真空罐注水系统在井下深部-1140m水泵房的应用

真空罐注水系统在井下深部 -1140m水泵房的应用

王成钊 李志永 马绍杰

山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿 山东莱州 26144

【摘 要】本文介绍了黄金矿山井下深部排水主水泵利用高压水作为灌注引水水源，针对存在的弊端，根据井下深部排水-1140m大功率高扬程水泵灌注引水的具体要求，利用真空罐供水系统替代高压水灌注，在保障排水系统压力、流量要求的前提下，取得很好的使用效果，确保了井下深部排水、供水系统的正常运行，并保障了其安全性、可靠性，为井下采掘生产任务的完成提供了可靠的安全保障。

【关键词】井下；深部；现状；真空罐；原理；实施；效果

1 井下深部排水设备设施现状

随着井下开拓的延伸和采掘生产的延续，井下排水量大幅度增加，随着-1140水泵房的投用，现安装DFS450-95*9(P)/1600KW主排水泵（Q=450m3/h、H=855m）5台、DFS280-95*9(P)/1000KW主排水泵（Q=280m3/h、H=855m）1台，水泵启动方式采用注水阀门往泵腔和吸水管中注水，满足水泵启动需要。该泵房位于-1140分段，排水至-435分段沉淀池，然后由-435水泵接力输送到地表澄清池，处理后达标排放。由于该泵房位于-1140分段，排水至-435分段沉淀池，然后由-435水泵接力输送到地表澄清池，处理后达标排放。泵房垂直高度1140-435=705m，加上管路上的阀门、弯头及管路的阻力，水泵的排水压力要达到7.3MPa压力方能将水输送到-435水仓沉淀池；由于要频繁开关注水阀门进行泵腔及吸水管路进行灌注引水，注水闸阀手轮使用寿命很短，造成闸阀损坏；闸阀密封损坏，由于上部的电动阀门关闭不严，更换作业时高压水泄漏使泵房内几乎全部充满了高压水形成的水雾,存在着潜在的安全隐患，影响了深部排水系统的畅通和排水系统的可靠、正常运转。

2 项目研究内容 根据现6台主排水泵是利用主排水管路中的高压水作为启动前注水水源，高压水存在着浪费能源、存

在安全隐患等问题，寻求一种安全、可靠、节能的注水方法满足泵腔及吸水管注水要求。利用真空罐的负压作用，将吸水井中的水进入罐体，真空罐直径、罐体高度、罐体壁板厚度、罐体上盖板厚度、罐体底板厚度、罐体支架形式、安装高度、安装位置等的确定；罐体补水系统在主排水管路上的开口位置、引出无缝管管径、控制闸阀、减压阀型号、补水总管布局、真空罐上方引出分支补水无缝管管管径、控制闸阀型号型号的确定；现场施工协调、质量控制；外观验收、分系统无负荷试车、带负荷试车、排水系统运行、正式验收交付生产使用。

3 真空罐注水系统组成 真空罐供水系统、真空罐补水系统两部分组成；真空罐供水系统包括罐体（1）、补水管法兰（2）、

真空罐补水管（3）、真空表及放气阀短管（4）、真空表(5)、罐体上盖板（6）、吸水短管（7）、罐体底板（8）、排污短管（9）、排污管法兰（10）、排污管盲板（11）、罐体支撑槽钢（12）、三角加强筋板（13）、排污管法兰密封胶版（14）、出水管法兰（15）、排气球阀（16）。真空罐补水系统包括：DN500主排水管路、DN100补水总管、DN100/PN10MPa控制闸阀、DN65真空罐补水管、DN65/PN10MPa真空罐补水闸阀组成。

4 工作原理 用真空罐替代现使用的普通闸阀注水方式和吸水管底部的底阀，当真空罐第一次安装使用时，利用原

有DN50闸阀注水系统或利用新安装的DN500-DN100-DN65高压水补水系统，使高压水通过补水系统进入真空罐、泵腔及吸水管；当水泵启动时，将泵腔、真空罐水排出后形成0.2-0.3MPa真空度，形成压差，通过吸水管底部将吸水井中的存水吸入进真空罐罐体内部及泵腔，这样使水泵泵腔真空罐、吸水管中始终保持充满水的状态；即使停泵其泵腔、真空罐体始终充满水，使水泵随时可以启动、运转，提高水泵排水系统的完好率和利用率；不再采用人工开关注水阀门，往泵腔内部和吸水管中灌注引水；提高排水系统的安全、可靠性，为深部采掘生产提供可靠的安全保障；同时杜绝了利用高压水造成的能源浪费和存在的安全隐患。

5 实施方案

真空罐注水系统所要解决的问题是，提供一种解决井下深部大功率、高扬程主排水泵启动前向泵腔、吸水管灌注引水的方法，能够确保主排水泵频繁的启动需要；由于该泵房设计的水泵注水方式是打开水泵出口管路上的DN200电动闸阀，将DN500排水管中的高压水进入DN50注水管路系统；当打开注水管路上的DN50/PN10MPa注水闸阀时，高压水进入泵腔和吸水管；当泵腔上部的出气阀由稳定的水流流出时，表明泵腔和吸水管已经灌满引水，水泵可以进行启动作业。

