矿山排水讲稿.ppt

矿山防排水,李启月,防止地下水淹没矿井造成人员、设备损失；排放矿井涌水至地表，保障矿井正常生产。,第一章矿山防排水的任务,透水矿难,,广西南丹7.17特大透水事故山西王家岭透水事故邵东石膏矿,大厂矿区位于广西壮族自治区南丹县大厂镇境内，是以锡为主，锑、铟、铅、锌共生的特大型矿床，储量大、品位高，经济价值巨大，属国家重点规划矿区。到2000年已累计探明有色矿产资源总计748.81万t，矿石9012万t，矿产资源的潜在价值约700亿元。特别是锡矿储量约占全国总量的25％、年产量占全国总产量的60％、世界总产量的20％，是世界重要锡矿产地。7月16日下午4点，龙山、拉甲坡和田角锌矿共安排职工500多人下井作业。17日凌晨3点多，拉甲坡矿9号井实施两次爆破后，标高-166m平巷的3号作业面与恒源最底部-167m平巷的隔水岩体产生脆性破坏，大量高压水从恒源矿涌出，发生透水，淹及拉甲坡矿3个工作面、龙山矿2个工作面、田角锌矿1个工作面，致使81人死亡，直接经济损失8000余万元。事故主要原因以采代探，滥采乱挖，矿业秩序混乱；官商勾结，以矿养黑，以黑护矿，无视矿工生命安全；河池地区、南丹县长期以来忽视安全生产，有关部门疏于执法、滥用职权。事故发生后，矿主与地区行署和南丹县的一些官员相互勾结，隐瞒事故、封锁消息达半月之久，性质极其恶劣。事发当天早7时左右（2001.7.17），黎东明得知矿井发生事故后，立即指示有关人员准备现金350万元，并把赔偿金数额由生死合同确定的每人2万元提高到每人5万元。当晚，县委书记万瑞忠、县长唐毓盛、副书记莫壮龙及副县长韦学光从黎东明等人汇报中得知了拉甲坡矿井下死亡40多人的情况，但没有采取措施进行抢救。,广西南丹7.17特大透水事故,王家岭煤矿透水事故,王家岭煤矿隶属华晋焦煤公司（中煤集团与山西焦煤集团合作组建）,一、水文地质资料未查清，没有严格执行先探后掘、有疑必探的规定，井田内老窑积水情况未查清，就进行回采工作面巷道施工，没有按要求配备探放水钻机，未采取打钻探水措施；二、劳动组织管理混乱，为了抢工期、赶进度，井下安排15个掘进面同时作业，当班作业人员过度集中，且领导干部带班制度不落实；三、现场管理不到位，单纯追究产值、速度，忽视安全生产；四、施工安全措施不落实，工作面出现透水征兆后，没有按照规定采取停止作业、立即撤人等果断有效措施；五、隐患排查治理不力，特别是今年3月份以来20101工作面回风巷多次发现巷道积水、顶板淋水，但一直未采取有效措施消除隐患；六、施工组织不合理，违反施工组织程序，在矿井一、二期工程没有全面完成、主要排水系统没有建成的情况下，就强行施工三期工程；七是安全培训不到位，未对职工进行全员安全培训，新到职工未培训就安排上岗作业，部分特殊工种无证上岗。,事故原因,邵东石膏矿,第二章矿井排水,2.1矿井涌水,矿井涌水主要来自大气降水、地表水、地下水、老窿积水、旧井巷积水。,广泛埋藏于地表以下的各种状态的水，统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。根据地下埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水、潜水和自流水三大类。上层滞水由于局部的隔水作用，使下渗的大气降水停留在浅层的岩石裂缝或沉积层中所形成的蓄水体。潜水埋藏于地表以下第一个稳定隔水层上的地下水，通常所见到的地下水多半是潜水。当潜水流出地面时就形成泉。自流水埋藏较深的、流动于两个隔水层之间的地下水。这种地下水往往具有较大的水压力，特别是当上下两个隔水层呈倾斜状时，隔层中的水体要承受更大的水压力。当井或钻孔穿过上层顶板时，强大的压力就会使水体喷涌而出，形成自流水。