对多水平矿井防粉尘供水系统降压的研究

刘玉虎

中煤新集二矿皮带队 安徽淮南 232000

1 概论

某矿隐藏的井田被第四系覆盖，煤层埋藏较深，-750m为此矿井的最深开采水平，2019年核定年产为量270万吨/年，矿井为多水平开采，最高为-360m水平，设计最低水平为-1000m以下。由地面供给生产与防粉尘用水，而且因为矿井深度大于750m，为深矿井。另外最高水平和最低水平之间的落差也达到了390m。所以常常会产生过高供水压力和各水平供水压力高低不一的麻烦，即使对管线与闸阀等损耗的压力不予以考虑，到井下最高供水压力能够至 7．5Mpa，每个水平供水压力之间的差异最高能至 3．9 Mpa (实际井下供水压力值在2～3MPa之间)。而供水压力超高和供水压力不均即不能满足使用要求，并且会是安全事故的根源，对正常生产活动造成不良的影响，必须将各水平的供水压力降到合适范围内才能满足需要。

2 较深矿井采用的供水方式分析

（1）安装一个传统的弹簧式减压阀，由于管道中的高压，井筒减压需要几个减压阀，用于减压供水。而这种供水方式的不好的地方是供水压力不能够自动调节，减压阀容易损坏，需经常更换，在井筒内维修困难，维护成本高[1]。（2）可以在立井井筒里建一个以上降压水池进行降压，在将地面水直接供应到减压池之后，将一定高度的减压池二次供应给采矿的工作表面。而这种供水方法不好的地方是一次性投入过大，并且将井壁结构设计难度增加已经使井筒内维护及维修难度加大，进而使供水系统进水水位不受控制。（3）在井下修建一个降低压力的水池，地面水通过井筒中的管线用静压供应到井下的降压水池，并且水池设置给水泵站，从而给生产区域供水。 这种供水的不足之处就是消耗太多能量，并且增加了供水系统整体的维护成本。（4）电控式流量减压方式，在井下安装压力传感器，地面安装流量控制电磁阀，通过井下的压力传感器的信号，进行放大，驱动流量电磁阀，达到减压的目的。此种供水方式对设备要求精度较高，能耗较高，且一旦电路故障，有可能导致较大的安全事故，故需在井下管路上设置多处泄压阀。（5）利用比例减压阀进行自动减压，根据实际需要选择合适的比例减压阀安装在各水平的主供水管路上，利用减压阀对各水平的供水压力进行自动调节，达到分水平减压供水的目的。此种供水方式结构简单，功能可靠，运行费用低，维护量小，能够实现多水平深井供水自动调压。

3 多水平矿井供水方式的选择

通过对较深矿井采用的供水方式进行分析，利用比例减压阀进行自动减压供水应用在多水平矿山供水系统中效果最好，同时设备安装难度小，能源消耗小，经济价值高，同时能够解决多水平矿井供水压力高低不一的难题。

4 比例减压阀的结构组成与工作原理

4.1 比例减压阀的原理

此种减压阀以帕斯卡原理为基础，并且施加到封闭流体的压力可以使流体在所有方向上运移。当减压阀打开时，高压水将活塞向右推动使倒流孔露出来，来自高压侧的高压水通过倒流孔进入低压室。当低压室中的水压逐渐增加时，活塞右侧的压力当压力大于左侧时，活塞向左移动，这阻挡了活塞上的导游孔，此时高压水就不会向低压面流动[2]。当低压侧的压力降低时，活塞向右移动并向低压侧开始供水，话句话说就是当只有低压侧的压力小于设定压力时，活塞向右移动以向低压侧供水。而当低压侧的压力达到设定压力后，活塞向左移动，供水停止，压力自动降低。由活塞插头左侧和右侧的面积比控制之降压比。

4.2 比例减压阀结构图（见图1）

比例减压阀由高压腔体（1），高压腔（2），压力表（3），过滤器（4），阀芯（5），导流孔（6），润滑腔（7），导油孔（8），T型形状的活塞（9），连接螺栓（10），低压腔（11），低压腔体（12），压缩弹簧（13），O型圈（14），润滑油缸（15），小液压缸（16），Y型密封圈（17），界盘（18），导向环（19），大液压缸（20），右法兰盘（21），固定导杆（22），左法兰盘（23）等部件组成。

图1 减压阀结构图

由活塞9的左侧和右侧的有效横截面积的比率确定比例减压阀的减压程度，并且理论上可以任意设定。在高压室2进入高压水，其作用在活塞9上，向右推动，分离阀芯5与活塞9，通过阀芯5中的导流孔6，高压水进入低压室11，随着不断补充低压管道中的水量，逐渐增加其压力，根据消耗的水量对活塞9和阀芯5的开合度可以自动调节，并且此时保持低压室11的一侧的压力。该力作用于靠近低压室11侧的活塞9的有效部分上，并向左推动活塞9，由于趋于稳定的耗水量，固定好活塞9的位置，也实现了活塞9的左侧和右侧的水压平衡。由于活塞9的左侧和右侧有不同的受力有效横截面积，因此获得了不同的压力，发挥了减压的作用。

5 减压阀在多水平矿井中实际应用效果

2012开始该矿井对井下供水管路系统进行了改造，在各水平主供水管路上安装了比例减压阀，并根据各水平的高度差调节减压阀的减压比，从而达到井下各水平自动降压，至今该供水系统任在正常运行中，解决了多水平矿井供水压力高低不一的难题[3]。此种供水方案的优点是：内部结构简单，性能稳定可靠，运行费用低，维护量小，从而实现多水平深井供水自动调压，减压稳压效果显著。