礦山井下供水減壓閥

                            上海申弘閥門有限公司
【摘要】 通鋼集團(tuán)敦化塔東礦是井下開采鐵礦石的礦山,始建于1988年,隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,塔東礦現(xiàn)年生產(chǎn)能力已達(dá)到68萬(wàn) t。隨著生產(chǎn)工藝的不斷降段,生產(chǎn)作業(yè)面已由627水平降到387水平(塔東礦的開采水平以海平面為基準(zhǔn)計(jì)算高度),生產(chǎn)供水壓力隨之加大,特別是現(xiàn)在井下移動(dòng)水管采用聚乙烯塑料管,易導(dǎo)致水管破裂,現(xiàn)場(chǎng)跑、冒、滴、漏較難治理.造成井下給水和排水系統(tǒng)能源浪費(fèi)。設(shè)上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。備供水壓力過大導(dǎo)致系統(tǒng)性和穩(wěn)定性差,在井下生產(chǎn)作業(yè)面分
我國(guó)是個(gè)淡水資源緊缺的國(guó)家,節(jié)水節(jié)能是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。對(duì)于從事煤炭生產(chǎn)的煤礦,井 下的消防灑水、滅塵噴霧、冷卻降溫等方面需要消耗大量的用水。在煤炭開采的開拓方案中,無(wú)論是平硐開拓、斜井開拓還是立井開拓,其主要開拓大巷通常布置在其中的某個(gè)水平,而煤層的賦存通常有一定的傾角,同一煤層在井田范圍內(nèi)的埋藏是不同的,對(duì)于煤層群更是埋藏在不同的地質(zhì)層高內(nèi),因此在同一井田范圍的不同采區(qū)高差可相差幾百米。 煤礦井下供水多數(shù)由地面經(jīng)井筒中的供水管路以自流靜壓的方式向井下供水。這樣因水的靜壓原因不同層高的采區(qū)水壓差很大,上山開拓的采區(qū)的水壓低于主水平大巷,下山開拓的采區(qū)的水壓高于主水平大巷。其結(jié)果是有的地方供水不足,有的地方水壓過高造成爆管或損壞設(shè)備,影響礦井的安全生產(chǎn)。煤礦井下供水應(yīng)注意的事項(xiàng)
按照2006年11月1日起實(shí)施的??煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范 規(guī)定,煤礦井下供水的大壓力不得超過4.0MPa,此規(guī)定的目的除考慮投資成本、運(yùn)行成本外,還考慮到因水壓過高造成爆管后可能對(duì)在巷道中的行人存在安全威脅。
煤礦井下用水主要是消防用水,噴霧降塵用水,機(jī)電設(shè)備的冷卻用水。如果水壓過大,則水量消耗大,同時(shí)可能對(duì)機(jī)電設(shè)備造成爆裂事故。而水壓過小,則水量小致使霧化效果不好,除塵效果差,同時(shí)機(jī)電設(shè)備的冷卻水量不足而超溫停機(jī)。