,2.2地下矿排水方式,自流排水机械排水,2.3地下矿山排水系统（1）直接排水系统,系统简单开拓量小管路敷设容易基建投资低便于管理上下水平排水设备互不影响,（2）分段排水系统,上水平排水设备故障停机后，两个水平均存在被水淹没的可能,2.4露天矿山排水系统,自流排水系统和机械排水系统,露天采场底部集中排水系统,露天矿分段截流排水系统,井巷排水系统,垂直泄水的地下井巷排水系统,水平泄水的地下井巷排水系统,2.5矿山排水设备及分类,矿山排水设备根据矿井排水设备所担负的任务不同，一般分为移动式排水设备和固定式排水设备。,固定式排水设备又称主排水设备。采用主排水设备将汇集于水仓中的矿井涌水排出地表，是矿井排水的最主要的形式。主排水设备多采用离心式水泵。,第三章叶片式水泵3.1离心式水泵的分类,单级离心泵,多级离心泵,3.2离心式水泵的基本参数,流量、扬程、功率、效率、转速及允许吸上真空高度或气蚀余量,1、流量水泵在单位时间内所排出水的体积，称为水泵的流量，用符号Q表示，单位m3/s,m3/h。,2、扬程单位重量的水通过水泵后所获得的能量，称为水泵的扬程，用符号H表示，单位为m。,1）.吸水扬程吸水高度泵轴线到吸水井水面之间的垂直高度，称为吸水扬程，用符号HX表示，单位为m。,2）排水扬程（排水高度）泵轴线到排水管出口处之间的垂直高度，称为排水扬程。3）实际扬程（测地高度）从吸水井水面到排水管出口中心线间的垂直高度，称为实际扬程。4总扬程总扬程H为实际扬程、损失扬程和在水在管路中以速度v流动时所需的（速度水头）扬程之和，称为水泵的总扬程,3、功率水泵在单位时间内所做的功的大小叫做水泵的功率。1）水泵的轴功率电动机传给水泵轴的功率，即水泵的轴功率（输入功率）2）水泵的有效功率,水泵实际传递给水的功率，即水泵的有效功率（输出功率）用符号,表示。,4、效率水泵的有效功率与轴功率之比，叫做水泵的效率，用符号,表示。,5、转速水泵轴每分钟的转速，叫做水泵的转速。,6、允许吸上真空高度或汽蚀余量在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵所所允许的最大吸上真空高度。是在1标准大气压下、水温20摄氏度情况下，进行试验而测定得的。水泵吸水口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，叫做水泵的汽蚀余量。泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示。,3.3水泵的构造,第一节Ｄ型水泵,第二节轴向推力及平衡,第三节其他类型的泵,第一节Ｄ型水泵,一、D型泵的构造Ｄ型泵是单吸、多级、分段式离心泵。它可输送水温低于８0℃的清水或物理性能类似于水的液体。其流量范围和扬程范围大。目前矿井主排水泵多采用D型泵。D型水泵经多年的发展已形成系列，其结构形式基本相同，只是尺寸大小不同。,如图6-1所示为D280433旧系列200D433型水泵的结构图，主要有转动部分、固定部分、轴承部分和密封部分等组成。,2泵轴泵轴常用45号钢锻造加工而成。其主要作用是传递扭矩和支承套装在它上面的其它转动部件。为了防止泵轴锈蚀，泵轴与水接触的部分装有轴套，轴套锈蚀和磨损后能够更换，这样可以延长泵轴的寿命。,3平衡盘平衡盘的作用是平衡水泵的轴向推力。,1叶轮叶轮是离心式水泵的主要部件。其作用是将电动机输入的机械能传递给水，使水的压力能和动能得到提高。它的尺寸、形状和制造精度对水泵的性能影响很大。叶轮的形状取决于比转数。,1.转动部分是水泵的工作部件。主要由泵轴及装在泵轴上的数个叶轮和一个用以平衡轴向推力的平衡盘组成。,2.固定部分固定部分主要包括进水段前段、出水段后段和中间段等部件，并用拉紧螺栓穿杠将它们连接在一起。吸水口位于进水段，为水平方向，出水口位于出水段，为垂直向上。导水圈叶片数应比叶轮叶片数多一片或少一片，使其互为质数，否则会出现叶轮叶片与导水圈叶片重叠的现象，造成流速脉动，产生冲击和振动。导水圈中流道的形状是按泵处于额定工况设计的。当水泵在额定工况工作时，叶轮出口处水的绝对速度方向与导叶流道的形状相吻合，使水从叶轮中无撞击地进入导水圈。当不在额定工况工作时，叶轮出口处水的绝对速度方向发生了变化，但是导水圈中流道的形状却不变，因而产生冲击，加大水力损失，使水泵的效率下降。