導(dǎo)語：底閥在煤礦主排水系統(tǒng)的影響一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了探究底閥對煤礦主排水系統(tǒng)的影響，分別對主排水系統(tǒng)組件采用有、無底閥的兩種方案進(jìn)行計算和分析。結(jié)果表明：底閥會使煤礦主排水系統(tǒng)的可靠性和安全性下降，無底閥時水泵吸程和主排水系統(tǒng)的效率與有底閥時相比分別提高了３２０７％和０３％；二者在安裝檢修和土建成本等方面，無底閥的應(yīng)用明顯優(yōu)于有底閥；在煤礦井下主排水系統(tǒng)設(shè)計和使用過程中，應(yīng)盡量避免采用底閥為水泵引水，宜采用無底閥的真空泵加射流泵引水方式。

關(guān)鍵詞：離心泵；底閥；煤礦安全；排水系統(tǒng)

目前，在我國煤礦井下排水系統(tǒng)中，大多采用帶有射流引水或底閥裝置的臥式多級離心泵作為主要設(shè)備［１］。一般的非潛水式離心泵采用射流引水裝置或者在進(jìn)口管末端配置底閥，是因為干式安裝的離心泵沒有自吸能力，只有在其葉輪完全注滿水后，泵體才能形成必要的真空度，從而實現(xiàn)正常排水。在排水作業(yè)的工作環(huán)境中，離心泵的運行是不連續(xù)的，所以啟動前必須向泵內(nèi)引水。煤礦主排水系統(tǒng)中泵組引水的常用方法有：預(yù)制貯水箱向水泵注水、淹沒式泵房注水、潛水泵向主泵注水、利用真空泵注水、利用排水母管的靜壓水用射流泵注水以及利用底閥為主泵引水等［２－４］。根據(jù)《煤礦井下排水泵站及排水管路設(shè)計規(guī)范》（ＧＢ５０４５１－２００８）要求：吸入式離心水泵當(dāng)具備無底閥引水條件時，宜采用無底閥射流引水方式［５］。但是，目前許多已經(jīng)具備用無底閥射流方式引水的礦井中，仍采用底閥為主泵引水。雖然，在離心泵進(jìn)口管末端配置底閥是引水的傳統(tǒng)方式，但是底閥具有天然的缺陷［６－７］。本文將探究利用底閥為泵組引水對煤礦主排水系統(tǒng)可靠性、安全性、泵吸程以及效率等方面的不利影響，以期為煤礦主排水系統(tǒng)在設(shè)計和使用過程中提供有價值的參考。

１底閥對排水系統(tǒng)可靠性的影響

底閥，也被稱為逆止閥，是一種低壓平板閥，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。底閥的主要作用是保證液體在吸入管道中單向流動，使泵正常工作；并且當(dāng)泵短時間停止工作時，使液體不能返回水源箱，保證吸水管內(nèi)充滿液體，以利于泵的啟動。底閥在閥蓋上設(shè)有多個進(jìn)水口，以降低底閥的堵塞幾率，并配有篩網(wǎng)，以減少雜物的流入，一般適用于清潔介質(zhì)，粘度和顆粒度過大的介質(zhì)不宜使用底閥。大型底閥有較大的質(zhì)量和體積，占用吸水井的有效空間，底閥到井底和井壁都有尺寸要求，勢必增加吸水井的尺寸，導(dǎo)致增加土建成本。大型底閥在安裝、檢修時，需要起吊設(shè)備，從吸水井中起吊底閥，極為不便。在煤炭開采過程中，地下水與煤層、巖層直接接觸，加上人類活動的影響，礦井水含有泥沙、爆破管等纏繞物。隨著開采活動的增加，礦井水中的顆粒物含量、纏繞物、ｐＨ值、硫酸根離子以及氯離子等成分差別較大，所以底閥在使用過程中，容易發(fā)生閥桿和閥瓣密封面銹蝕、卡異物、密封不嚴(yán)等不良情況，嚴(yán)重影響主排水系統(tǒng)的可靠性。

２底閥對排水系統(tǒng)安全性的影響

根據(jù)《煤礦在用主排水系統(tǒng)安全檢測檢驗規(guī)范》（ＡＱ１０１２－２００５）要求：當(dāng)泵房有多臺水泵時，單臺水泵的啟動時間應(yīng)不大于５分鐘［８］。因底閥容易發(fā)生銹蝕、密封不嚴(yán)、卡異物等故障，如果單臺水泵的啟動時間大于５分鐘時，可能會出現(xiàn)不能正常啟動的情況。一旦排水系統(tǒng)停止工作，就會影響煤礦井下正常排水，安全將得不到保障，嚴(yán)重時，可能會造成重大事故。

