CN101294499B - 煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用规模获得的真空能量和由锅炉产生的水蒸气为动力，形成应急规模抽除瓦斯气体和提升地下水能力，并具备应急储水能力的系统真空装置。主要用于煤矿安全生产方面，防止发生瓦斯爆炸和淹井灾难，亦可应用于水力采煤和负压通风方面。本发明包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空管路、排气管路、瓦斯储存罐等组成的瓦斯真空抽除系统；还包括由真空蒸汽深井提水机、锅炉、蒸汽管路、两级水仓等组成的地下水真空蒸汽提升系统两部分组成。

Description

煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置

一、技术领域

本发明煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置是一种利用由水柱塞式真空泵和压缩机规模获得的真空能量和由锅炉产生的水蒸气为动力，形成应急规模抽除瓦斯气体和提升地下水能力，并具备应急储水能力的系统真空装置。主要用于煤矿安全生产方面，达到井下发生瓦斯突出时能及时规模真空抽除防止瓦斯爆炸；发生透水时能够具备应急规模提水和应急储水能力，防止发生淹井灾难，亦可应用于水力采煤和井下负压通风方面。

二、背景技术

目前我国煤炭工业不安全生产形势非常严峻，致使矿工重大伤亡的井下瓦斯爆炸和透水淹井事故时有发生，造成这种严峻不安全生产形势的主要技术原因是，在煤矿井下发生瓦斯突出和透水事故时的应急处理能力不足所造成。如目前煤矿抽除井下瓦斯气体的设备，大都采用水环式真空泵，因其真空泵存有工作性能不稳定、效率低、真空度低、能耗高、排出抽除气体压力低、等缺点，所以用水环式真空泵抽除瓦斯气体，难以达到应急规模抽除突出瓦斯气体的要求；再如，目前煤矿井下水的提升大都采用离心式水泵来完成，由于受离心泵吸程高度的限制和要经过两级配水过程，使井下储水仓高度一般都不能超过4米，使井下储水仓的储水容量受到限制，不具备应急储水能力，所以井下发生透水事故后，大都造成淹井灾难。

三、发明内容

本发明的主要目的：利用发明的水柱塞式真空泵和压缩机构成瓦斯真空抽除系统，形成应急规模抽取瓦斯气体能力，防止在瓦斯突出时发生爆炸灾难；利用发明的真空蒸汽深井提水机构成以锅炉产生的水蒸气为动力地下水真空蒸汽提升系统，形成应急规模提水和应急规模储水能力，防止在透水时发生淹井灾难。在正常工况下：利用瓦斯真空抽除系统作为井下高效负压通风系统；利用地下水真空蒸汽提升系统作为不用电力的规模廉价地下水提水系统。

本发明的结构：包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空管路、排气管路、放气管路、二个电动阀、储气罐等，水柱塞式真空泵和压缩机安装在主巷道地面上，通过真空管路与采煤工作面相连通，通过排气管路与安装在地面上的储气罐相连通，组成的瓦斯气体真空抽除系统；包括由两台并联真空蒸汽深井提水机、两个连通水池、上位水仓、下位水仓、多个配水阀门、锅炉、蒸汽管路等，上位水仓位于主巷道地面下，通过多个配水阀门与位于下面洞室内的下位水仓相连通，两台并联真空蒸汽深井提水机分别安装在下位水仓内的两个连通水池内的基础上面，通过蒸汽管路将与安装在地面上的锅炉相连通，组成地下水真空蒸汽提升系统。

水柱塞式真空泵和压缩机的结构：包括由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、水泵、输水管路、电器控制箱、循环水池、温度传感器、工作平台等组成，其中真空获得器是由真空室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、给水泵、真空管、两个电动阀、等组成；真空制冷器是由真空室、制冷室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、给水泵、放水管、真空管、电动真空阀、两个电动阀等组成；气水分离器是由分离室、水位传感器、压力表、放水管、电动阀等组成。

真空蒸汽深井提水机的结构：包括由真空提水器、多个压力输水器、输水管路、凝汽器、水蒸气喷射真空泵、蒸汽管路、真空管路、电器控制箱、连通水池等组成，其中真空提水器是由真空储水室、吸水管、压力输水管、电动真空阀、电动阀、两个底阀、水位传感器等组成；压力输水器是由压力储水室、压力输水管、底阀、两个电动阀等组成。

本发明的工作原理：利用发明的具备规模获得真空和压力排放被抽除气体功能的水柱塞式真空泵和压缩机，构成瓦斯真空抽除系统，实现应急规模抽除和储存瓦斯气体，防止瓦斯气体爆炸；以锅炉产生的水蒸气为动力，利用发明的具备规模提升深层地下水功能的真空蒸汽深井提水机，构成地下水真空蒸汽提升系统，实现应急规模提升地下水和应急规模储水，防止发生淹井灾难。

