淺談礦山井下離心泵的引水啟泵方式

梁仕義

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

礦山井下水泵房主要作用是：為保證井下采礦工作的正常進行，將井下水倉積水通過機械的方式輸送至地面，避免井下巷道或者采場淹水造成生產設備損壞等經濟損失，是礦山井下開采的重要保障。目前，我國礦山井下排水系統常用的排水水泵主要為礦用多級耐磨離心泵。離心泵是利用葉輪高速旋轉而使水發生離心運動來工作的。水泵在啟動前，必須使泵殼內、葉輪間和吸水管內充滿水，然后啟動電機，使泵軸帶動葉輪和水高速旋轉。泵殼內的水以離心方式運動，被甩到葉輪外緣，通過蝸形泵殼的流道流入水泵的排水管道。按泵房水泵的安裝形式不同，離心水泵啟動有壓入式水泵啟動和吸入式水泵啟動。壓入式安裝，離心水泵在低位、水倉以下，可以直接引水啟動；吸入式安裝，離心水泵在高位、水倉液面以上，需要借助外力引水才能啟動。

1 壓入式排水泵房

壓入式排水泵房，水倉位于臥式離心泵的上方，水倉內的水可以自流進入離心泵腔體、排走腔內空氣，具有正壓引水條件，水泵可以直接啟動。大型泵站、自動化程度高、排水安全要求高的排水泵站，尤其是頻繁啟動的水泵，排水泵站設計宜采用壓入式。

壓入式泵站的優點有：①泵站設計設備選型不受離心泵吸程的限制，可以選用低吸程、無吸程或者需要一定注水高度的高效率、大流量水泵，從而達到節約能源、減少水泵臺數、縮短泵房長度、減少硐室工程量的目的；②可以避免氣蝕現象，提高水泵工作的可靠性，延長水泵使用壽命；③泵啟動前無需灌水，有利于實現泵的自動控制，手動操作也極為方便；④吸水管無底閥，因此吸水管阻力損失小、電耗少。缺點有：①排水泵房低于主平巷，施工出渣困難，排水不方便，通風條件差；②當水文地質和工程地質條件比較復雜時，對施工技術和支護的堅固性要求比較高；③若兩種泵房采用同一種型號規格水泵且其它條件相同時，壓入式泵房比吸入式泵房的硐室開鑿量需增加20%～30%。

2 吸入式排水泵房

吸入式離心水泵的引水啟動方式主要有有底閥引水、無底閥引水兩類。有底閥引水又分為壓力管引水、高位水箱引水、水上底閥引水；無底閥引水又分為射流引水、真空泵引水、真空罐(水箱)引水、子母泵引水、正壓引水、自吸引水。由于礦山井下空間的限制，井下排水系統常用的引水方式主要是壓力管引水、射流引水、真空泵引水、真空罐引水等方式。該文僅討論以下幾種常見的引水啟泵方式。

2.1 壓力管引水

壓力管引水方式是有底閥引水方式中最為常用的一種離心水泵引水啟動方式，原理是利用排水管內的存水來為水泵自灌引水，見圖1。

圖1 壓力管引水啟泵

礦山井下水泵排水管道上均裝有止回閥，因此排水管內都存有水。在止回閥的兩端加裝上旁通閥門，就可以將排水管內的存水引入到與之連接的水泵泵體，依此來實現水泵灌水啟動。在水泵啟動前，打開排水管上止回閥旁通通路上的閘閥和排氣閥，排水管內的存水就可以通過旁通通路順利進入泵體和吸水管，同時，吸水管和泵體內的空氣就通過水泵上的排氣閥排出來；當排氣閥內有水噴出時，便可以關閉旁通通路，送電啟動水泵，進行排水作業。

這種引水方式的優點是設備配置簡單、工人容易操作；缺點是底閥在水倉配水巷下部，容易受到異物的影響導致密封不嚴、影響灌水，同時，吸水管有底閥造成管路損失較大、致排水效率不高。因此，這種引水方式一般主要用于小型泵站或者施工現場臨時排水設施上。

