浅谈矿山井下离心泵的引水启泵方式

梁仕义

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

矿山井下水泵房主要作用是：为保证井下采矿工作的正常进行，将井下水仓积水通过机械的方式输送至地面，避免井下巷道或者采场淹水造成生产设备损坏等经济损失，是矿山井下开采的重要保障。目前，我国矿山井下排水系统常用的排水水泵主要为矿用多级耐磨离心泵。离心泵是利用叶轮高速旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳内、叶轮间和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水高速旋转。泵壳内的水以离心方式运动，被甩到叶轮外缘，通过蜗形泵壳的流道流入水泵的排水管道。按泵房水泵的安装形式不同，离心水泵启动有压入式水泵启动和吸入式水泵启动。压入式安装，离心水泵在低位、水仓以下，可以直接引水启动；吸入式安装，离心水泵在高位、水仓液面以上，需要借助外力引水才能启动。

1 压入式排水泵房

压入式排水泵房，水仓位于卧式离心泵的上方，水仓内的水可以自流进入离心泵腔体、排走腔内空气，具有正压引水条件，水泵可以直接启动。大型泵站、自动化程度高、排水安全要求高的排水泵站，尤其是频繁启动的水泵，排水泵站设计宜采用压入式。

压入式泵站的优点有：①泵站设计设备选型不受离心泵吸程的限制，可以选用低吸程、无吸程或者需要一定注水高度的高效率、大流量水泵，从而达到节约能源、减少水泵台数、缩短泵房长度、减少硐室工程量的目的；②可以避免气蚀现象，提高水泵工作的可靠性，延长水泵使用寿命；③泵启动前无需灌水，有利于实现泵的自动控制，手动操作也极为方便；④吸水管无底阀，因此吸水管阻力损失小、电耗少。缺点有：①排水泵房低于主平巷，施工出渣困难，排水不方便，通风条件差；②当水文地质和工程地质条件比较复杂时，对施工技术和支护的坚固性要求比较高；③若两种泵房采用同一种型号规格水泵且其它条件相同时，压入式泵房比吸入式泵房的硐室开凿量需增加20%～30%。

2 吸入式排水泵房

吸入式离心水泵的引水启动方式主要有有底阀引水、无底阀引水两类。有底阀引水又分为压力管引水、高位水箱引水、水上底阀引水；无底阀引水又分为射流引水、真空泵引水、真空罐(水箱)引水、子母泵引水、正压引水、自吸引水。由于矿山井下空间的限制，井下排水系统常用的引水方式主要是压力管引水、射流引水、真空泵引水、真空罐引水等方式。该文仅讨论以下几种常见的引水启泵方式。

2.1 压力管引水

压力管引水方式是有底阀引水方式中最为常用的一种离心水泵引水启动方式，原理是利用排水管内的存水来为水泵自灌引水，见图1。

图1 压力管引水启泵

矿山井下水泵排水管道上均装有止回阀，因此排水管内都存有水。在止回阀的两端加装上旁通阀门，就可以将排水管内的存水引入到与之连接的水泵泵体，依此来实现水泵灌水启动。在水泵启动前，打开排水管上止回阀旁通通路上的闸阀和排气阀，排水管内的存水就可以通过旁通通路顺利进入泵体和吸水管，同时，吸水管和泵体内的空气就通过水泵上的排气阀排出来；当排气阀内有水喷出时，便可以关闭旁通通路，送电启动水泵，进行排水作业。

这种引水方式的优点是设备配置简单、工人容易操作；缺点是底阀在水仓配水巷下部，容易受到异物的影响导致密封不严、影响灌水，同时，吸水管有底阀造成管路损失较大、致排水效率不高。因此，这种引水方式一般主要用于小型泵站或者施工现场临时排水设施上。

