淺談礦山井下離心泵的引水啟泵方式

邊洪波

（山東金嶺礦業(yè)股份有限公司， 山東 淄博 255000）

0 引言

礦山井下排水系統(tǒng)就是為了有效將井下的積水通過(guò)機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸?shù)降孛嫔希?從而保證整個(gè)采礦工作的正常運(yùn)行，也避免了由于井下積水而造成的采礦設(shè)備損壞，是當(dāng)前礦山井下工作中最為重要的一環(huán)。當(dāng)前，我國(guó)主要是運(yùn)用多級(jí)耐磨離心泵作為礦山井下排水系統(tǒng)的主要排水水泵， 其主要是利用葉輪急性高速轉(zhuǎn)動(dòng)迫使水發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)來(lái)完成對(duì)水的排放工作的。因此，在使用離心水泵的時(shí)候，要在其工作之前將在泵殼內(nèi)、吸水管內(nèi)、葉輪之間充滿水，再啟動(dòng)，這樣可以幫助泵軸帶動(dòng)葉輪進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)。在泵殼內(nèi)的水將以離心運(yùn)動(dòng)的方式被甩到葉輪邊緣，從而通過(guò)蝸形泵殼的流道進(jìn)入水泵的排水管道。 按照水泵啟動(dòng)方式的不同， 可以將之分為壓入式水泵啟動(dòng)以及吸入式水泵啟動(dòng)兩種形式， 前者是在離心水泵低于水倉(cāng)的時(shí)候使用，后者是在離心水泵高于水倉(cāng)的情況下使用，在使用的時(shí)候，要借助外力引水。

1 壓入式排水泵房概述

壓入式水泵房就是當(dāng)臥式離心泵位于水倉(cāng)水位下方得到時(shí)候，水倉(cāng)內(nèi)的水將直接流入到離心泵之中，并排除離心泵腔體中的空氣，使之具備高壓引水的條件，這個(gè)時(shí)候，水泵就可以直接啟動(dòng)。 當(dāng)前，在大型泵站這種對(duì)于排水安全要求高、自動(dòng)化程度高、排水頻繁的泵站房中一般采用的都是壓入式。

1.1 壓入式泵站優(yōu)點(diǎn)分析

首先，這類泵站不會(huì)受到離心泵吸程的限制，對(duì)于設(shè)備型號(hào)沒有特殊要求，在選用的時(shí)候，可以盡量選擇一些低吸程或者是無(wú)吸程的水泵，從而達(dá)到減少水泵臺(tái)數(shù)、縮短水泵房長(zhǎng)度，以到達(dá)節(jié)約能源的效果；其次，使用這類水泵將有效避免氣蝕現(xiàn)象，從而提高了水泵工作的安全性與可靠性，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命；再次，在使用這類水泵的時(shí)候，無(wú)需提前往水泵內(nèi)灌水，可以實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)化控制，對(duì)于操作要求減低；最后，使用這類水泵將應(yīng)為其吸水管阻力小，從而對(duì)于電能的耗費(fèi)較小，節(jié)約了成本[1]。

1.2 壓入式泵站缺點(diǎn)分析

首先，排水泵房一般位于主平巷中，在施工的時(shí)候，難以將施工殘?jiān)\(yùn)出，同分條件較差，排水不方便；其次，當(dāng)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜的時(shí)候， 對(duì)施工技術(shù)與支護(hù)的要求較高；最后，當(dāng)所有條件一致的情況下，壓入式泵房的硐室開鑿量比吸入式泵房高20%以上。

2 吸入式泵房概述

吸入式離心水泵的引水啟泵方式主要分為底閥引水和無(wú)底閥水兩個(gè)類型。前者又可以分為壓力管引水、水上底閥引水和高位水箱引水三種；后者分為真空泵引水、真空罐（ 水箱） 引水、射流引水、正壓引水、自吸引水和子母泵引水六種；但是，由于礦山井下受到空間的額限制，井下排水系統(tǒng)常常使用壓力管引水、 射流引水、 真空泵引水、真空罐引水等方式。本文僅僅針對(duì)這幾種常見的引水啟泵方式進(jìn)行分析。

2.1 壓力管引水啟泵方式分析

壓力管引水方式就是通過(guò)底閥引水啟動(dòng)離心水泵的方式， 是運(yùn)用排水管內(nèi)的存水來(lái)為水泵精心子灌引水的原理，見圖1。

礦井地下泵的排水管上有回流閥，通過(guò)在回流閥兩端安裝旁通閥，使排水管中有水，可將排水管中的水引入相連的泵體，在打開排水管處控制閥旁通通道上的閘閥和排氣閥之前，通過(guò)充水啟動(dòng)水泵，并將水排出在排水管中可以通過(guò)旁通方式順利進(jìn)入泵體和吸入管。 同時(shí)，吸入管和泵體中的空氣通過(guò)泵處的排氣閥排出；當(dāng)水從排氣閥排出時(shí)，可關(guān)閉旁通通道，通過(guò)動(dòng)力傳遞啟動(dòng)水泵排出水流[2]。

這種水重定向方法的優(yōu)點(diǎn)是裝置配置簡(jiǎn)單， 工人操作方便；缺點(diǎn)是配水路底部的地面閥位于沼澤地，受外事影響較小，密封松動(dòng)，影響灌溉。同時(shí)，吸入管中的下閥造成管道損失大，排水量低。 因此，這種排水方式通常用于小型泵站或現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)排水系統(tǒng)。