,3.轴承部分水泵转子部分支承在泵轴两端的轴承上。D型水泵采用单列向心滚柱轴承，用黄油润滑。为了防止水进入轴承，泵轴两侧采用“Ｏ”型耐油橡胶密封圈和挡水圈。这种轴承允许少量的位移，有利于平衡装置改变间隙，以平衡轴向推力；同时，由于采用了滚动轴承，减少了静阻力矩和机械摩擦损失。,4.水泵的密封水泵各段之间的静止结合面采用纸垫密封。转动部分与固定部分之间的间隙是靠密封环及填料来密封的。,1）密封环密封环又称口环。叶轮的吸水口和水泵固定部分之间，叶轮尾端轮毂和中段导叶内孔之间有环形缝隙。高压区的水经过这些缝隙进入低压区并形成循环流，从而使叶轮实际排入次级的流量减少，并多消耗部分能量。为了减少缝隙的泄漏量，应在保证转子正常转动的前提下，应尽可能减小缝隙。为此，在每个叶轮前后的环形缝隙处，安装了磨损后便于更换的密封环，D型水泵的密封环为圆柱形，用螺栓固定在泵壳上，它承受着同转子的摩擦，故密封环是水泵的易损零件之一。当密封环被磨损到一定程度后，水在泵腔内将发生大量的窜流，使水泵的排水量和效率显著下降，故应及时更换。,2）填料装置在水泵轴穿过泵壳的地方设有填料装置又称填料箱或填料函，以实现泵轴的密封。在泵轴穿过进水段处，外侧是大气压，内侧是首级叶轮入口的低压，如不进行密封，则外部大气将窜入泵内从而影响水泵的正常吸水；在泵轴穿过出水段处，如不进行密封，高压水将沿泵轴间隙向外泄漏，使水泵的流量减少。可见，吸水侧填料装置的作用是防止空气进入泵内，排水侧填料装置的作用是防止高压水向外泄漏。D型水泵吸水侧填料装置由填料箱、填料盘绠、水封环填料环及压盖等组成。,油浸石棉绳,一、D型泵的构造,转动部分,泵轴,联轴器,轴套,叶轮,平衡盘,固定部分,泵体,导叶,轴承部分,密封部分,,,二、水泵的型号意义,表6-1部分离心泵型号中某些汉语拼音字母通常所代表的意义,三、D型水泵的特点及性能1D型水泵的流量和扬程范围较大，适合于矿山排水，并有清水泵、耐磨泵和耐酸泵；2效率高，是我国设计制造的多级离心式水泵中，效率最高的一种水泵；3采用单列向心滚柱轴承，减少了水泵的静阻力矩，提高了机械效率；同时，此轴承还可以满足运转时泵轴的轴向窜动；4扬程特性曲线较平缓，没有上凸部分，且初始扬程较高，有利于水泵的稳定运行；零流量时功率低，有利于电动机起动；效率曲线平坦，因而扩大了它的工业利用区。,第二节轴向推力及平衡,1、产生轴向推力的原因单吸式离心泵，在工作时产生轴向推力的原因有以下三点1由于作用在叶轮前、后轮盘上的压力不平衡而产生轴向推力。2由于叶轮内水流动量发生变化而产生的轴向推力。3由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使前后轮盘上的压力分布规律发生变化，从而引起轴向推力的增加。,一、轴向推力的产生以及危害,图9.12叶轮轴向受力图,2、轴向推力的危害多级离心式水泵的轴向推力有时可达几十千牛顿，这个力将使整个转子向吸水侧窜动。如不加以平衡，将使高速旋转的叶轮与固定的泵壳接触，造成破坏性的磨损；另外，过量的轴向窜动，会使轴承的轴向负荷加大而发热，电动机负载也相应加大；同时使互相对正的叶轮出水口与导水圈的导叶进口发生偏移，引起冲击和涡流，降低水泵的效率，严重时将使水泵无法工作。,二、轴向推力的平衡方法,1.平衡孔法,2.双吸叶轮法,3.对称布置叶轮法,4.平衡盘法,第三节其他类型的泵,1、射流泵,2、往复泵,3、螺旋泵,第四章水泵工况及调节一、水泵的性能曲线,二、水泵的性能曲线的作用,a．根据水泵的性能曲线，可以知道水泵各性能的变化规律，根据实际用途，可以选用最合适的水泵。b．根据水泵的性能曲线，可以确定水泵运转工况点即水泵的流量一扬程曲线与后述的管路性能曲线的交点，根据运转工况点，可以检查水泵的流量、扬程、功率和效率的大小，判断水泵的经济性和稳定性的好坏，配用功率的大小是否合适。c．根据流量一功率曲线的变化规律，正确地选择水泵的起动方式。