３底閥對主排水系統(tǒng)的影響分析

３.１主排水系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)

某煤礦主排水系統(tǒng)由４臺ＭＤ４５０－６０×４多級離心泵、吸水管路和排水管路組成。泵的性能參數(shù)為：流量Ｑ＝４５０ｍ３／ｈ、揚程Ｈ＝２４０ｍ、轉(zhuǎn)速ｎ＝１４８０ｒ／ｍｉｎ，必需汽蝕余量ＮＰＳＨｒ＝３８ｍ，泵效率η＝８０％，電機(jī)功率Ｐ＝４５０ｋＷ，電機(jī)效率ηｄ＝９４３％。吸水管路參數(shù)為：ＤＮ３５０×５吸水管，長１１ｍ，ＤＮ３５０、ＰＮ６底閥１個，ＤＮ３５０－３００收縮異徑管１個，ＤＮ３００彎頭１個。排水管路參數(shù)為：垂直安裝高度２２３ｍ，ＤＮ３００×９排水管，長２６０ｍ，ＤＮ３００、ＰＮ４０止回閥１個，ＤＮ３００、ＰＮ４０閘閥２個，ＤＮ３００彎頭５個。

３.２底閥對主排水系統(tǒng)吸程的影響

３.２.１吸水管路吸程損失計算吸水管路吸程總損失Ｈｓｆ：Ｈｓｆ＝（ψ１＋ψ２＋ψ３＋ψ４）Ｖｓ２／２ｇ＝（０８５＋１＋０３６＋１４）Ｖｓ２／２ｇ＝１６２１Ｖｓ２／２ｇ式中，ψ１為直管阻力系數(shù)，取ψ１＝λＬｄｄｇ＝０８５；ψ２為彎管阻力系數(shù)，取值１；ψ３為異徑管系數(shù)，取值０３６；ψ４為濾網(wǎng)的底閥系數(shù)，取值１４。ＭＤ４５０－６０×４多級離心泵流量Ｑ＝４５０ｍ３／ｈ，吸水管流速Ｖｓ＝１３７７ｍ／ｓ，吸水管路吸程總損失Ｈｓｆ＝１５６８ｍ。從表１可以看出，吸水管路吸程損失Ｈｓｆ＝１５６８ｍ，其中底閥吸程損失為１３５４ｍ，底閥吸程損失占吸水管路總損失的８６４％，原因在于吸水管路安裝底閥后，管路局部阻力顯著增加，造成吸水管路吸程總損失增大。３.２.２水泵吸程的計算１）當(dāng)采用底閥時，水泵吸程Ｈｓ：Ｈｓ＝ｈ－ｈｖ－Ｈｓｆ－ＮＰＳＨｒ－ΔＨ＝４２２２ｍ式中，ｈ為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的水柱高度，取值１０３３ｍ；ｈｖ為常溫清水的汽化壓力水頭，取值０２４ｍ；ΔＨ為安全余量，取值０５ｍ。２）當(dāng)取消底閥時，水泵吸程Ｈｓ′：Ｈｓ′＝ｈ－ｈｖ－Ｈｓｆ′－ＮＰＳＨｒ－ΔＨ＝５５７６ｍ式中，Ｈｓｆ′為取消底閥的吸水管路吸程總損失，取值０２１４ｍ。從上述有、無底閥時的水泵吸程計算數(shù)據(jù)對比可以看出，有底閥時的水泵吸程為４２２２ｍ，無底閥時的水泵吸程為５５７６ｍ，無底閥時的水泵吸程比有底閥時高出３２０７％，原因是在排水工作過程中，底閥需要整體運動，消耗的功率較大，使得水泵的吸程減小，造成能量的損耗。從《礦山固定設(shè)備選用使用手冊》可知，帶濾網(wǎng)的底閥，隨著底閥直徑的加大，管件等值長度值越大，對吸程影響越大［９］。

