礦山井下供水系統(tǒng)水減壓閥

                           礦山井下供水系統(tǒng)水減壓閥

                             上海申弘閥門有限公司

之前介紹三級(jí)減壓閥串聯(lián)，現(xiàn)在介紹礦山井下供水系統(tǒng)水減壓閥根據(jù)煤礦井下供水的特點(diǎn)，從節(jié)約水資源、減少能源消耗、降低礦井生產(chǎn)成本出發(fā)，探討經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠的煤礦井下供水方案，為煤礦的正常安全生產(chǎn)提供可靠的保證。水用減壓閥介質(zhì)走向由上進(jìn)下出，當(dāng)調(diào)節(jié)出口壓力時(shí)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，使活塞向下移動(dòng)，打開主閥，改變節(jié)流面積，造成壓力損失，實(shí)現(xiàn)減壓目的。由于閥后介質(zhì)通過通道流入活塞下腔并與活塞上方保持平衡，當(dāng)壓力和流量變化時(shí)，使主閥節(jié)流面積始終保持相應(yīng)位置，由于本閥采用卸荷機(jī)構(gòu)，減小進(jìn)口壓力變化對(duì)出口壓力影響，同時(shí)加大了出口壓力作用面積，即加大敏感元件作用面積，從而減小了閥門出口壓力偏差，大大提高了減壓閥的穩(wěn)定效果。

    關(guān)鍵詞：礦山井下供水系統(tǒng)水減壓閥礦井供水；優(yōu)化方案；減壓閥；節(jié)約能源

    1 概述

    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)。上海申弘閥門有限公司生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品有：減壓閥(氣體減壓閥Y42X水用減壓閥適用于水或空氣主要以液體為主的液體減壓閥，密封面為軟密封可選用丁晴橡膠和四氟型號(hào)分別為 Y42X和Y42F ，閥門本身不帶壓力表可在法蘭兩端加裝壓力表可方便自行調(diào)節(jié)。該減壓閥為彈簧活塞式減壓閥，是Y416X彈簧薄膜式減壓閥的換代產(chǎn)品。



本產(chǎn)品為水用減壓閥Y42X-16C  DN150

閥門全稱：彈簧直接作用減壓閥  彈簧活塞式減壓閥  彈簧薄膜式減壓閥

主要連接尺寸為：長(zhǎng)度L-450mm    高度:H1-205  H2-580mm   法蘭連接尺寸可以按照客戶需求 JB  GB  HG  三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 適用溫度：0～90℃

    2 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，無形中增加了礦井的生產(chǎn)成本。

水用減壓閥工作原理：

本閥通過啟閉件的節(jié)流，造成壓力損失迫使進(jìn)口壓力在出可處降低某一個(gè)需要植，當(dāng)流量和壓力變化時(shí)，利用本身介質(zhì)能量，來控制出口壓力基本不變的目的。



    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，減少從地面取水以節(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I：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Ⅱ：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種減壓閾的制造成本較高，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

    定比減壓闊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：

   

    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。

    6 結(jié)束語

    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。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：不銹鋼減壓閥在富士?jī)x表應(yīng)用