浅谈矿山井下离心泵的引水启泵方式

边洪波

（山东金岭矿业股份有限公司， 山东 淄博 255000）

0 引言

矿山井下排水系统就是为了有效将井下的积水通过机械设备运输到地面上， 从而保证整个采矿工作的正常运行，也避免了由于井下积水而造成的采矿设备损坏，是当前矿山井下工作中最为重要的一环。当前，我国主要是运用多级耐磨离心泵作为矿山井下排水系统的主要排水水泵， 其主要是利用叶轮急性高速转动迫使水发生离心运动来完成对水的排放工作的。因此，在使用离心水泵的时候，要在其工作之前将在泵壳内、吸水管内、叶轮之间充满水，再启动，这样可以帮助泵轴带动叶轮进行高速转动。在泵壳内的水将以离心运动的方式被甩到叶轮边缘，从而通过蜗形泵壳的流道进入水泵的排水管道。 按照水泵启动方式的不同， 可以将之分为压入式水泵启动以及吸入式水泵启动两种形式， 前者是在离心水泵低于水仓的时候使用，后者是在离心水泵高于水仓的情况下使用，在使用的时候，要借助外力引水。

1 压入式排水泵房概述

压入式水泵房就是当卧式离心泵位于水仓水位下方得到时候，水仓内的水将直接流入到离心泵之中，并排除离心泵腔体中的空气，使之具备高压引水的条件，这个时候，水泵就可以直接启动。 当前，在大型泵站这种对于排水安全要求高、自动化程度高、排水频繁的泵站房中一般采用的都是压入式。

1.1 压入式泵站优点分析

首先，这类泵站不会受到离心泵吸程的限制，对于设备型号没有特殊要求，在选用的时候，可以尽量选择一些低吸程或者是无吸程的水泵，从而达到减少水泵台数、缩短水泵房长度，以到达节约能源的效果；其次，使用这类水泵将有效避免气蚀现象，从而提高了水泵工作的安全性与可靠性，延长了水泵的使用寿命；再次，在使用这类水泵的时候，无需提前往水泵内灌水，可以实现水泵的自动化控制，对于操作要求减低；最后，使用这类水泵将应为其吸水管阻力小，从而对于电能的耗费较小，节约了成本[1]。

1.2 压入式泵站缺点分析

首先，排水泵房一般位于主平巷中，在施工的时候，难以将施工残渣运出，同分条件较差，排水不方便；其次，当水文地质和工程地质条件较为复杂的时候， 对施工技术与支护的要求较高；最后，当所有条件一致的情况下，压入式泵房的硐室开凿量比吸入式泵房高20%以上。

2 吸入式泵房概述

吸入式离心水泵的引水启泵方式主要分为底阀引水和无底阀水两个类型。前者又可以分为压力管引水、水上底阀引水和高位水箱引水三种；后者分为真空泵引水、真空罐（ 水箱） 引水、射流引水、正压引水、自吸引水和子母泵引水六种；但是，由于矿山井下受到空间的额限制，井下排水系统常常使用压力管引水、 射流引水、 真空泵引水、真空罐引水等方式。本文仅仅针对这几种常见的引水启泵方式进行分析。

2.1 压力管引水启泵方式分析

压力管引水方式就是通过底阀引水启动离心水泵的方式， 是运用排水管内的存水来为水泵精心子灌引水的原理，见图1。

矿井地下泵的排水管上有回流阀，通过在回流阀两端安装旁通阀，使排水管中有水，可将排水管中的水引入相连的泵体，在打开排水管处控制阀旁通通道上的闸阀和排气阀之前，通过充水启动水泵，并将水排出在排水管中可以通过旁通方式顺利进入泵体和吸入管。 同时，吸入管和泵体中的空气通过泵处的排气阀排出；当水从排气阀排出时，可关闭旁通通道，通过动力传递启动水泵排出水流[2]。

这种水重定向方法的优点是装置配置简单， 工人操作方便；缺点是配水路底部的地面阀位于沼泽地，受外事影响较小，密封松动，影响灌溉。同时，吸入管中的下阀造成管道损失大，排水量低。 因此，这种排水方式通常用于小型泵站或现场临时排水系统。