水柱塞式真空泵和压缩机的工作原理：真空获得器的真空室安装在工作平台上面，工作平台高于下面循环水池水面10.33米，真空室下部的尾管伸入到循环水池水中，利用在常压下真空吸上水柱的极限高度不超过10.33米的原理，通过水泵和输水管路将循环水池内的水压入真空室内，压入真空室内的水量在上升的过程中便形成水柱塞的工况，将真空室内水面以上的气体压缩，压缩气体将真空室内上部的真空阀压紧封严并压开排气阀排入大气中，压入的水量注满真空室后便完成了排除气体的工作，其后由真空室内的水位传感器发出电信号使输水管路上的电动阀关闭，同时使真空室尾管上的电动阀开启，这样真空室内的水量便通过尾管压入循环水池内，真空室在放水的过程中便形成真空，排气阀被大气压力压紧封严，被抽除的气体通过真空管路压开真空阀压入真空室内，完成抽除气体获得真空的工作。

真空蒸汽深井提水机的工作原理：真空蒸汽深井提水机中的真空提水器安装在连通水池内的基础上面，多个压力输水器串联安装在真空提水器上面，其工作原理：利用水蒸气喷射真空泵使真空提水器内获得真空，用其真空与大气压力之间形成的压差力为动力使真空提水室器完成提水工作；再利用水蒸气使真空提水器和串联各个压力输水器之间，形成的水蒸气与大气压力的压差力，用其压差力为动力使真空提水器和串联的各个压力输水器，分级连续不断的将水池内的水提升到地面上来。

本发明的目的是这样完成的：应急抽除井下瓦斯气体的工作是由瓦斯气体真空抽除系统来完成的；应急提升地下水和应急储存地下水的工作是由真空蒸汽提水系统来完成的。

瓦斯气体真空抽除系统的工作是这样完成的：将瓦斯气体真空抽抽系统中的水柱塞式真空泵和压缩机安装在井下主巷道地面上，将水柱塞式真空泵和压缩机的真空管路伸向采煤工作面上，再用排气管路将水柱塞式真空泵和压缩机与安装在地面上的储气罐相连通，这种结构，可实现缩短真空管路长度，保证水柱塞式真空泵工作性能，利用水柱塞式真空泵和压缩机规模获得的真空，就能及时的将采煤工作面上产生的瓦斯气体抽除，通过排气管路压缩输送到地面上的储气罐内，完成抽除瓦斯气体的工作。

水柱塞式真空泵和压缩机获得真空的工作是这样完成的：将水柱塞式真空泵和压缩机的多个真空获得器、真空制冷器安装在高于连通水池水面10.3公尺的工作平台上面，并将多个真空获得器、真空制冷器的尾管末端沉入到地下循环水池的水面之下。水池内安装温度传感器，安装在水池上面的水泵通过管道分别与多个真空获得器、真空制冷器的真空室相连通。真空获得器的工作是分两个工作程序来完成的。第一程序是排除气体：其工作过程是关闭真空获得器尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀，由水泵向其真空室输水，水量在真空室上升的过程形成了水柱塞的工况，将真空室水柱上面的气体压缩，压缩气体将真空室上方的真空阀压紧封严，并压开真空室上方的排气阀，通过管道将压缩气体排放到气水分离器内，当真空室内压满水量时，便完成了排除气体的工作，同时水位传感器发出电信号，指令电器控制箱进入第二工作程序是获得真空：关闭给水管道上的电动阀，停止供水，开启尾管下部的电动阀，真空室内的水量便通过尾管排放到下面的联通水池内，真空室内因水位的下降，使其上部形成真空，这种工况，真空室上部的排气阀被大气压紧封严，被抽除的气体通过真空管路压开真空阀进入真空室，当真空室内的水位下降到高于循环水池水面的高度，小于10.3公尺时，大气压力便阻止真空室内的水位继续下降(在真空环境中气压水柱的极限高度不大于10.3公尺)，使真空获得器完成获得真空抽除气体的工作；当真空室内的水位下降到所给定的下限位置时，水位传感器发出电信号，指令电器控制箱停止第二工作程序，再进入第一工作程序：关闭尾管下部的电动阀，开启给水管道上的电动阀。如此周而复始的交替工作，便使真空获得器连续的完成获得真空抽除气体的工作。

地下水真空蒸汽提升系统的工作是这样完成的：将地下水真空蒸汽提升系统中的两个上位水仓设置在主巷道地面下，通过多个配水阀门与其下面洞室内的下位水仓相连通，将两台真空蒸汽深井提水机并联安装在下水仓内的连通水池内基础上面，通过蒸汽管路与安装在地面上的锅炉相连通，利用锅炉产生的水蒸气为动力，使真空蒸汽深井提水机工作，完成规模提升地下水的工作，这种结构可使并联的两台真空蒸汽深井提水机成为互为备用的地下水提升设备，扩大应急提水能力；又可使两上位水仓和下位水仓成为备用的应急储水能力，防止透水事故时发生淹井灾难。

