煤矿瓦斯抽放是一种处理井下瓦斯的措施。它利用瓦斯泵对煤体中瓦斯的负压抽吸作用，将瓦斯通过抽吸管抽放至地面，一般情况下再利用瓦斯泵的正压鼓风作用将瓦斯通过输气管路压送至储气罐再送至用户进行利用(作为燃料可供民用和驱动机械，还可作为炭黑、甲醛及其它化工产品的重要原料)。其系统可用下面的方框图表示。
对于以通风方式难以解决瓦斯问题的矿井或工作面，就应当考虑瓦斯抽放。瓦斯抽放的难易程度取决于两个方面：一是煤层瓦斯压力(瓦斯抽放势能)：二是煤层的透气性(瓦斯通过煤层的阻力)。压力越高，透气性越好，瓦斯越容易抽放。 抽放瓦斯最常用的工艺方法是钻孔预抽法，该法是在开采层巷道中，每隔30 m作一个深度为
6～7 m（最大不超过10 m）的小石门，作为专打抽放瓦斯钻孔的钻场。在每个钻场内向开采煤层或上下相邻煤层打钻孔（一般3～5个，钻孔直径一般为70～100mm），将各钻场封闭，并用分支管把各钻场接入抽放系统的主管路中，用地面固定瓦斯抽放泵站的瓦斯泵将瓦斯抽出。如图0-1所示。
图0-l 钻孔法抽放开采煤层的瓦斯
1—煤层；2—钻孔； 3—钻场；4—运输大巷；5—密闭墙； 6—抽瓦斯管道
瓦斯抽放对煤矿生产至关重要，只有熟悉煤矿瓦斯抽放设备的结构、原理，正确使用，合理维护，才能确保矿井瓦斯辣椒清洗机抽放系统的效能。本篇将介绍这方面的知识。
第十四章 矿井抽放瓦斯泵的工作理论
第一节 概述
矿井抽放瓦斯泵（简称瓦斯泵）是矿井抽放瓦斯的动力设备。目前我国最常用的瓦斯泵是水环泵。 水环泵乃水环真空泵和水环压缩机的统称，是一种输送气体的流体机械。水环真空泵和压缩机的结构和工作原理相同，其区别仅在于用途不同。作真空泵时入口接系统，并造成一定的真空度，被抽吸气体经泵内加压至大气压力后排至大气中，因而真空泵排出端为大气条件；作压缩机时自大气条件吸气，经泵内压缩到一定压力后排入与泵出口相接的系统内，因而压缩机的入口为大气条件。实际上水环泵用于煤矿抽放瓦斯时，其入口、出口均与瓦斯管路连接，借其真空特性抽吸煤体中瓦斯，借其压缩特性再将瓦斯压入地面输气管路，供给用户。所以，它既作真空泵用，又作压缩机用。 水环泵既可以做为固定设备放在煤矿瓦斯抽放泵房，与其它附属件组成地面矿用固定瓦斯抽放泵站，用于全矿井采用钻孔预抽法抽放井下煤层钻孔钻场里的瓦斯；也可以做为矿用
移动式瓦斯抽放泵站使用，用于煤矿井下硐室或巷道、采空区、隅角或邻近层及本煤层等的瓦斯抽放。无论是地面矿用固定瓦斯抽放泵站，还是井下矿用移动式瓦斯抽放泵站，其主要设备都是水环泵。
第二节 水环泵的工作原理和工作参数
一、水环泵的工作原理
水环泵有单作用式和双作用式两类。
（一）单作用水环泵工作原理
图14-1单作用水环泵结构示意图
1—吸气孔；2—水环； 3—泵体；4—叶轮；5—进气口；
6—排气口；7—排气孔视频文件加密；8—侧盖；9—泵轴
图14—1为单作用水环泵结构示意图。叶轮4由叶片和轮毂组成，两者为整体浇铸或焊接结构。叶片有前弯的，也有径向直板状的。泵体3内部有一个圆柱形空间，叶轮偏心地装入这个空间内，两端用侧盖8封住。侧盖七开有吸气孔1和排气孔7，它们分别与泵的进气口5和排气口6相通。 水环泵工作前需向泵内注入一定量的工作液体(一般用水)。当叶轮通过泵轴在电动机带动下旋转且达到一定转速时，泵内工作液体在叶片推动下一起旋转，并因离心力作用甩向四周，在泵体内壁与叶轮之间形成一个旋转水环。水环内表面和叶轮轮毂表面及两端侧盖之间形成一个月牙形空间，它被叶片分成若干个容积不等，互不连通的封闭小室(又称基元容积)。每个小室随叶轮一起旋转，作周期性地扩大和缩小。见图14-2所示，吸入侧小室容积逐渐增大，气体经吸气孔被吸入到小室中。当这些小室转到排气侧时，其容积又逐渐减小，吸进的气体被压缩，压力升高。当气体被压缩到一定程度时经排气孔排出。这祥，叶轮每旋转一周，各小室完成吸气、压缩、排气过程各一次，故称单作用式。相应可将水环泵的工作空间分为吸气区、压缩区和排气区。如图14—3所示。 