煤矿主排水系统真空引水装置的设计与应用

大隆矿  舒  适  王忠民  许志伟     机电处  王文岩

摘  要  矿井排水泵安装位置低于水仓时，吸水管路需克服高度差才能进入吸水井，在传统方法下将无法正常排水。以大隆矿主排水系统增容改造为实例，介绍了真空引水装置在矿井主排水系统中的应用。

关键词   排水系统  离心水泵  引水装置

1  引  言

  大隆矿有2套主排水系统，采用分阶段排水方式，分别布置在一、二水平中央水泵房。近年来，随着采深的增加，矿井涌水量也随之增大，特别是今年3月份由于受到S₁1207工作面水害的影响，导致2套主排水系统始终处于满负荷运转状态。为了有效防治水害对煤矿安全生产的威胁，对主排水系统进行临时性增容改造，增设2台与原系统同型号的主排水泵，并在井筒内新铺一趟八寸排水管路，以缓解矿井排水压力。

鉴于新增加水泵安装受到现场空间环境的限制，无法布置在水泵房内，只能选择安设在中央水泵房东侧的巷道内，而该处巷道底板标高低于泵房标高1.4m，导致水泵安装高度低于原系统，吸水管路需克服1.4m高差才能进入中央水泵房吸水小井内,采用传统有底阀负压排水方式不能保证水泵正常工作。为解决上述问题，特别设计增加了2套与离心式水泵配套使用的真空引水装置，实施后取得了良好的效果。

2  真空引水装置的构造

真空引水装置主要由罐体、进水管、出水管、灌水阀和排气阀等构成(附图)，整个罐体在工作过程中呈负压，按照压力容器进行设计制造。罐顶为半球形突起，罐内中部装置一段吸上管，其管口低于罐身高度，罐身下部出口与水泵吸水管连接，可使水泵由底阀式灌水变为自吸式抽水，简单实用，安全可靠。

附图  引水罐结构图

3 引水工艺流程及工作原理

离心泵起动前，先打开灌水管阀门，向引水罐内灌水，同时打开排气管阀门以及水泵泵体上的排气阀。水位上升至进水管顶部溢流回落到吸水井内，此时可观察到池内水花翻动，说明已经完成灌水作业，关闭灌水管和排气管阀门，准备启泵。泵启动后会将引水罐内部分液体排出，引水罐液位下降，由于罐体为密封容器，下降后罐体内空气容积变大，根据波义耳定律可知，一定质量的气体，在温度不变和空间密闭情况下，气体随着容积的不断变大压力不断降低，会造成引水罐内顶部真空，形成一定的真空度，大气压便不断把吸水小井内的水压进引水罐内形成循环，始终保持罐内液位高于泵吸入口液位，此时引水罐的出水管不断在排水，进水管不断在进水，最终达到平衡，并形成一个稳定的液面，实现水泵连续运行。

5  真空引水装置的应用情况

大隆矿一水平中央水泵房位于-375水平井底车场中部的中央变电所内，包括主、副仓两个水仓，主仓容量457m³，副仓容量253m³，总计容量为709.3 m³。泵房配备了电动机功率450kW，扬程536m ，MD155-67�8段泵3台（1台工作，1台备用，1台检修），单台水泵的额定排水能力155m�/h，实际能力124 m³/h，沿副井铺设Φ168mm无缝钢管两趟直通地面。其排水能力发挥受到限制。

   为解决矿井排水压力问题，在一水平水泵房原有3台排水泵基础上新增加4^#、5^#两台水泵，由于安装空间受现场条件限制只能选择布置在-375m水平中央水泵房东侧，安装高度低于原有水泵1.4m,通过自制设计的2套真空引水装置与原有水泵共用1^#、2^#吸水小井，形成临时应急排水系统。2台新泵于2019年5月5日安装完毕，经铁法煤业安全检测检验有限公司检验联合运转能力达300m³/h，与原有系统水泵同时运转，排水能力由原来的230m³/h增加到530m³/h，日排水量10600m³，有效消除了S₁1207工作面水患威胁，为工作面提前恢复生产起到了积极的推进作用。

新水泵机组正式安装完毕后，由于采用无底阀引水装置，相应减少了管道的阻力，提高了水泵的工作效率。经铁法煤业安全检测检验有限公司现场实测，其水泵机组运行效率平均值为69.04%，比改造前原有3台水泵平均效率63.35%提高5.69%，排水系统吨百米电耗由原来的0.459kWh下降到0.420kWh，节电效果显著。

6  结  论

水泵真空引水装置在大隆矿成功应用，解决了水泵安设高度低于原系统无法正常排水的问题，系统设计简单，使用效果良好，为S₁1207工作面治水和E₂1503工作面探放水发挥了积极作用，对提高矿井抗灾能力提供了保障。

第一作者简介：舒 适（1986-），男，工程师。2009年毕业于辽宁工程技术大学机械工程学院机械工程及自动化专业，现任大隆矿运转队副队长。联系电话：18941075717。