對(duì)于采區(qū)使用的機(jī)電設(shè)備對(duì)冷卻用水水壓的要求通常是!3.0MPa,理想水壓在1.5~2.5MPa,既能滿足設(shè)備冷卻水壓的要求,又可保證消防、灑水的水壓需要。 3??現(xiàn)煤礦常用的供水方式及缺點(diǎn) 對(duì)于煤層賦存較淺(300~400m)的煤礦,大多 采用靜壓直接向井下供水,而井深超過400m深的礦井就不能直接供水了,必須進(jìn)行降壓后才能供水,否則因壓力過高一方面是容易造成管路爆管事故,跑水,浪費(fèi)水資源,另一方面是爆管后的高壓水對(duì)在巷道中的行人存在安全威脅。因此較深的礦井常采用以下幾種供水方式: (1)在井下建降壓水池,地面的水經(jīng)井筒中的管道以靜壓向井下降壓水池供水,在降壓水池邊設(shè)立給水泵站,通過水泵向采區(qū)供水。 此種供水方式的缺點(diǎn)是只能使主水平大巷的供水壓力符合規(guī)范規(guī)定,不能保證上山采區(qū)、下山采區(qū)的供水壓力合理,水泵供水還消耗大量的能源,供水系統(tǒng)的維護(hù)成本高。 (2)在井下大巷的主供水管道上設(shè)立疏水降壓閥,直接向大巷水溝中排放出一部分水來(lái)達(dá)到降壓的目的。 其缺點(diǎn)是排放的水被浪費(fèi),增加了礦井的排水量,不能保證井下供水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定,上山采區(qū)、下山采區(qū)的供水壓力不合理。 (3)老礦井也采用井下建水池,收集采空區(qū)的水,再通過水泵向各采區(qū)供水。其缺點(diǎn)是不能保證上山采區(qū)、下山采區(qū)的供水壓力合理,另未經(jīng)處理的井下水中含有腐蝕性的成份,增加了管路和機(jī)電設(shè)備的故障率,加大了維修成本,同時(shí)影響管路和機(jī)電設(shè)備的使用壽命,無(wú)形中增加了礦井的生產(chǎn)成本。4??優(yōu)化的供水方案 煤礦供水因其特殊性,供水系統(tǒng)屬開式、高壓、大流量,不同時(shí)段的用水量不均衡,考慮機(jī)電設(shè)備承壓的能力等特點(diǎn),要求系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠,減少管路的跑、冒、滴、漏,節(jié)約水資源,降低維護(hù)成本和降低能源消耗,為礦井的生產(chǎn)提供安全保障。 因此煤礦井下供水的理想方案應(yīng)滿足以下條件:利用煤炭開采過程中的礦井涌水,減少?gòu)牡孛嫒∷怨?jié)約水資源;系統(tǒng)壓力穩(wěn)定且具有流量自適應(yīng)性;供水系統(tǒng)的能源消耗少。為此在調(diào)研多個(gè)礦井的供水系統(tǒng)后,經(jīng)反復(fù)比較提出以下兩個(gè)適用于煤礦井下供水系統(tǒng)的方案。 方案#:利用地面礦井水處理站處理后的礦井水,井下采用比例減壓閥分區(qū)減壓供水。井下供水系統(tǒng)如圖1
所示。 圖1??井下供水系統(tǒng)圖 ????利用井下主排水泵排到地面的礦井水經(jīng)處理站處理的水自流到井筒中的主供水管,在下井口分為2路。一路選用大比例的減壓閥將水壓減壓到4.0MPa以下,在主要大巷中敷設(shè)1趟管路上山采區(qū),保證上山采區(qū)的供水壓力在1.5~4.0MPa。另一路選用較小比例的減壓閥將水壓減到3.0MPa以下,經(jīng)大巷中的主供水管路向主水平及下山采區(qū)供水。對(duì)于下山采區(qū)垂高超過100m的工作面,再增加小比例的減閥壓將水壓減到3.0MPa。井下供水的水源壓力是由水的勢(shì)能靜壓決定的,對(duì)于1個(gè)具體的礦井,在下井口的實(shí)際壓力是由井筒深度決定的,是1個(gè)固定值,選用適當(dāng)?shù)谋壤郎p壓閥后,各減壓閥出口壓力也為一個(gè)定值,可以方便地控制各采區(qū)的供水壓力范圍。如某礦的主水平井筒深度為600m,下井口的水壓約為6MPa,對(duì)于主水平管路可選2?1的減壓閥將出口壓力減到3.0MPa,對(duì)于上部采區(qū)選用3?2的減壓閥將出口壓力減到4.0MPa。 方案%:在井下建澄清水池和設(shè)置水處理裝置,

