0为水泵内的水温下饱和蒸汽压力水头(m)。

从式(4)及水泵扬程特性曲线图中,我们可以得知当Q增大时,Hst会随之减小,而且Hs的计算结果必须不小于3.5 m,当工况点调整时,其向左偏移。此时,扬程会随之增大,也就导致排水电耗E值增大。

因此可以得出,对于各设计要素而言,工况点流量Q在其中起到纽带的作用,也是排水设备优化设计的关键参数。允许吸水高度的最小值决定了排水电耗的下限,通过水泵扬程特性的曲线图我们可以看出,工况点参数Q新管的最大值应该小于当Hst=5 m时流量Q的值。在Hs的限制下,排水电耗不能最大限度的降低,所以在对最小排水电耗进行确定时,通常将此限制条件作为确定依据。符合此限制条件的排、吸水管径和流量方能确定最佳工况点。在这种情况下,排水电耗值最小。通过上述分析可以得出:排水管径越大,则管内流量越大;管路阻力越小,排水电耗越小,工况点扬程越小,则总体费用就越低。工况点流量越大,排水电耗越小,扬程越小,Hs(允许吸水高度)越小,在排水电耗最小的优化设计中,满足Hs限制条件的最大工况点流量Q是其中的关键参数,也是排水设备优化设计的关键目标。

2 确定优化设计的关键参数

2.1 水泵选择

对于水泵的选择应该坚持排水管路最短的原则,当最优的管路系统布置方案确定之后,应确定管路附件数量及排水垂高的值。计算方式为:

式中,ηx为管路效率。

通过对此式的分析可知:当排水垂高Hc一定时,管路效率ηx最高,最佳工况点扬程H值最小。水泵的额定扬程相对利用率实际需要扬程和既定的水泵额定扬程比值对管路效率ηx有着极大的影响,水泵的额定扬程越接近排水垂高Hc,则排水设备的电耗越小,通过上述分析可以得出,选择扬程相对利用率最高的水泵是对矿井排水设备进行优化设计的基础。

2.2 工况点流量Q和排水管径的确定

允许吸水高度Hs会对工况点流量Q的最大值造成限制,在确保水仓设置合理的前提下,允许吸水高度Hs的值应该不小于3.5 m,流量Q及吸水管径ds值会影响到Hs的值,其计算如下:

管路效率和管内流速的近似计算式为:

通过计算式(5)、(6)、(7)可以对工况点流量Q的最大值及排水管径进行确定。

3 排水设备优化设计简要方法

(1)将矿井的正常涌水量及最大涌水量作为依据,并充分结合《煤矿安全规程》及相关规范的要求对水泵实际要求的总排水能力进行确定。

(2)对矿井的实际情况进行综合考虑,选择管路系统布置的最佳方案,从而合理地安排排水管路及备用排水管路,合理地确定排水垂高Hl及管路的长度。

(3)对水泵的实际情况进行考察,按照既定方案选择水泵数量及型号。

(4)对井筒布置的最大允许吸水高度及最大排水管径进行确定。

(5)计算管路阻力系数R及管路特性,从而确定管路工况点参数及管路特性方法。

(6)对排水设备的电耗、电机功率进行校验计算。

4 对比分析