３.３底閥對主排水系統(tǒng)效率的影響

３.３.１排水管路揚程損失計算排水管路揚程損失Ｈｄｆ：Ｈｄｆ＝（１＋２＋Ｚ３３＋Ｚ４４＋５）Ｖｓ′２／２ｇ＝（１＋２４８９＋１×５＋０５×２＋１４）Ｖｓ′２／２ｇ＝４５８９Ｖｓ′２／２ｇ式中，１為速度壓力系數(shù)，取值１；２為直管阻力系數(shù)，取２＝λＬｄｄｇ＝００２７×２６０／０２８２＝２４８９；Ｚ３為彎管數(shù)量，５個；３為彎管阻力系數(shù)，取值１；Ｚ４為閘閥數(shù)量，２個；４為閘閥阻力系數(shù)，取值０５；５為止回閥阻力系數(shù)，取值１４。ＭＤ４５０－６０×４多級離心泵流量Ｑ＝４５０ｍ３／ｈ，排水管流速Ｖｓ′＝２０ｍ／ｓ，則排水管路揚程總損失Ｈｄｆ＝９３８ｍ。３.３.２主排水系統(tǒng)的效率計算管路揚程總損失Ｈｆ包括吸水管路揚程總損失Ｈｓｆ和排水管路揚程總損失Ｈｄｆ，即Ｈｆ＝Ｈｓｆ＋Ｈｄｆ。１）當(dāng)采用底閥時，管路揚程總損失Ｈｆ：Ｈｆ＝Ｈｓｆ＋Ｈｄｆ＝１５６８＋９３８＝１０９４８ｍ泵總揚程Ｈ：Ｈ＝４＋１０９４８＋２２３＝２３７９４８ｍ管道效率ηｇ：ηｇ＝（２２３＋４）２３７９４８×１００％＝９５４％排水系統(tǒng)效率ηｘ：ηｘ＝ηｂηｄηｇ＝７１９７％噸水百米電耗Ｗ１００ｔ：Ｗ１００ｔ＝１（３６７×ηｘ）＝０３７８６ｋＷ·ｈ２）當(dāng)取消底閥時，管路揚程總損失Ｈｆ′：Ｈｆ′＝Ｈｓｆ′＋Ｈｄｆ＝０２１４＋９３８＝９５９４ｍ泵總揚程Ｈ′：Ｈ′＝４＋９５９４＋２２３＝２３６５９４ｍ管道效率ηｇ′：ηｇ′＝（２２３＋４）２３６５９４×１００％＝９５８％排水系統(tǒng)效率ηｘ′：ηｘ′＝ηｂηｄηｇ′＝７２２７％噸水百米電耗Ｗ１００ｔ′：Ｗ１００ｔ′＝１３６７ηｘ′＝０３７７ｋＷ·ｈ從上述有、無底閥時主排水系統(tǒng)的效率計算數(shù)據(jù)對比可以看出，有底閥時的效率為７１９７％，無底閥時的效率為７２２７％，效率提高了０３％；從噸水百米電耗來看，有底閥時的電耗為０３７８６ｋＷ·ｈ，無底閥時的電耗為０３７７ｋＷ·ｈ，無底閥時的噸水百米電耗比有底閥時降低了０４２％。

３.４底閥綜合影響分析

如表２所示，底閥對主排水系統(tǒng)可靠性、安全性、吸程、排水效率、水倉效率、噸水百米電耗以及安裝檢修等方面的不利影響較大，所以在設(shè)計、使用過程中，應(yīng)盡量避免采用底閥為主泵引水。

４無底閥的真空泵加射流泵引水

１）礦井排水系統(tǒng)利用真空泵抽出吸水管和泵內(nèi)空氣，使泵體內(nèi)充滿水，然后啟動水泵。新建礦井或主排水管內(nèi)無壓力水時，使用真空泵抽真空引水。２）當(dāng)主排水管內(nèi)有壓力水或其他有壓空氣源時，用射流泵（見圖２）抽出吸水管和泵內(nèi)空氣，射流泵沒有運動部件，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、啟動主排水泵時間非常快、可靠性極高；其缺點是需要外部壓力源，才能解決主排水泵第一次啟動問題。３）真空泵通常為一用一備，互為備用，每臺主排水泵配置一臺射流泵，真空泵與射流泵通過閥門可以自由切換，從而保證排水系統(tǒng)主排水泵引水的高可靠性和高安全性。

５結(jié)論

通過綜合比較分析有、無底閥對主排水系統(tǒng)的影響，得出主要結(jié)論如下：（１）具備無底閥引水條件的煤礦主排水系統(tǒng)，如果仍采用底閥為主泵引水，會使主排水系統(tǒng)的可靠性和安全性下降；（２）無底閥時的水泵吸程和主排水系統(tǒng)的效率與有底閥時相比都有一定提高；同時，在安裝檢修和土建成本等方面，無底閥的應(yīng)用明顯優(yōu)于有底閥時；（３）在煤礦井下主排水系統(tǒng)設(shè)計和使用過程中，應(yīng)盡量避免采用底閥為水泵引水，宜采用無底閥的真空泵加射流泵引水方式，其他類型礦山排水亦可借鑒。

作者：龔賢輝 羅優(yōu) 單位：長沙佳能通用泵業(yè)有限公司