采用變頻控制的水泵供水。根據(jù)礦井需要的用水量,在井下建適當(dāng)容量澄清水池,設(shè)置水處理裝置,收集采空區(qū)和地質(zhì)探放鉆孔中的清水在井下澄清水池中進(jìn)行加藥處理,消除水中的腐蝕性的成份后使用。井下供水泵站選用防爆型的變頻器進(jìn)行控制,水泵出口設(shè)壓力傳感器將壓力信號(hào)反饋給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,水泵輸出壓力穩(wěn)定、流量滿足系統(tǒng)需要水量。水泵的出口壓力可根據(jù)礦井的生產(chǎn)布局情況進(jìn)行設(shè)定,當(dāng)有上山開采的采區(qū)時(shí),可將壓力調(diào)整接近4.0MPa,沒有上部采區(qū)時(shí)將壓力減小到3.0MPa。主水平附近的下部采區(qū)可選用比例減壓閥控制供水壓力,礦井延伸的下部水平可采用從澄清水池以自流靜壓的方式供水。5??減壓閥的選用 因井下用水量大,水介質(zhì)的清潔度相對(duì)較差,因此必須選用流量大、抗污染能力強(qiáng)且制造成本低的減壓閥。減壓閥的種類有定比減壓閥、定壓減壓閥和定差減壓閥。 對(duì)于大流量的回路中,定壓減壓閥和定差減壓閥只能采用先導(dǎo)型,則其對(duì)介質(zhì)清潔度的要求高,同時(shí)這2種減壓閥的制造成本較高,不能滿足井下供水系統(tǒng)中使用。定比減壓閥因制造方便且抗污染能力強(qiáng),因此在井下供水系統(tǒng)中選用定比減壓閥。定比減壓閥的工作原理如圖2所示。 圖2??定比減壓閥的工作原理 ????定比減壓閥的工作原理是高壓介質(zhì)從p1口進(jìn)入減壓閥,壓力作用在閥芯柱塞的小端,推動(dòng)閥芯左移,介質(zhì)經(jīng)節(jié)流口和閥體內(nèi)的流道到閥芯柱塞的大端,減壓后的壓力作用下推動(dòng)閥芯右移,按照原設(shè)定的減壓比例達(dá)到1個(gè)平衡位置,使p2按p1的比例輸出相應(yīng)的壓力。 閥芯的受力平衡方程式為:pp1?p2=d2 2?d2 1 當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時(shí),在閥芯兩端壓力的作用下,自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)節(jié)流口開度的大小,保持出口壓力按進(jìn)口壓力的比例輸出,而與流經(jīng)減壓閥的流量無(wú)關(guān)。當(dāng)介質(zhì)不流動(dòng)時(shí),靜壓作用下閥芯右移關(guān)閉節(jié)流口,維持進(jìn)出口的壓力比例不變。 從定比減壓閥的工作原理可知,當(dāng)系統(tǒng)需要介質(zhì)時(shí),介質(zhì)流流經(jīng)減壓閥,按定比減壓。當(dāng)系統(tǒng)不需要介質(zhì)時(shí),自動(dòng)關(guān)斷而保持減壓比不變。此種既能減動(dòng)壓,又能減靜壓的原理特別適用于煤礦井下的開式供水的管路系統(tǒng)中,無(wú)論流量大小始終保證出口壓力穩(wěn)定。 實(shí)際使用中,根據(jù)p1的壓力和所需p2壓力的大小,選擇閥芯兩端的直徑,制成相應(yīng)的減壓比,如2?1,3?2,4?3等。也可將減壓閥制造成管道式結(jié)構(gòu),便于在供水管路中安裝。水處理站,供水系統(tǒng)簡(jiǎn)單,日常管理方便,沒有電能消耗,管道故障率低,系統(tǒng)的維護(hù)成本低。缺點(diǎn)是在大巷中需增加一趟為上部采區(qū)供水管路。 變頻控制供水方案優(yōu)點(diǎn)有:在井下處理礦井水直接利用,減少了礦井總的排水量可節(jié)約電能,供水系統(tǒng)不需在井筒中敷設(shè)高壓管路,從根本上杜絕了爆管跑水事故,采用變頻控制能提高供水泵的使用壽命和節(jié)約電能。缺點(diǎn)是初期投資成本相對(duì)較高。 這2種方案都具有以下優(yōu)點(diǎn):井下各采區(qū)供水壓力穩(wěn)定合理,滿足??煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范 規(guī)定要求,供水流量自適應(yīng)生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)需要,不需取用地表水節(jié)約淡水資源,礦井總能源消耗減少,供水的總成本大大降低,礦井水再利用后減少外排量,
達(dá)到環(huán)保效果。

結(jié)束語(yǔ) 本文提出的2種方案克服了現(xiàn)行供水方式的缺點(diǎn),2種方案比較如下。 分區(qū)減壓供水方案優(yōu)點(diǎn)有:水源取自地面礦井

【作者單位】： 通鋼集團(tuán)敦化塔東礦業(yè)有限責(zé)任公司; 
【關(guān)鍵詞】： 活塞式減壓閥 供水系統(tǒng) 彈簧 聚乙烯塑料管 供水壓力 出口壓力 排水系統(tǒng) 生產(chǎn)工藝 薄膜式 鐵礦石 
【分類號(hào)】：TD218
【正文快照】： 
通鋼集團(tuán)敦化塔東礦是井下開采鐵礦石的礦山,始建于1988年,隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,塔東礦現(xiàn)年生產(chǎn)能力已達(dá)到6B萬(wàn)t。隨著生產(chǎn)工藝的不斷降段,生產(chǎn)作業(yè)面已由627水平降到387水平(塔東礦的開采水平以海平面為基準(zhǔn)計(jì)算高度),生產(chǎn)供水壓力隨之加大,特別是現(xiàn)在井下移動(dòng)水管采用聚

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