,三、管路性能曲线,管路性能曲线是表示在一定的管路阻力下，流过该管路的流量与所需扬程之间的关系曲线，当管路阻力改变时，流量和扬程之间的关系将随之改变，所以说管路性能曲线直接影响水泵的工作性能。同一台水泵所连接的管路阻力不同，则水泵所产生的流量和扬程也不同。,管路损失扬程,,局部阻力造成,管路阻力造成,,滤水器、底阀、闸阀,弯头管路,HzHpKRQ2,四、工况,,把水泵的性能曲线和管路的性能曲线，用同样的比例绘制在一个曲线网上，则水泵的流量一扬程曲线和管路的性能曲线的交点M即为离心式水泵的工况点，简称工况，由工况点便可给出该水泵在该管路中工作时的工作性能流量,、扬程,、功率,和效率,,（1）节流调节（2）转速调节（3）减少叶轮数目调节扬程和叶轮数成正比；不可拆除吸水一侧的叶轮（4）削短叶片调节,总体上分为改变管路特性曲线和改变泵H-Q特性曲线,工厂操作中经常要遇到对离心泵及其管路系统进行调节以满足工艺上对流体的流量和压头的要求，实际上这对应着改变泵的工作点位置。主要调节方法有,五、工况调节,改变管路特性曲线,改变管路流动阻力（如阀门开度），管路特性曲线将发生相应的变化。关小阀门，管路阻力增加，管路特性曲线由1移至1’，工作点由a上移至a’，流量由Q减少为Q’。该调节方法的主要优点是操作简单，但管路上阻力损失大且可能使泵的工作点位于低效率区，因此多在调节幅度不大但需经常调节的场合下使用。,改变泵的H-Q特性曲线,如叶轮转速由n调节到n’或n’’，泵的H-Q曲线会有相应的改变。转速增加或减少，H-Q特性曲线上移或下移，工作点相应移动到a’或a’’，流量与压头发生相应改变而并不额外增加管路阻力损失，离心泵仍在高效区工作。该调节方法能量利用率更高，随着电机变频调速技术的推广，在大功率流体输送系统中应用越来越多。,第五章离心式水泵的联合工作一、并联工作,并联效益,适合管路阻力较小，曲线较缓的情况,临界工况点,联合工况点,二、串联工作,适合管路阻力较大，曲线较陡的情况,直接串联、间接串联,三、泵在并联管路上工作,第六章矿山排水设施一、露天矿山排水设施,1、露天矿山主要排水设施（1）排水管路不少于两条，一条工作、一条备用（2）排水泵站①分段截流固定泵站；②井巷排水固定泵站；③半固定泵站适用于排水量不大、服务年限短、移动频繁的矿山；④潜水泵移动泵站不需泵房、安装移动方便、价格贵。大暴雨时用潜水泵，旱季用离心泵。,一般在暴雨量较小的地区，设在同一水平上的水泵，应选择同一型号规格的水泵正常工作水泵的能力，应能在20h内排除露天采矿场内24h的正常降雨径流量与地下涌水量之和。备用和检修水泵的能力应不小于正常工作水泵能力的50％随开采水平不断下降的移动泵站，选泵时应考虑排水高度不断增加的要求，预留适当的富裕扬程露天排水泵站的阶段平盘储水池水仓或采矿场底部的储水池容积至少应能容纳半小时的水泵排水量,2、露天矿山排水设备的一般要求,二、地下矿山排水设施,1、地下矿山主要排水设施（1）水仓主仓和副仓；水仓容量和仓中水流速。水仓清理①铲斗式装岩机清理；②射流泵和泥浆泵联合清理；③压气罐清仓；④水力清仓。（2）水泵房（3）管子道和管子间,2、地下矿山排水设备的一般要求,在雨季长、涌水量大的矿井中，井下主排水设备应由同类型三台泵组成，其中任意一台泵的排水能力，必须在20h内排出一昼夜的正常涌水量包括充填水及其他用水；两台泵同时工作时，能在20h内排出一昼夜的最大涌水量当井下正常涌水量需要两台或多于两台同类型水泵才能排出时，备用水泵的能力应不少于正常工作水泵能力的50％；检修水泵可视具体情况设置1～2台当井下最大涌水量超过正常涌水量一倍以上时，水泵台数除至少应有一台备用外，其余水泵应能在20h内排除一昼夜最大涌水量在雨季短的地区，正常涌水量不大于50，并且最大涌水量不大于100的矿井，主排水设备可以装设两台同类型水泵，而其中任意一台都能在20h内排出矿井24h的正常涌水量,第七章矿山排水设备选型设计,一、设计的原始资料和任务,1、设计的原始资料（1）井型、矿山年产量、服务年限、井口地面标高；（2）开拓方式、可采水平数、各水平服务年限及标高；（3）同时开采水平数，各水平的正常和最大涌水量及发生的期限；（4）矿井水的性质重度、水温、化学性质（PH值）、结垢性；（5）水文地质情况及井下排出水的去向；（6）井筒及井底车场布置图。