矿山井下供水系统水减压阀

                           矿山井下供水系统水减压阀

                             上海申弘阀门有限公司

之前介绍三级减压阀串联，现在介绍矿山井下供水系统水减压阀根据煤矿井下供水的特点，从节约水资源、减少能源消耗、降低矿井生产成本出发，探讨经济可行、安全可靠的煤矿井下供水方案，为煤矿的正常安全生产提供可靠的保证。水用减压阀介质走向由上进下出，当调节出口压力时，顺时针旋转调节螺栓，使活塞向下移动，打开主阀，改变节流面积，造成压力损失，实现减压目的。由于阀后介质通过通道流入活塞下腔并与活塞上方保持平衡，当压力和流量变化时，使主阀节流面积始终保持相应位置，由于本阀采用卸荷机构，减小进口压力变化对出口压力影响，同时加大了出口压力作用面积，即加大敏感元件作用面积，从而减小了阀门出口压力偏差，大大提高了减压阀的稳定效果。

    关键词：矿山井下供水系统水减压阀矿井供水；优化方案；减压阀；节约能源

    1 概述

    我国是个淡水资源紧缺的国家，节水节能是我国的一项基本国策。对于从事煤炭生产的煤矿，井下的消防洒水、灭尘喷雾、冷却降温等方面需要消耗大量的用水。在煤炭开采的开拓方案中，无论是平硐开拓、斜井开拓还是立井开拓，其主要开拓大巷通常布置在其中的某个水平，而煤层的赋存通常有一定的倾角，同一煤层在井田范围内的埋藏是不同的，对于煤层群更是埋藏在不同的地质层高内，因此在同一井田范围的不同采区高差可相差几百米。

    煤矿井下供水多数由地面经井筒中的供水管路以自流静压的方式向井下供水。这样因水的静压原因不同层高的采区水压差很大，上山开拓的采区的水压低于主水平大巷，下山开拓的采区的水压高于主水平大巷。其结果是有的地方供水不足，有的地方水压过高造成爆管或损坏设备，影响矿井的安全生产。上海申弘阀门有限公司生产相关的产品有：减压阀(气体减压阀Y42X水用减压阀适用于水或空气主要以液体为主的液体减压阀，密封面为软密封可选用丁晴橡胶和四氟型号分别为 Y42X和Y42F ，阀门本身不带压力表可在法兰两端加装压力表可方便自行调节。该减压阀为弹簧活塞式减压阀，是Y416X弹簧薄膜式减压阀的换代产品。



本产品为水用减压阀Y42X-16C  DN150

阀门全称：弹簧直接作用减压阀  弹簧活塞式减压阀  弹簧薄膜式减压阀

主要连接尺寸为：长度L-450mm    高度:H1-205  H2-580mm   法兰连接尺寸可以按照客户需求 JB  GB  HG  三个标准执行 适用温度：0～90℃

    2 煤矿井下供水应注意的事项

    按照2006年11月1日起实施的《煤矿井下消防、洒水设计规范》规定，煤矿井下供水的大压力不得超过4.0MPa，此规定的目的除考虑投资成本、运行成本外，还考虑到因水压过高造成爆管后可能对在巷道中的行人存在安全威胁。

    煤矿井下用水主要是消防用水，喷雾降尘用水，机电设备的冷却用水。如果水压过大，则水量消耗大，同时可能对机电设备造成爆裂事故。而水压过小，则水量小致使雾化效果不好，除尘效果差，同时机电设备的冷却水量不足而超温停机。

    对于采区使用的机电设备对冷却用水水压的要求通常是≤3.0MPa，理想水压在1.5～2.5MPa，既能满足设备冷却水压的要求，又可保证消防、洒水的水压需要。



    3 现煤矿常用的供水方式及缺点

   对于煤层赋存较浅(300~400m)的煤矿，大多采用静压直接向井下供水，而井深超过400m深的矿井就不能直接供水了，必须进行降压后才能供水，否则因压力过高一方面是容易造成管路爆管事故，跑水，浪费水资源，另一方面是爆管后的高压水对在巷道中的行人存在安全威胁。因此较深的矿井常采用以下几种供水方式：

    (1)在井下建降压水池，地面的水经井筒中的管道以静压向井下降压水池供水，在降压水池边设立给水泵站，通过水泵向采区供水。

   此种供水方式的缺点是只能使主水平大巷的供水压力符合规范规定，不能保证上山采区、下山采区的供水压力合理，水泵供水还消耗大量的能源，供水系统的维护成本高。

    (2)在井下大巷的主供水管道上设立疏水降压阀，直接向大巷水沟中排放出一部分水来达到降压的目的。

    其缺点是排放的水被浪费，增加了矿井的排水量，不能保证井下供水系统的压力稳定，上山采区、下山采区的供水压力不合理。

    (3)老矿井也采用井下建水池，收集采空区的水，再通过水泵向各采区供水。其缺点是不能保证上山采区、下山采区的供水压力合理，另未经处理的井下水中含有腐蚀性的成份，增加了管路和机电设备的故障率，加大了维修成本，同时影响管路和机电设备的使用寿命，无形中增加了矿井的生产成本。

水用减压阀工作原理：

本阀通过启闭件的节流，造成压力损失迫使进口压力在出可处降低某一个需要植，当流量和压力变化时，利用本身介质能量，来控制出口压力基本不变的目的。



    4 优化的供水方案

    煤矿供水因其特殊性，供水系统属开式、高压、大流量，不同时段的用水量不均衡，考虑机电设备承压的能力等特点，要求系统应简单可靠，减少管路的跑、冒、滴、漏，节约水资源，降低维护成本和降低能源消耗，为矿井的生产提供安全保障。