圖1 壓力管引水啟泵Fig.1 Pump starting with pressure pipe

2.2 射流引水啟泵方式分析

射流引水啟泵的原理是利用噴嘴泵引導(dǎo)的欠壓水的壓力，從循環(huán)泵體中逐漸抽出空氣。水道中的水通過(guò)泵的吸入管自下而上充滿離心泵體。充液后，離心泵能平穩(wěn)啟動(dòng)。射流分流器的啟動(dòng)方式具有配置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備空間小、安裝舒適、排水可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是地下礦山非常常見的通道分流器啟動(dòng)方式。缺點(diǎn)是效率低，高壓水量大，高壓水壓力約0.2～0.4MPa，見圖2。

圖2 射流引水啟泵Fig.2 Jet water diversion pump starting

噴嘴泵應(yīng)安裝在噴嘴移動(dòng)路徑上的離心泵頂部，泵啟動(dòng)時(shí)應(yīng)關(guān)閉噴嘴泵與離心泵之間的連接閥。

2.3 真空泵引水啟泵方式分析

真空泵廣泛應(yīng)用于城市泵站中， 具有存取速度快、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。供水泵房使用的真空泵主要由SZB 型水泵組成，利用偏心輪的旋轉(zhuǎn)水環(huán)， 使旋轉(zhuǎn)水環(huán)與泵秤之間的間隙周期性地壓縮和膨脹，形成真空，將離心泵和吸入管中的空氣抽出。循環(huán)水箱的汽水分離功能將水箱中的水回收， 循環(huán)泵部分的空氣逐漸排空。 啟動(dòng)真空泵的主要設(shè)備有真空泵、循環(huán)水箱、截止閥、供水、真空計(jì)數(shù)器等[2]。 真空泵啟動(dòng)前，循環(huán)水箱必須有足夠的水。 啟動(dòng)離心泵時(shí)，打開進(jìn)水閥，循環(huán)水箱中的水流入真空泵，當(dāng)水完全浸沒真空泵的葉輪時(shí)，啟動(dòng)真空泵，同時(shí)打開截止閥，完成真空泵與離心泵的連接，使空氣進(jìn)入離心泵的腔體排出。 空氣和水在真空泵中完全混合后，通過(guò)汽水混合器進(jìn)入循環(huán)水箱，同時(shí)進(jìn)入循環(huán)水箱；循環(huán)水繼續(xù)通過(guò)進(jìn)水閥進(jìn)入真空泵，直到循環(huán)水泵中的空氣排出。 觀察真空顯示，打開控制柵極閥，關(guān)閉截止閥，真空泵達(dá)到離心泵的初始狀態(tài)后啟動(dòng)離心泵。真空泵具有真空效率高、工作步驟簡(jiǎn)單、無(wú)氣蝕、無(wú)壓力水源等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是真空泵必須提供附加動(dòng)力， 廠房占地面積大， 腔室開挖量大， 同時(shí)真空泵造價(jià)高，見圖3。

圖3 真空泵引水啟泵Fig.3 Start up of vacuum pump by water diversion

2.4 真空罐（水箱）引水啟泵方式分析

真空罐（水箱）中的供水由一個(gè)真空罐或一個(gè)封閉水箱組成，位于離心泵的吸入連接和要安裝的吸入管之間。離心泵啟動(dòng)前，真空罐或水箱必須注滿并保持關(guān)閉；如果水泵啟動(dòng)，真空罐或水箱中的水通過(guò)水泵泵送，導(dǎo)致真空罐或水箱中產(chǎn)生負(fù)壓。隨著真空罐或水箱內(nèi)負(fù)壓的增大，空氣吸入真空罐或水箱內(nèi)的吸入管， 通過(guò)與真空罐或水箱相連的排氣閥排出，真空度增大，直到吸水管中的空氣被水箱的負(fù)壓完全充滿吸水管中的水， 水泵正常為止真空箱（水箱）主要用于水的重定向和水泵的啟動(dòng)，包括真空箱（水箱）、進(jìn)水閥、排氣閥等，見圖4。

從理論上講，真空罐（水箱）必須只充一次水， 實(shí)際上， 由于一些不確定因素的影響，真空罐/水箱設(shè)備會(huì)耗盡， 所以每次都要檢查真空罐/水箱的水位， 及時(shí)補(bǔ)充水泵吸水的好處 （水箱） 是水泵無(wú)需每次澆水， 排水舒適快捷；缺點(diǎn)是真空罐/水箱占地面積大（真空罐/水箱容積一般不小于吸管長(zhǎng)度的三倍）和腔室開挖容積大體積大，同時(shí)是自建水箱時(shí)，對(duì)加工工人的技術(shù)要求較高。

圖4 真空罐（水箱）引水啟泵Fig.4 Vacuum tank （water tank）water diversion pump start

3 結(jié)束語(yǔ)

礦山井下排水系統(tǒng)就是為了為井下采礦作業(yè)營(yíng)造良好的工作環(huán)境， 充分保證井下采礦設(shè)備運(yùn)行安全以及保證工作人員的人身安全。在礦山井下作業(yè)期間，由于其受到空間、地質(zhì)條件等因素的限制，對(duì)井下排水離心泵的配置需求不僅要求其具有良好的排水性能， 更要選擇配置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備維護(hù)強(qiáng)度低的離心泵，此外，礦山還要依據(jù)實(shí)際你去你趕快來(lái)選擇合適的礦山引水啟泵方式，充分保證整個(gè)排水系統(tǒng)運(yùn)行的高效性、安全性。