2、设计任务（1）确定合理的排水系统；（2）选择排水设备水泵、电动机、管路、水仓、泵房布置等；（3）经济指标概算；（4）绘制水泵房、管子道和管子间的布置图。,二、选型设计的步骤和方法,1、确定合理的排水系统（1）地下矿山直接和间接排水系统；（2）露天矿山自流排水系统、底部集中排水系统、分段接力排水系统；,（1）水泵选择的注意事项①主泵房的排水设备，必须有工作、备用和检修水泵。②其中任一台工作水泵的排水能力，应能在20h内排出24h的正常涌水量③两台水泵同时工作的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量④检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25％,2、初选水泵,（2）水泵必需排水能力计算正常涌水期QB≥1.2qx最大涌水期QB≥1.2qmaxqx矿井正常涌水量；qmax矿井最大涌水量。系数1.2是根据煤矿安全规程规定的排水能力。,（3）估算水泵所需的扬程Hq排水高度，取水仓底板至排水管出口中心的高度；K扬程损失系数。对于竖井K1.081.1；对于斜井K1.11.25，倾角大时取小值，倾角小时取大值。,（4）初选水泵型号①根据计算的排水能力QB、扬程HB和水质情况选择。②在满足扬程的前提下，应尽可能选择高效率、大流量的水泵，节约能源，减少水泵台数，增加排水可靠性。③应注意所选水泵的“允许吸上真空高度”或“汽蚀余量”，使之能满足水仓和泵房在配置上的需要。,（5）确定水泵台数工作水泵n1；备用水泵n2≥0.7n1；n1n21.2qmax/Q（Q为一台水泵的流量）；检修水泵n3≥0.25n1；nn1n2n3,3、管路系统,（1）管路趟数选择一般排水量较大大于300的矿井，主要排水设备必须有工作和备用的水管，其中工作水管的能力，应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内，排出矿井24h的最大涌水量。涌水量小于300且服务年限较短的小矿井，排水管路立井应设两条，斜井可设一条。露天矿排水管路的总条数，一般不得少于两条。其中一条检修时，其余管路应能满足正常排水的需要。（2）管路布置方式三泵两管；四泵三管；五泵三管。,（3）排水管内径,,Q流量Vp经济流速，取1.5-2.2之间（管径小，流速大，阻力损失大，电耗大，投资少；管径大，流速小，阻力损失小，电耗小，投资多。管材贵时取大值，反之取小值；电价高时取小值，反之取大值。）,（4）排水管厚度,标准管内径cm,许用应力，取管材抗拉强度的40％，即,,管内液体压强，作为估算取,附加厚度，铸铁管取,4、总扬程计算,（1）扬程损失计算,式中，h总扬程损失；hy沿程阻力损失；hfu局部阻力损失；V水流速度；g重力加速度；L管长；d管内径；沿程阻力系数；局部阻力系数。,（2）总扬程计算,式中，Hz水泵所需总扬程；Hp水仓底至排出口中心的高度；K排水管内壁淤积而使阻力增加的系数，较浑浊的水取K1.7；清水取K1。,HzHpKRQ2,5、确定工况,根据第一个公式，带入不同的流量Q，得到一组总扬程Hz的值，将此管路特性曲线绘制在初选水泵的特性曲线上，确定工况点,6、水泵吸上高度的验算,Hx水泵在具体安装地点的吸上高度；Hs最大允许吸上高度NPSH必需的气蚀余量Hd是泵安装地点的大气压头Hq饱和蒸汽压头10.3标准大气压头0.24水温在20℃时饱和蒸汽压头。,或,7、经济指标概算,（1）电费①年电耗②1m3水电耗③年电费（2）年折旧费①设备折旧费②建筑折旧费（3）年工资（4）维修费（5）其他费用（6）年排水费（7）年排水费用指标及每吨矿石排水费用,8、相关成图,（1）排水系统图（2）水泵房布置图（3）排水管网布置图,