图1 压力管引水启泵Fig.1 Pump starting with pressure pipe

2.2 射流引水启泵方式分析

射流引水启泵的原理是利用喷嘴泵引导的欠压水的压力，从循环泵体中逐渐抽出空气。水道中的水通过泵的吸入管自下而上充满离心泵体。充液后，离心泵能平稳启动。射流分流器的启动方式具有配置结构简单、设备空间小、安装舒适、排水可靠、维护方便等优点，是地下矿山非常常见的通道分流器启动方式。缺点是效率低，高压水量大，高压水压力约0.2～0.4MPa，见图2。

图2 射流引水启泵Fig.2 Jet water diversion pump starting

喷嘴泵应安装在喷嘴移动路径上的离心泵顶部，泵启动时应关闭喷嘴泵与离心泵之间的连接阀。

2.3 真空泵引水启泵方式分析

真空泵广泛应用于城市泵站中， 具有存取速度快、运行可靠、自动化程度高等优点。供水泵房使用的真空泵主要由SZB 型水泵组成，利用偏心轮的旋转水环， 使旋转水环与泵秤之间的间隙周期性地压缩和膨胀，形成真空，将离心泵和吸入管中的空气抽出。循环水箱的汽水分离功能将水箱中的水回收， 循环泵部分的空气逐渐排空。 启动真空泵的主要设备有真空泵、循环水箱、截止阀、供水、真空计数器等[2]。 真空泵启动前，循环水箱必须有足够的水。 启动离心泵时，打开进水阀，循环水箱中的水流入真空泵，当水完全浸没真空泵的叶轮时，启动真空泵，同时打开截止阀，完成真空泵与离心泵的连接，使空气进入离心泵的腔体排出。 空气和水在真空泵中完全混合后，通过汽水混合器进入循环水箱，同时进入循环水箱；循环水继续通过进水阀进入真空泵，直到循环水泵中的空气排出。 观察真空显示，打开控制栅极阀，关闭截止阀，真空泵达到离心泵的初始状态后启动离心泵。真空泵具有真空效率高、工作步骤简单、无气蚀、无压力水源等优点；缺点是真空泵必须提供附加动力， 厂房占地面积大， 腔室开挖量大， 同时真空泵造价高，见图3。

图3 真空泵引水启泵Fig.3 Start up of vacuum pump by water diversion

2.4 真空罐（水箱）引水启泵方式分析

真空罐（水箱）中的供水由一个真空罐或一个封闭水箱组成，位于离心泵的吸入连接和要安装的吸入管之间。离心泵启动前，真空罐或水箱必须注满并保持关闭；如果水泵启动，真空罐或水箱中的水通过水泵泵送，导致真空罐或水箱中产生负压。随着真空罐或水箱内负压的增大，空气吸入真空罐或水箱内的吸入管， 通过与真空罐或水箱相连的排气阀排出，真空度增大，直到吸水管中的空气被水箱的负压完全充满吸水管中的水， 水泵正常为止真空箱（水箱）主要用于水的重定向和水泵的启动，包括真空箱（水箱）、进水阀、排气阀等，见图4。

从理论上讲，真空罐（水箱）必须只充一次水， 实际上， 由于一些不确定因素的影响，真空罐/水箱设备会耗尽， 所以每次都要检查真空罐/水箱的水位， 及时补充水泵吸水的好处 （水箱） 是水泵无需每次浇水， 排水舒适快捷；缺点是真空罐/水箱占地面积大（真空罐/水箱容积一般不小于吸管长度的三倍）和腔室开挖容积大体积大，同时是自建水箱时，对加工工人的技术要求较高。

图4 真空罐（水箱）引水启泵Fig.4 Vacuum tank （water tank）water diversion pump start

3 结束语

矿山井下排水系统就是为了为井下采矿作业营造良好的工作环境， 充分保证井下采矿设备运行安全以及保证工作人员的人身安全。在矿山井下作业期间，由于其受到空间、地质条件等因素的限制，对井下排水离心泵的配置需求不仅要求其具有良好的排水性能， 更要选择配置简单、操作简单、设备维护强度低的离心泵，此外，矿山还要依据实际你去你赶快来选择合适的矿山引水启泵方式，充分保证整个排水系统运行的高效性、安全性。