以上只是从现象说明水环泵的工作过程，但未揭示出物理本质，亦即能量传递过程。水环泵的能量传递是以工作液体为媒介进行的。从上述分析可知，每个小室中的液体时而远离叶轮，时而靠近叶轮，尤如一个液体活塞在小室中作往复运动。图14—3中吸气区(Ⅰ区)工作液体自叶片得到机械能，并从叶片根部流向叶片外缘，使圆周速度增加，工作液体的动能增加。在压缩区(Ⅱ区)和排气区(Ⅲ区)工作液体又逐渐流回到叶片根部，使圆周速度下降，工作液体的动能又转化为压力能，对气体进行压缩和排气。由此可见，水环泵在整个工作过程中工作液体起着传递能量的作用。
工作液体除传递能量外，还起密封工作容积和冷却气体的作用。水环泵工作时，必须不断向泵体内注入一定量的新液体，以补充随排气夹带走的液体。
矫姿带 （二）双作用水环泵工作原理
图14—4为双作用水环泵简图，在椭圆形泵体2的中心装有叶轮3，两者具有上、下双偏心。环筒状分配器4装在叶轮轮毂中心圆孔内固定不动，两端与设有吸排气通道(分别和进
、排气口1、6连接)的泵体侧盖连接。分配器内、外环间分为四个间隔，对角线上的两个间隔借侧盖上气流通道连通，在外环壁上开吸气孔和排气孔，吸气孔口ab和ef，使上、下吸气区与进气口相通，排气孔cd和gh使上、下排气区与排气口相通。
图14—4 双作用水环泵简图
1—进气口；2—泵体；3—叶轮；4—分配器；
5—水环；6—排气口；7—补水管
当泵体内注入一定量的水，叶轮在电动机带动下以足够的转速顺时针旋转时，因离心力作用，水被甩向外围，形成一个与泵体内表面形状一致的椭圆形旋转水环。在水环内表面、叶轮轮毂及两侧盖之间形成上、下两个月牙形空间，由叶片分隔成若干密闭小室。见图14—4，当某小室从a点起随叶片转至b点时，始终与吸气孔相通，容积由小变大，进行吸气，当从b点转向c点过程中，与吸、排气孔隔绝，容积由大变小，进行压缩；当从c点转向d点过程中，与排气孔相通，进行排气；同理，在转向下半周时，ef区间吸气，fg区间压缩，gh区间排气。可见，对这种水环泵，转子每转一转，各封闭小室分别完成两次吸气、压缩、排气过程，故称为双作用式。二、水环泵的工作参数
1．流量(Q)
水环真空泵的流量Q(又称抽气量或抽气速率)是指泵出口为标准大气状态(1.0133×105Pa)时，单位时间内通过泵进口在吸入状态下的气体容积，单位为m3／min；水环压缩机的流量(又称排气量)是指泵出口为标准大气状态时，单位时间内通过泵出口的气体容积，单位为m3／min。
2．压力(P)
水环压缩机的压力是指压缩机出口压力P，单位为Pa。有时也用相对压力表示。
水环真空泵的压力是指抽吸气体(进气口)压力，有三种表示方法：
(1)以抽取状态的绝对压力P1表牛皮纸带示；
(2)以真空度Pz表示，Pz＝Pa-P1；
(3)以真空度的百分数（即Pz％）来表示，Pz％= Pz / Pa×100％。
3．功率(N)
水环泵的轴功率按等温压缩功率进行计算，即
（14—1）
式中：—— 水环泵轴功率，k W
—— 水环泵理论功率，kW
—— 流量，mgpu虚拟化3/min
P1、P2—— 气体的吸气压力和压缩终了压力，用绝对压力表示，Pa；
—— 等温效率，最高为55％。
4．效率（）
水环泵的效率指理论功率与轴功率的比值，即
第三节 水环泵的性能曲线
一、水环泵的特性分析
水环泵的排出压力P2和吸入压力P1大小取决于泵本身结构和转速。如图14—5，在吸气区内，各小室在增大过程中始终与吸气孔相通，保证了在吸气过程中最大限度地吸入气体(充分吸气)，而小室一旦开始变小，则立即与吸气口隔开，对应的吸气口末端角为x。
在压缩区内，工作液体的动能转化为压力能来压缩气体。因被抽吸气体直接与水环接触，
散热良好，故可以把对气体的压缩看成是等温压缩。设开始压缩时的压力和容积分别为P1 和V1，压缩区内某一位置上的压力和容积分别为P和V，则
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