    因此煤矿井下供水的理想方案应满足以下条件：利用煤炭开采过程中的矿井涌水，减少从地面取水以节约水资源；系统压力稳定且具有流量自适应性；供水系统的能源消耗少。为此在调研多个矿井的供水系统后，经反复比较提出以下两个适用于煤矿井下供水系统的方案。

    方案I：利用地面矿井水处理站处理后的矿井水，井下采用比例减压阀分区减压供水。井下供水系统如图1所示。

    

    图1 井下供水系统图

    利用井下主排水泵排到地面的矿井水经处理站处理的水自流到井筒中的主供水管，在下井口分为2路。一路选用大比例的减压阀将水压减压到4.0MPa以下，在主要大巷中敷设1趟管路上山采区，保证上山采区的供水压力在1.5~4.0MPa。另一路选用较小比例的减压阀将水压减到3.0MPa以下，经大巷中的主供水管路向主水平及下山采区供水。对于下山采区垂高超过100m的工作面，再增加小比例的减阀压将水压减到3.0MPa。

    井下供水的水源压力是由水的势能静压决定的，对于1个具体的矿井，在下井口的实际压力是由井筒深度决定的，是1个固定值，选用适当的比例减压阀后，各减压阀出口压力也为一个定值，可以方便地控制各采区的供水压力范围。如某矿的主水平井筒深度为600m，下井口的水压约为6MPa，对于主水平管路可选2：1的减压阀将出口压力减到3.0MPa，对于上部采区选用3：2的减压阀将出口压力减到4.0MPa。

    方案Ⅱ：在井下建澄清水池和设置水处理装置，采用变频控制的水泵供水。

    根据矿井需要的用水量，在井下建适当容量澄清水池，设置水处理装置，收集采空区和地质探放钻孔中的清水在井下澄清水池中进行加药处理，消除水中的腐蚀性的成份后使用。井下供水泵站选用防爆型的变频器进行控制，水泵出口设压力传感器将压力信号反馈给变频器，由变频器控制水泵的转速，水泵输出压力稳定、流量满足系统需要水量。

    水泵的出口压力可根据矿井的生产布局情况进行设定，当有上山开采的采区时，可将压力调整接近4.0MPa没有上部采区时将压力减小到3.0MPa。主水平附近的下部采区可选用比例减压阀控制供水压力，矿井延伸的下部水平可采用从澄清水池以自流静压的方式供水。

    5 减压阀的选用

    因井下用水量大，水介质的清洁度相对较差，因此必须选用流量大、抗污染能力强且制造成本低的减压阀。减压阀的种类有定比减压阀、定压减压阀和定差减压阀。

    对于大流量的回路中，定压减压阀和定差减压阀只能采用先导型，则其对介质清洁度的要求高，同时这2种减压阈的制造成本较高，不能满足井下供水系统中使用。定比减压阀因制造方便且抗污染能力强，因此在井下供水系统中选用定比减压阀。定比减压阀的工作原理如图2所示。

   

    图2 定比减压阀的工作原理

    定比减压阔的工作原理是高压介质从p1口进入减压阀，压力作用在阀芯柱塞的小端，推动阀芯左移，介质经节流口和阀体内的流道到阀芯柱塞的大端，减压后的压力作用下推动阀芯右移，按照原设定的减压比例达到1个平衡位置，使p2按p1的比例输出相应的压力。

    阀芯的受力平衡方程式为：

   

    当介质流经减压阀时，在阀芯两端压力的作用下，自动平衡调节节流口开度的大小，保持出口压力按进口压力的比例输出，而与流经减压阀的流量无关。当介质不流动时，静压作用下阀芯右移关闭节流口，维持进出口的压力比例不变。

    从定比减压阀的工作原理可知，当系统需要介质时，介质流流经减压阀，按定比减压。当系统不需要介质时，自动关断而保持减压比不变。此种既能减动压，又能减静压的原理特别适用于煤矿井下的开式供水的管路系统中，无论流量大小始终保证出口压力稳定。

    实际使用中，根据p1的压力和所需p2压力的大小，选择阀芯两端的直径，制成相应的减压比，如2：1，3：2，4：3等。也可将减压阀制造成管道式结构，便于在供水管路中安装。

    6 结束语

    本文提出的2种方案克服了现行供水方式的缺点，2种方案比较如下。分区减压供水方案优点有：水源取自地面矿井水处理站，供水系统简单，日常管理方便，没有电能消耗，管道故障率低，系统的维护成本低。缺点是在大巷中需增加一趟为上部采区供水管路。

    变频控制供水方案优点有：在井下处理矿井水直接利用，减少了矿井总的排水量可节约电能，供水系统不需在井筒中敷设高压管路，从根本上杜绝了爆管跑水事故，采用变频控制能提高供水泵的使用寿命和节约电能。缺点是初期投资成本相对较高。

    这2种方案都具有以下优点：井下各采区供水压力稳定合理，满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》规定要求，供水流量自适应生产的实现需要，不需取用地表水节约淡水资源，矿井总能源消耗减少，供水的总成本大大降低，矿井水再利用后减少外排量，达到环保效果。与本产品相关论文：不锈钢减压阀在富士仪表应用