對多水平礦井防粉塵供水系統降壓的研究

劉玉虎

中煤新集二礦皮帶隊 安徽淮南 232000

1 概論

某礦隱藏的井田被第四系覆蓋，煤層埋藏較深，-750m為此礦井的最深開采水平，2019年核定年產為量270萬噸/年，礦井為多水平開采，最高為-360m水平，設計最低水平為-1000m以下。由地面供給生產與防粉塵用水，而且因為礦井深度大于750m，為深礦井。另外最高水平和最低水平之間的落差也達到了390m。所以常常會產生過高供水壓力和各水平供水壓力高低不一的麻煩，即使對管線與閘閥等損耗的壓力不予以考慮，到井下最高供水壓力能夠至 7．5Mpa，每個水平供水壓力之間的差異最高能至 3．9 Mpa (實際井下供水壓力值在2～3MPa之間)。而供水壓力超高和供水壓力不均即不能滿足使用要求，并且會是安全事故的根源，對正常生產活動造成不良的影響，必須將各水平的供水壓力降到合適范圍內才能滿足需要。

2 較深礦井采用的供水方式分析

（1）安裝一個傳統的彈簧式減壓閥，由于管道中的高壓，井筒減壓需要幾個減壓閥，用于減壓供水。而這種供水方式的不好的地方是供水壓力不能夠自動調節，減壓閥容易損壞，需經常更換，在井筒內維修困難，維護成本高[1]。（2）可以在立井井筒里建一個以上降壓水池進行降壓，在將地面水直接供應到減壓池之后，將一定高度的減壓池二次供應給采礦的工作表面。而這種供水方法不好的地方是一次性投入過大，并且將井壁結構設計難度增加已經使井筒內維護及維修難度加大，進而使供水系統進水水位不受控制。（3）在井下修建一個降低壓力的水池，地面水通過井筒中的管線用靜壓供應到井下的降壓水池，并且水池設置給水泵站，從而給生產區域供水。 這種供水的不足之處就是消耗太多能量，并且增加了供水系統整體的維護成本。（4）電控式流量減壓方式，在井下安裝壓力傳感器，地面安裝流量控制電磁閥，通過井下的壓力傳感器的信號，進行放大，驅動流量電磁閥，達到減壓的目的。此種供水方式對設備要求精度較高，能耗較高，且一旦電路故障，有可能導致較大的安全事故，故需在井下管路上設置多處泄壓閥。（5）利用比例減壓閥進行自動減壓，根據實際需要選擇合適的比例減壓閥安裝在各水平的主供水管路上，利用減壓閥對各水平的供水壓力進行自動調節，達到分水平減壓供水的目的。此種供水方式結構簡單，功能可靠，運行費用低，維護量小，能夠實現多水平深井供水自動調壓。

3 多水平礦井供水方式的選擇

通過對較深礦井采用的供水方式進行分析，利用比例減壓閥進行自動減壓供水應用在多水平礦山供水系統中效果最好，同時設備安裝難度小，能源消耗小，經濟價值高，同時能夠解決多水平礦井供水壓力高低不一的難題。

4 比例減壓閥的結構組成與工作原理

4.1 比例減壓閥的原理

此種減壓閥以帕斯卡原理為基礎，并且施加到封閉流體的壓力可以使流體在所有方向上運移。當減壓閥打開時，高壓水將活塞向右推動使倒流孔露出來，來自高壓側的高壓水通過倒流孔進入低壓室。當低壓室中的水壓逐漸增加時，活塞右側的壓力當壓力大于左側時，活塞向左移動，這阻擋了活塞上的導游孔，此時高壓水就不會向低壓面流動[2]。當低壓側的壓力降低時，活塞向右移動并向低壓側開始供水，話句話說就是當只有低壓側的壓力小于設定壓力時，活塞向右移動以向低壓側供水。而當低壓側的壓力達到設定壓力后，活塞向左移動，供水停止，壓力自動降低。由活塞插頭左側和右側的面積比控制之降壓比。

4.2 比例減壓閥結構圖（見圖1）

比例減壓閥由高壓腔體（1），高壓腔（2），壓力表（3），過濾器（4），閥芯（5），導流孔（6），潤滑腔（7），導油孔（8），T型形狀的活塞（9），連接螺栓（10），低壓腔（11），低壓腔體（12），壓縮彈簧（13），O型圈（14），潤滑油缸（15），小液壓缸（16），Y型密封圈（17），界盤（18），導向環（19），大液壓缸（20），右法蘭盤（21），固定導桿（22），左法蘭盤（23）等部件組成。

圖1 減壓閥結構圖

由活塞9的左側和右側的有效橫截面積的比率確定比例減壓閥的減壓程度，并且理論上可以任意設定。在高壓室2進入高壓水，其作用在活塞9上，向右推動，分離閥芯5與活塞9，通過閥芯5中的導流孔6，高壓水進入低壓室11，隨著不斷補充低壓管道中的水量，逐漸增加其壓力，根據消耗的水量對活塞9和閥芯5的開合度可以自動調節，并且此時保持低壓室11的一側的壓力。該力作用于靠近低壓室11側的活塞9的有效部分上，并向左推動活塞9，由于趨于穩定的耗水量，固定好活塞9的位置，也實現了活塞9的左側和右側的水壓平衡。由于活塞9的左側和右側有不同的受力有效橫截面積，因此獲得了不同的壓力，發揮了減壓的作用。

5 減壓閥在多水平礦井中實際應用效果

2012開始該礦井對井下供水管路系統進行了改造，在各水平主供水管路上安裝了比例減壓閥，并根據各水平的高度差調節減壓閥的減壓比，從而達到井下各水平自動降壓，至今該供水系統任在正常運行中，解決了多水平礦井供水壓力高低不一的難題[3]。此種供水方案的優點是：內部結構簡單，性能穩定可靠，運行費用低，維護量小，從而實現多水平深井供水自動調壓，減壓穩壓效果顯著。