2.2 射流引水

射流引水的原理是利用壓力水通過射流泵產生的的真空負壓，逐漸從離心泵泵體中抽出空氣，配水巷內的水通過泵的吸水管自下而上地充滿離心泵泵體，充滿后離心水泵便可以平穩啟動。射流引水啟泵方式具有配置結構簡單、設備占空間小、安裝方便、排水作業運行可靠、維護方便等優點，是礦山井下一種非常常用的引水啟泵方式；缺點是效率偏低、而且需要大量的高壓水，且高壓水的壓力約為0.2～0.4 MPa，見圖2。

圖2 射流引水啟泵

在射流引水啟泵方式中，射流泵必須安裝在離心水泵的頂部，水泵啟動的同時必須關閉射流泵與離心水泵的連接截止閥。

2.3 真空泵引水

真空泵引水方式在城市供水泵站中采用的最為普遍，其優點是啟動速度快、運行可靠、易于實現自動化。用于給水泵房的真空泵，主要有SZB型水環式真空泵；利用偏心葉輪的旋轉水環，周期性地壓縮和擴大旋轉水環與泵殼間間隙，從而形成真空負壓，抽取離心水泵和吸水管內的空氣，通過循環水箱的汽水分離功能實現水箱內的水循環使用，逐漸排空離心泵體內的空氣。

真空泵引水啟泵的方式主要使用的設備有真空泵、循環水箱、截止閥、給水閥、真空表等設備，連接方式見圖3。

圖3 真空泵引水啟泵

真空泵引水啟泵時，必須保證循環水箱內有足夠的水。離心水泵啟動前，打開給水閥門，循環水箱內的水流入真空泵；當水全部淹沒真空泵的葉輪時，啟動真空泵，同時打開截止閥，使真空泵與離心泵完成泵腔聯通，以便抽取離心泵泵腔內的空氣。空氣和水在真空泵內充分混合后，通過汽水混流管道進入循環水箱，同時在循環水箱內自然排氣；循環水則繼續通過給水閥進入真空泵循環，直至抽空離心泵泵體內的空氣。觀察真空表，達到啟動離心泵的啟泵條件后，打開控制閘閥并關閉截止閥、真空泵、啟動離心泵。

真空泵引水啟泵的方式具有抽取離心泵真空效率高、操作步驟簡單、水泵不易產生汽蝕、不需要壓力水源等優點；缺點是真空泵需要提供額外的動力，而且設備安裝占用空間大、硐室開掘量大，同時，真空泵的成本也較高。

2.4 真空罐(水箱)引水

真空罐(水箱)引水方式是在離心泵的吸入口與吸水管之間安裝一個真空罐或者密閉的水箱。離心水泵啟動前，真空罐或者水箱內需要加滿水并保持密閉。啟動水泵時，水泵將預先存在真空罐或者水箱內的水抽走，造成真空罐或者水箱內負壓。隨著真空罐或者水箱內的負壓增加，吸水管內的空氣被吸入真空罐或者水箱并通過與其連接的排氣閥排出，真空度上升，直至吸水管內的空氣完全被水箱負壓將吸水井內的水充滿真空罐/水箱和吸水管，水泵正常運行。

真空罐(水箱)引水啟泵的方式主要使用設備有真空罐/水箱、給水閥、排氣閥等，連接方式見圖4。

圖4 真空罐(水箱)引水啟泵

從理論上說，真空罐(水箱)引水啟泵方式只需要給真空罐/水箱灌一次水即可。實際上，由于受到某些不確定因素的影響，真空罐/水箱設備會有漏水，因此每隔一定的時間需要檢查真空罐/水箱內的水位，并及時補充。真空罐(水箱)引水啟泵的方式，優點是水泵啟動不需要每次都進行灌水操作，排水作業方便快捷；缺點是真空罐/水箱占地面積大(真空罐/水箱的體積一般不小于吸水管長度體積的3倍)、硐室開掘量大；同時如果是自制水箱的話，對加工作業的工人技術要求較高。

3 結 語

礦山井下排水系統為井下生產作業創造了良好的工作環境，保證了井下工作人員安全工作和機電設備的良好運行，是井下安全生產的必要保障環節。由于礦山井下空間、地質條件等的限制，井下排水離心泵配置需要選擇設備配置簡單、作業操作方便、設備維護強度低、響應可靠的引水啟泵方式。同時，礦山根據實際情況選擇適合礦山自己的引水啟泵方式，是保證排水系統高效運行的重要保證。