真空罐注水系统由真空罐供水系统、真空罐补水系统两部分组成；真空罐供水系统包括罐体（1）、补水管法兰（2）、真空罐补水管（3）、真空表及放气阀短管（4）、真空表(5)、罐体上盖板（6）、吸水短管（7）、罐体底板（8）、排污短管（9）、排污管法兰（10）、排污管盲板（11）、罐体支撑槽钢（12）、三角加强筋板（13）、排污管法兰密封胶版（14）、出水管法兰（15）、排气球阀（16）。真空罐补水系统包括：DN500主排水管路、DN100补水总管、DN100/PN10MPa控制闸阀、DN65真空罐补水管、DN65/PN10MPa真空罐补水闸阀组成。

真空罐供水系统，根据现场安装空间实际情况和泵腔注水容积、吸水管容积，确定罐体（1）直径为Φ1600mm、罐体存水高度1200mm；由于罐体出水管与泵端吸水管处于同一水平，罐体出水管高度的存水为无法流动的存水，其上部存水容积与罐体吸水管的容积之比必须≥2，即当罐体（1）中存水排出后吸水短管（7）所连接的水仓吸水管吸上来的水仓存水必须及时补充进入罐体（1），且必须是连续的，否则将满足不了水泵启动需要。补水管法兰（2）采用DN65/PN10MPa标准型法兰盘，与安装在上部的补水阀门Z41Y-100R/DN65相连接；当真空罐第一次投用或真空罐需要补水时，可以通过补水管路及控制闸阀进行补水；真空罐补水管（3）采用Φ76×10mm无缝管，保证在高压下正常补水；真空表及放气阀短管（4）采用无缝管制作安装，满足真空表(5)、放气球阀（16）安装需要；当真空罐正常工作时，真空表真空度为0.2-0.3MPa，能够满足吸水井中存水吸入真空罐的压差需要。罐体上盖板（6）采用δ10mm/Q235B金属结构钢加工制作；吸水短管（7）采用Φ325×10mm无缝管制作，并焊接有DN300/PN1,6MPa标准法兰盘，其与原水泵吸水管相连接；Φ1580mm罐体底板（8）采用δ15mm金属结构钢钢板加工制作；在罐体底部设有Φ108×10mm排污短管（9）、DN100/PN1.6MPa排污管法兰（10）、DN100/PN1.6MPa排污管盲板（11）及排污管法兰密封胶版（14）；当罐体内部需要清洗时，可以拆卸盲板（11）、密封胶板（14）及紧固螺栓螺母，排除罐体内部的淤泥或污垢。罐体支撑20#槽钢（12）可以根据安装需要调整罐体安装高度；δ10mm加强筋板（13）起到罐体底板与罐体（1）之间增加金属结构件连接强度、稳定性的作用；出水管法兰（15）实现与水泵进水口法兰相连接；当向真空罐灌注引水时，排气球阀（16）首先有稳定气流排除、而后有稳定水流流出，表明罐体内部已经灌满水，水泵具备启动条件。

真空罐补水系统是由主排水管（DN500mm）、DN100mm引出水管、Z41Y-100R/DN100mm控制闸阀、Φ108*12mm补水总管、Φ76*10mm补水分管、Z41Y-100R/DN65mm真空罐补水控制闸阀组成。当真空罐进行安装完毕、系统调试时，需要打开焊接安装在DN500排水总管引出管上的Z41Y-100R/DN100控制闸阀，使DN500排水总管路中的高压水进入Φ108*12mm补水总管、Φ76*10mm补水分管；打开真空罐上方的Z41Y-100R/DN65补水闸阀，水源进入真空罐、泵腔、吸水管空间；当打开真空罐上的放气球阀（16）有稳定高压水流喷出，说明真空罐、泵腔、吸水管内部已经充满水，关闭Z41Y-100R/DN65补水闸阀，补水作业完成，可以进行水泵正式启动。

为延长真空罐罐体及管路使用寿命，全部金属结构进行采用人工除锈，刷环氧富锌底漆1遍、环氧灰色面漆2遍进行防腐处理，延缓井下淋水中氯离子对于金属结构的腐蚀，最大限度延长使用寿命。

全部金属结构连接焊缝均角焊、连续焊接，其焊缝高度不小于最小连接件厚度，以保证其余连接件能够保持等强度要求，满足安装规范、规程要求，为深部排水系统创造可靠的安全保障和运行条件。

6 实施效果

通过利用真空罐注水系统替代在电动阀门-注水阀门注水系统，彻底消除了利用高压水进行注水存在的安全隐患和注水阀门使用寿命短、密封易损坏的弊端；利用真空罐内部运行时形成的真空度，将吸水井中的存水吸入真空罐、泵腔、吸水管内，满足水泵启动需要；即使水泵停止运行，水泵泵腔、真空罐罐体仍然始终充满水，满足水泵任何时间开动要求；同时降低了利用高压水作为灌注引水造成的能源浪费；改善了泵房操作、检修作业环境，对于井下主排水系统安全、可靠运行，满足井下深部排水需要创造了良好的条件。

作者简介：

王成钊（1963.2-），男，山东省莱阳市人，机械高级工程师，从事矿山机械设备运行、维修技术管理工作。

发表论文40余篇，取得实用新型专利10余项、发明专利3项。

通 讯：

工作单位：山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿

通讯地址：山东省莱州市三山岛金矿西山分矿

电子邮件：zhaozhao_258@sina.com

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