對(duì)多水平礦井防粉塵供水系統(tǒng)降壓的研究

劉玉虎

中煤新集二礦皮帶隊(duì) 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(chǎn)為量270萬噸/年，礦井為多水平開采，最高為-360m水平，設(shè)計(jì)最低水平為-1000m以下。由地面供給生產(chǎn)與防粉塵用水，而且因?yàn)榈V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(dá)到了390m。所以常常會(huì)產(chǎn)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(duì)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(gè)水平供水壓力之間的差異最高能至 3．9 Mpa (實(shí)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(huì)是安全事故的根源，對(duì)正常生產(chǎn)活動(dòng)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(nèi)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(gè)傳統(tǒng)的彈簧式減壓閥，由于管道中的高壓，井筒減壓需要幾個(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)，減壓閥容易損壞，需經(jīng)常更換，在井筒內(nèi)維修困難，維護(hù)成本高[1]。（2）可以在立井井筒里建一個(gè)以上降壓水池進(jìn)行降壓，在將地面水直接供應(yīng)到減壓池之后，將一定高度的減壓池二次供應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度增加已經(jīng)使井筒內(nèi)維護(hù)及維修難度加大，進(jìn)而使供水系統(tǒng)進(jìn)水水位不受控制。（3）在井下修建一個(gè)降低壓力的水池，地面水通過井筒中的管線用靜壓供應(yīng)到井下的降壓水池，并且水池設(shè)置給水泵站，從而給生產(chǎn)區(qū)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(tǒng)整體的維護(hù)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(hào)，進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)流量電磁閥，達(dá)到減壓的目的。此種供水方式對(duì)設(shè)備要求精度較高，能耗較高，且一旦電路故障，有可能導(dǎo)致較大的安全事故，故需在井下管路上設(shè)置多處泄壓閥。（5）利用比例減壓閥進(jìn)行自動(dòng)減壓，根據(jù)實(shí)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(duì)各水平的供水壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到分水平減壓供水的目的。此種供水方式結(jié)構(gòu)簡單，功能可靠，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)量小，能夠?qū)崿F(xiàn)多水平深井供水自動(dòng)調(diào)壓。

3 多水平礦井供水方式的選擇

通過對(duì)較深礦井采用的供水方式進(jìn)行分析，利用比例減壓閥進(jìn)行自動(dòng)減壓供水應(yīng)用在多水平礦山供水系統(tǒng)中效果最好，同時(shí)設(shè)備安裝難度小，能源消耗小，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，同時(shí)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(jié)構(gòu)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(chǔ)，并且施加到封閉流體的壓力可以使流體在所有方向上運(yùn)移。當(dāng)減壓閥打開時(shí)，高壓水將活塞向右推動(dòng)使倒流孔露出來，來自高壓側(cè)的高壓水通過倒流孔進(jìn)入低壓室。當(dāng)?shù)蛪菏抑械乃畨褐饾u增加時(shí)，活塞右側(cè)的壓力當(dāng)壓力大于左側(cè)時(shí)，活塞向左移動(dòng)，這阻擋了活塞上的導(dǎo)游孔，此時(shí)高壓水就不會(huì)向低壓面流動(dòng)[2]。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的壓力降低時(shí)，活塞向右移動(dòng)并向低壓側(cè)開始供水，話句話說就是當(dāng)只有低壓側(cè)的壓力小于設(shè)定壓力時(shí)，活塞向右移動(dòng)以向低壓側(cè)供水。而當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的壓力達(dá)到設(shè)定壓力后，活塞向左移動(dòng)，供水停止，壓力自動(dòng)降低。由活塞插頭左側(cè)和右側(cè)的面積比控制之降壓比。

4.2 比例減壓閥結(jié)構(gòu)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(dǎo)流孔（6），潤滑腔（7），導(dǎo)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(dǎo)向環(huán)（19），大液壓缸（20），右法蘭盤（21），固定導(dǎo)桿（22），左法蘭盤（23）等部件組成。

圖1 減壓閥結(jié)構(gòu)圖

由活塞9的左側(cè)和右側(cè)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(shè)定。在高壓室2進(jìn)入高壓水，其作用在活塞9上，向右推動(dòng)，分離閥芯5與活塞9，通過閥芯5中的導(dǎo)流孔6，高壓水進(jìn)入低壓室11，隨著不斷補(bǔ)充低壓管道中的水量，逐漸增加其壓力，根據(jù)消耗的水量對(duì)活塞9和閥芯5的開合度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，并且此時(shí)保持低壓室11的一側(cè)的壓力。該力作用于靠近低壓室11側(cè)的活塞9的有效部分上，并向左推動(dòng)活塞9，由于趨于穩(wěn)定的耗水量，固定好活塞9的位置，也實(shí)現(xiàn)了活塞9的左側(cè)和右側(cè)的水壓平衡。由于活塞9的左側(cè)和右側(cè)有不同的受力有效橫截面積，因此獲得了不同的壓力，發(fā)揮了減壓的作用。

5 減壓閥在多水平礦井中實(shí)際應(yīng)用效果

2012開始該礦井對(duì)井下供水管路系統(tǒng)進(jìn)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(jù)各水平的高度差調(diào)節(jié)減壓閥的減壓比，從而達(dá)到井下各水平自動(dòng)降壓，至今該供水系統(tǒng)任在正常運(yùn)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(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)量小，從而實(shí)現(xiàn)多水平深井供水自動(dòng)調(diào)壓，減壓穩(wěn)壓效果顯著。