礦用風(fēng)動力液位自控排水開關(guān)的研制與應(yīng)用

秦加增 QIN Jia-zeng；玄登程 XUAN Deng-cheng

（新汶礦業(yè)集團(tuán)公司鄂莊煤礦，萊蕪271122）

0 引言

隨著礦井開采深度的不斷增加，尤其對于老礦井，服務(wù)年限長，礦井涌水量越來越大，出水點(diǎn)多的礦井，煤礦井下惡劣的環(huán)境以及采煤工作面及掘進(jìn)迎頭排水自動化程度相對較低，占用人員較多等不足以及礦井減人提效以及提高自動化的需要，實(shí)現(xiàn)礦井“三提三減三化”的奮斗目標(biāo)，經(jīng)過我們的研究及實(shí)踐設(shè)計制作了潛水泵風(fēng)動力液位自控排水開關(guān)，現(xiàn)對其介紹其原理和結(jié)構(gòu)。

1 項(xiàng)目研究背景

在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)過程中，地面水和地下水通過裂隙、斷層、塌陷區(qū)等各種通道涌入礦井，當(dāng)?shù)V井涌水超過正常排水能力時，就造成礦井水災(zāi)，礦井水控制和排放是一個直接危害礦井安全生產(chǎn)的重大問題，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重事故，極易造成淹井和重大人員傷亡，如何控制好和及時排放井下礦井水，一直是煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)中的重點(diǎn)工作。特別是煤礦井下偏遠(yuǎn)區(qū)域，涌水量又不大的地方，如果安設(shè)電動潛水泵，需投入啟動開關(guān)及上千米的電纜，維修人員要經(jīng)常巡查電動潛水泵的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)潛水泵無法正常工作，啟動開關(guān)損壞，需人工將啟動開關(guān)抬入偏遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行更換，增加了工人的勞動強(qiáng)度，也大大增加煤礦生產(chǎn)成本。

長期以來，煤礦偏遠(yuǎn)區(qū)域的排水問題，一直困擾著我們，為解決這一難題，我們利用井下無處不在的壓風(fēng)管路，將電控潛水泵改為礦用風(fēng)動力液位自控排水開關(guān)，維護(hù)簡單，性能可靠，減少了電器設(shè)備占用和設(shè)備隱患，減少了設(shè)備投入費(fèi)用。

2 設(shè)計要求

煤礦井下常用的小型抽水設(shè)備，經(jīng)過長時間的使用，發(fā)現(xiàn)其存在以下幾個弊端：隔爆防水性能難以保證；長時間使用，絕緣容易降低，造成燒毀電機(jī)；水混存在煤泥時易堵塞泵體，造成泵阻力加大，容易引起燒毀電機(jī)。電動潛水泵的以上弊端大大降低了潛水泵工作的可靠性和穩(wěn)定性，對礦井排水安全和礦井安全生產(chǎn)都有很大的影響。為了解決以上問題，使?jié)撍媚軌驖M足煤礦安全排水的需求，在設(shè)計過程中，本著井下各生產(chǎn)場所，因開采水平、開采時間和開采位置的不同，單位時間涌水量的相同，排水需要也不盡相同的因素，綜合考慮各方面需求和特點(diǎn)，該風(fēng)動控制開關(guān)設(shè)計時必須滿足以下幾點(diǎn)：

①具有自動檢測水位控制開停的功能；根據(jù)水位信息，能夠自動斷開或閉合風(fēng)動潛水泵的功能，而且具有良好的密封功能，保證達(dá)到風(fēng)壓要求。

②在適用過程中要有較高的可靠性和穩(wěn)定性，充分保證風(fēng)動潛水泵的可靠和安全運(yùn)行。

③應(yīng)能和風(fēng)動潛水泵裝配良好，安裝、卸換方便，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。

④裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造簡易、經(jīng)久耐用，維修方便且造價較低。

⑤風(fēng)動潛水泵控制應(yīng)實(shí)現(xiàn)無電運(yùn)作，依靠風(fēng)動力確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 工作原理

圖1 風(fēng)動水泵自動開停布置圖

圖1為該風(fēng)控自動開停裝置的布置示意圖。通過機(jī)械控制的二位四通氣動閥6，它一側(cè)連接從風(fēng)泵前段通風(fēng)管路中接出的進(jìn)風(fēng)管，另一側(cè)從（A/P）口接出兩根控制氣缸風(fēng)管，該械控氣動閥由水浮子5以及牽引連桿7控制。

當(dāng)水倉中水位上升帶動水浮子到達(dá)啟動位置b′時，水浮子通過牽引線帶動連桿7使氣動閥執(zhí)行開啟動作，此時通風(fēng)管路中的風(fēng)力通過進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入風(fēng)管（A），推動氣動缸運(yùn)動使風(fēng)泵截門開啟，風(fēng)泵開始排水。

隨著水位的下降，當(dāng)水浮子到達(dá)停止位置b＂時，在水浮子自重作用下使連桿7動作帶動氣動閥執(zhí)行關(guān)閉，此時通風(fēng)管路中的風(fēng)力通過進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入風(fēng)管（P），推動氣動缸運(yùn)動帶動風(fēng)泵截門關(guān)閉，風(fēng)泵停止排水。

4 技術(shù)參數(shù)

使用氣壓：0.4-0.7MPa；

耗氣：4-6m3/min；

流量：25-5m3/h；

揚(yáng)程：15-45m；

轉(zhuǎn)速：4000-6000r/min；

噪聲：＜75dB(A)。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)動力液位自控開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由氣動雙向缸、二位四通雙向閥、水浮子、牽引線和連桿組成。其中水浮子、牽引線和連桿組成液位監(jiān)控裝置，氣動雙向缸和二位四通雙向閥組成氣動力控制系統(tǒng)。

6 自動抽水裝置的特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益

①結(jié)構(gòu)簡單，維修量小，投資少，效益高。

②自動開停，減少人員，節(jié)約了開支。

③自動開停，避免巷道內(nèi)的積水，優(yōu)化了環(huán)境。

④適用于偏遠(yuǎn)管理較困難的地方，特別使用了多個水倉依次向外排水的地方。

⑤高、低探頭隨意可調(diào)。該開關(guān)在長時間的應(yīng)用中，取得了較好的效果，且安全可靠，簡單易行，投資少，效益高。

⑥每臺泵可減少人員4名，每年節(jié)約資金12000萬元。

⑦減少風(fēng)動潛水泵易損的缺點(diǎn)，每年每個水倉可節(jié)約6000元左右。

7 結(jié)語

該控制裝置使用以來，已證明其穩(wěn)定性可靠，具備結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、無電運(yùn)行工況良好、減少設(shè)備占用和能源消耗等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，有良好的適用性。

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