2.2 射流引水

射流引水的原理是利用压力水通过射流泵产生的的真空负压，逐渐从离心泵泵体中抽出空气，配水巷内的水通过泵的吸水管自下而上地充满离心泵泵体，充满后离心水泵便可以平稳启动。射流引水启泵方式具有配置结构简单、设备占空间小、安装方便、排水作业运行可靠、维护方便等优点，是矿山井下一种非常常用的引水启泵方式；缺点是效率偏低、而且需要大量的高压水，且高压水的压力约为0.2～0.4 MPa，见图2。

图2 射流引水启泵

在射流引水启泵方式中，射流泵必须安装在离心水泵的顶部，水泵启动的同时必须关闭射流泵与离心水泵的连接截止阀。

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为普遍，其优点是启动速度快、运行可靠、易于实现自动化。用于给水泵房的真空泵，主要有SZB型水环式真空泵；利用偏心叶轮的旋转水环，周期性地压缩和扩大旋转水环与泵壳间间隙，从而形成真空负压，抽取离心水泵和吸水管内的空气，通过循环水箱的汽水分离功能实现水箱内的水循环使用，逐渐排空离心泵体内的空气。

真空泵引水启泵的方式主要使用的设备有真空泵、循环水箱、截止阀、给水阀、真空表等设备，连接方式见图3。

图3 真空泵引水启泵

真空泵引水启泵时，必须保证循环水箱内有足够的水。离心水泵启动前，打开给水阀门，循环水箱内的水流入真空泵；当水全部淹没真空泵的叶轮时，启动真空泵，同时打开截止阀，使真空泵与离心泵完成泵腔联通，以便抽取离心泵泵腔内的空气。空气和水在真空泵内充分混合后，通过汽水混流管道进入循环水箱，同时在循环水箱内自然排气；循环水则继续通过给水阀进入真空泵循环，直至抽空离心泵泵体内的空气。观察真空表，达到启动离心泵的启泵条件后，打开控制闸阀并关闭截止阀、真空泵、启动离心泵。

真空泵引水启泵的方式具有抽取离心泵真空效率高、操作步骤简单、水泵不易产生汽蚀、不需要压力水源等优点；缺点是真空泵需要提供额外的动力，而且设备安装占用空间大、硐室开掘量大，同时，真空泵的成本也较高。

2.4 真空罐(水箱)引水

真空罐(水箱)引水方式是在离心泵的吸入口与吸水管之间安装一个真空罐或者密闭的水箱。离心水泵启动前，真空罐或者水箱内需要加满水并保持密闭。启动水泵时，水泵将预先存在真空罐或者水箱内的水抽走，造成真空罐或者水箱内负压。随着真空罐或者水箱内的负压增加，吸水管内的空气被吸入真空罐或者水箱并通过与其连接的排气阀排出，真空度上升，直至吸水管内的空气完全被水箱负压将吸水井内的水充满真空罐/水箱和吸水管，水泵正常运行。

真空罐(水箱)引水启泵的方式主要使用设备有真空罐/水箱、给水阀、排气阀等，连接方式见图4。

图4 真空罐(水箱)引水启泵

从理论上说，真空罐(水箱)引水启泵方式只需要给真空罐/水箱灌一次水即可。实际上，由于受到某些不确定因素的影响，真空罐/水箱设备会有漏水，因此每隔一定的时间需要检查真空罐/水箱内的水位，并及时补充。真空罐(水箱)引水启泵的方式，优点是水泵启动不需要每次都进行灌水操作，排水作业方便快捷；缺点是真空罐/水箱占地面积大(真空罐/水箱的体积一般不小于吸水管长度体积的3倍)、硐室开掘量大；同时如果是自制水箱的话，对加工作业的工人技术要求较高。

3 结 语

矿山井下排水系统为井下生产作业创造了良好的工作环境，保证了井下工作人员安全工作和机电设备的良好运行，是井下安全生产的必要保障环节。由于矿山井下空间、地质条件等的限制，井下排水离心泵配置需要选择设备配置简单、作业操作方便、设备维护强度低、响应可靠的引水启泵方式。同时，矿山根据实际情况选择适合矿山自己的引水启泵方式，是保证排水系统高效运行的重要保证。