风泵自动阀门排水系统装置设计研究

传统的人工操作排水系统效率低、可靠性差及工人劳动强度大，在充分利用现代机械和自动控制理论的基础上，提出了采用风泵自动阀门排水系统装置实现无人值守自动排水。文章对该装置的结构和工作原理进行了分析研究，并介绍了该装置在某煤矿的使用情况、产生的经济效益及推广应用前景。

近年来，随着煤炭产量日益的增长以及矿井生产能力的日益扩大，相应的矿井排水系统负担也更加沉重。以往井下多采用人工操作排水系统，具有效率低下、可靠性差以及工人劳动强度大等缺点。为了妥善解决随着矿井生产能力日益增长以及人工操作排水系统的多重弊端，有必要对矿井排水系统进行技术改革，从而提高整个矿井排水系统的功效，以满足现代化的高产高效矿井的安全生产。

1研究背景

某井田面积为65．06km2，矿井设计生产能力6．0Mt/a，全井田煤层地质储量1169．81Mt。矿井设计正常涌水量333m3/h，最大涌水量750m3/h，目前矿井涌水量180m3/h。随着矿井巷道不断地开拓延伸，井下排水点逐渐增多，距离也越来越远，若每个地点安装一台风泵排水，需安排大量人员对风泵进行人工开停操作，造成管理困难以及经济成本的增加。为了节约人力成本，并方便井下排水的管理，笔者特意对风泵阀门系统进行了技术创新，实现了风泵装置的自动开停。针对高河煤矿特点，初步拟定了5种风泵自动阀门排水系统装置方案，其中3种取得了成功，并在3种设计方案中选取效果最好的一种风泵自动阀门排水系统装置推广应用。

2自动阀门排水系统装置

2．1装置设计原理

该风泵自动阀门排水系统装置由球阀、浮球、气动马达、机械阀门、分配器等构成。

2．2装置运行原理，该装置共使用两台风泵，形成主辅泵模式。

(1)正常情况下，主泵的气动马达处于关闭状态，当水位上升到指定位置时，浮球带动杠杆启动1#机械阀，气动信号传输至气动马达，气动马达运转导致球阀开启，风泵启动，开始抽水。收稿日期：2015－09－28作者简介：张缘，男，四川仁寿人，2000年7月毕业于华北矿业高等专科学校，现在山西华晋韩咀煤业有限责任公司工作。

(2)当水位降至一定位置时，浮球下降启动2#机械阀，气动信号传输至气动马达，气动马达运转导致球阀关闭，风泵停止运转，停止抽水。

(3)当主泵正常运行时，辅泵不工作。由于排水管为软管，正常排水时，排水管撑起，3#机械阀为关闭状态，当主泵故障时，排水管变扁，安装在排水管上的3#机械阀将信号传输至转换开关，将压风切换至辅泵，辅助泵立即启动，同时主泵停止供风，主泵关闭。通过运行原理可以看出该风泵自动阀门排水系统装置具有如下优点：

(1)运行良好，反应灵敏，可根据水位实现水泵的自动开停。

(2)使用材料及元器件成熟，组装简单，装置结构紧凑。

(3)很好地处理了主泵故障时保证继续排水的问题。同时，该装置实现了自动控制与手动控制的连锁问题，如装置不能正常工作时，可以手动启动开关。

2．3技术经济效果

该风泵自动阀门排水系统装置使用材料明细如表1所示。从表1可以看出，该装置经济成本合理，大幅度减低了人工操作排水的劳动力成本和管理成本，可以作为矿井重点推广产品。

3现场应用

对该设备在煤矿井下某排水点进行了一个星期21个班共计168小时的现场工业性试验，期间这套装置在工作时没有发生任何故障，运行效果良好。试验期间该设备能够根据水位的变化实现对水泵的自动开停，自动高效地完成了排水任务。

4结语

风泵自动阀门排水系统装置在高河煤矿试验成功及正式投入使用以来，效果非常明显，该装置实现了各低洼点水泵的高水位自动开启、低水位自动停止，有效提高了排水系统的可靠性，避免了因无人值班或值班人责任心不强造成积水淹泵和无人停机损坏设备等现象的发生。杜绝了积水严重时，造成井下通风系统紊乱现象的安全问题。该装置的应用减少了人力的投入，提高了管理效率，节约了经济成本。改造前排水点每天3班连续看护，应用该装置后，每班只需2人巡回检查，节省了大量的人力成本，随着井下大巷的延伸，排水地点的增多，提高了整个排水系统的效率，增大了矿井的安全系数，有着很好的推广意义。