淺談礦山井下離心泵的引水啟泵方式

邊洪波

（山東金嶺礦業股份有限公司， 山東 淄博 255000）

0 引言

礦山井下排水系統就是為了有效將井下的積水通過機械設備運輸到地面上， 從而保證整個采礦工作的正常運行，也避免了由于井下積水而造成的采礦設備損壞，是當前礦山井下工作中最為重要的一環。當前，我國主要是運用多級耐磨離心泵作為礦山井下排水系統的主要排水水泵， 其主要是利用葉輪急性高速轉動迫使水發生離心運動來完成對水的排放工作的。因此，在使用離心水泵的時候，要在其工作之前將在泵殼內、吸水管內、葉輪之間充滿水，再啟動，這樣可以幫助泵軸帶動葉輪進行高速轉動。在泵殼內的水將以離心運動的方式被甩到葉輪邊緣，從而通過蝸形泵殼的流道進入水泵的排水管道。 按照水泵啟動方式的不同， 可以將之分為壓入式水泵啟動以及吸入式水泵啟動兩種形式， 前者是在離心水泵低于水倉的時候使用，后者是在離心水泵高于水倉的情況下使用，在使用的時候，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臥式離心泵位于水倉水位下方得到時候，水倉內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，這個時候，水泵就可以直接啟動。 當前，在大型泵站這種對于排水安全要求高、自動化程度高、排水頻繁的泵站房中一般采用的都是壓入式。

1.1 壓入式泵站優點分析

首先，這類泵站不會受到離心泵吸程的限制，對于設備型號沒有特殊要求，在選用的時候，可以盡量選擇一些低吸程或者是無吸程的水泵，從而達到減少水泵臺數、縮短水泵房長度，以到達節約能源的效果；其次，使用這類水泵將有效避免氣蝕現象，從而提高了水泵工作的安全性與可靠性，延長了水泵的使用壽命；再次，在使用這類水泵的時候，無需提前往水泵內灌水，可以實現水泵的自動化控制，對于操作要求減低；最后，使用這類水泵將應為其吸水管阻力小，從而對于電能的耗費較小，節約了成本[1]。

1.2 壓入式泵站缺點分析

首先，排水泵房一般位于主平巷中，在施工的時候，難以將施工殘渣運出，同分條件較差，排水不方便；其次，當水文地質和工程地質條件較為復雜的時候， 對施工技術與支護的要求較高；最后，當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底閥水兩個類型。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。本文僅僅針對這幾種常見的引水啟泵方式進行分析。

2.1 壓力管引水啟泵方式分析

壓力管引水方式就是通過底閥引水啟動離心水泵的方式， 是運用排水管內的存水來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，通過充水啟動水泵，并將水排出在排水管中可以通過旁通方式順利進入泵體和吸入管。 同時，吸入管和泵體中的空氣通過泵處的排氣閥排出；當水從排氣閥排出時，可關閉旁通通道，通過動力傳遞啟動水泵排出水流[2]。

這種水重定向方法的優點是裝置配置簡單， 工人操作方便；缺點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，影響灌溉。同時，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場臨時排水系統。

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的欠壓水的壓力，從循環泵體中逐漸抽出空氣。水道中的水通過泵的吸入管自下而上充滿離心泵體。充液后，離心泵能平穩啟動。射流分流器的啟動方式具有配置結構簡單、設備空間小、安裝舒適、排水可靠、維護方便等優點，是地下礦山非常常見的通道分流器啟動方式。缺點是效率低，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

噴嘴泵應安裝在噴嘴移動路徑上的離心泵頂部，泵啟動時應關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

真空泵廣泛應用于城市泵站中， 具有存取速度快、運行可靠、自動化程度高等優點。供水泵房使用的真空泵主要由SZB 型水泵組成，利用偏心輪的旋轉水環， 使旋轉水環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。循環水箱的汽水分離功能將水箱中的水回收， 循環泵部分的空氣逐漸排空。 啟動真空泵的主要設備有真空泵、循環水箱、截止閥、供水、真空計數器等[2]。 真空泵啟動前，循環水箱必須有足夠的水。 啟動離心泵時，打開進水閥，循環水箱中的水流入真空泵，當水完全浸沒真空泵的葉輪時，啟動真空泵，同時打開截止閥，完成真空泵與離心泵的連接，使空氣進入離心泵的腔體排出。 空氣和水在真空泵中完全混合后，通過汽水混合器進入循環水箱，同時進入循環水箱；循環水繼續通過進水閥進入真空泵，直到循環水泵中的空氣排出。 觀察真空顯示，打開控制柵極閥，關閉截止閥，真空泵達到離心泵的初始狀態后啟動離心泵。真空泵具有真空效率高、工作步驟簡單、無氣蝕、無壓力水源等優點；缺點是真空泵必須提供附加動力， 廠房占地面積大， 腔室開挖量大， 同時真空泵造價高，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）中的供水由一個真空罐或一個封閉水箱組成，位于離心泵的吸入連接和要安裝的吸入管之間。離心泵啟動前，真空罐或水箱必須注滿并保持關閉；如果水泵啟動，真空罐或水箱中的水通過水泵泵送，導致真空罐或水箱中產生負壓。隨著真空罐或水箱內負壓的增大，空氣吸入真空罐或水箱內的吸入管， 通過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，包括真空箱（水箱）、進水閥、排氣閥等，見圖4。

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

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

3 結束語

礦山井下排水系統就是為了為井下采礦作業營造良好的工作環境， 充分保證井下采礦設備運行安全以及保證工作人員的人身安全。在礦山井下作業期間，由于其受到空間、地質條件等因素的限制，對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， 更要選擇配置簡單、操作簡單、設備維護強度低的離心泵，此外，礦山還要依據實際你去你趕快來選擇合適的礦山引水啟泵方式，充分保證整個排水系統運行的高效性、安全性。