真空蒸汽深井提水机的工作是这样完成的：将真空蒸汽深井提水机中的真空提水器安装在井下的下位水仓内连通水池内的基础上面，再将多个压力输水器串联安装在真空提水器上面(真空提水器的容量与各个压力输水器的容量相等)，真空提水器与其串联的压力输水器之间、各个串联的压力输水器之间，通过各个内部安装的压力输水管路相连通，再用每条压力输水管末端的底阀隔离成各自独立的密闭容腔，从最底部的真空提水器为第一节开始计数，按其上面串联的多个压力输水器顺序编号为2、3、4、5……节，再按序号分为奇数节和偶数节两组，通过控制电路分别使蒸汽管路和放气管路上奇数组和偶数组的电动阀门的工况同步，并将真空提水器真空管路上的电动真空阀和水蒸气喷射真空泵蒸汽管路上的电动阀与奇数组压力输水器的放气管路上的电动阀同步，真空提水器通过真空管路、电动真空阀与水蒸气喷射真空泵相连通，水蒸气喷射真空泵安装在凝汽器内部，凝汽器通过放气管路、电动阀与各个压力输水器相连通，由锅炉输出的蒸汽管路通过电动阀与真空提水器和多个压力输水器及水蒸气喷射真空泵相连通。其操作过程，首先进入启动工作程序，开启水蒸气喷射真空泵蒸汽管路上的电动阀和第一节真空提水器真空管路上的电动真空阀，利用水蒸气为动力使水蒸气喷射真空泵工作，通过真空管路使真空提水器内获得真空，用其真空与大气压力之间形成的压差力为动力，将连通水池内的水通过真空提水器底部的真空吸水管和底阀压入真空提水器的真空储水室内，当压入真空储水室的水位上升到水位传感器的上限位置时，电路控制关闭水蒸气喷射真空泵蒸汽管路上电动阀和真空提水器真空管路上电动真空阀，终止启动工作程序，开启奇数组压力输水器(包括第一级真空提水器)蒸汽管路上的电动阀和偶数组压力输水器放汽管路上的电动阀，这种工况利用压入真空提水器内水蒸气压力将其内部水压紧真空储水室底部真空吸水管末端的底阀，同时压开压力输水管末端的底阀通过压力输水管压入上部相连通的压力输水器内，当真空提水器内的水位下降到水位传感器下限位置时，完成奇数组向上偶数组压力输水工作，电器控制关闭奇数组蒸汽管路上电动阀，开启偶数组蒸汽管路上电动阀，同时开启奇数组放汽管路上的电动阀(包括开启第一节真空提水器真空管路上电动真空阀和水蒸气喷射真空泵蒸汽管路上电动阀)，这种工况利用压入偶数组压力输水器内的水蒸气压力将其偶数组内的水压紧各自下联的奇数组压力输水器内压力输水管末端的底阀，压开其偶数组压力输水器各自内部压力输水管末端的底阀，将其内部的水压入各自上联的奇数组的压力输水器内，同时将真空提水器内的压力输水管末端的底阀压紧，水蒸气喷射真空泵使真空提水器内获得真空，利用释放出的大气压力将联通水池内的水压开真空提水器底部真空输水管末端底阀压入真空提水器内部，当压入其内部的水位上升到水位传感器上限位置时，完成真空提水器提水和偶数组向上奇数组压力输水工作，电器控制关闭偶数组蒸汽管路上电动阀(包括关闭第一级真空提水器真空管路上电动真空阀和水蒸气喷射真空泵蒸汽管路上电动阀)，开启奇数组蒸汽管路上电动阀和偶数组放汽管路上的电动阀，周而复始再继续奇数组向上偶数组压力输水工作，由各个压力输水器和真空提水器排放到凝汽器内的余蒸汽，在凝结成水，凝结水排入到联通水池内，末凝结的余蒸汽由凝汽器上端出口排放到大气中。

四、附图说明

图1、煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置结构图

图2、现生产矿井安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置结构图

图3、现生产矿井下中央水泵房排水系统结构图

图4、水柱塞式真空泵和压缩机结构和工况图

图5、真空获得器结构图

图6、气水分离器结构图

图7、真空制冷器结构图

图8、真空蒸汽深井提水机结构图

图9、真空提水器结构图

图10、压力输水器结构图

图11、水蒸气喷射真空泵和凝汽器结构图

图12、真空提水器和压力输水器结构和工况图

如图1所示，煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置，是包括由两个上位水仓8、多个配水阀门9、下位水仓10、两台并联的真空蒸汽深井提水机11、两个连通水池12、输水管路6、锅炉7、蒸汽管路5等组成的地下水真空蒸汽提升系统；包括由水柱塞式真空泵和压缩机4、真空管路13、排气管路3、放汽管路2、瓦斯储存罐1、电动阀14等组成瓦斯气体真空抽抽系统。两个上位水仓8建造在主巷道15的地面下，两个上位水仓8的深度不受限制可以实现大容量储水，下位水仓10建造在两个上位水仓8下面的洞室16内，下位水仓10的深度可达10米能够实现大容量储水，通过多个配水阀门9将两个上位水仓8和下位水仓10相连通，构成应急储水能力，两台真空蒸汽深井提水机11通过井筒17并联安装在下位水仓10内的联通水池12内的基础上，通过蒸汽管路5将两台真空蒸汽深井提水机11与锅炉7相连通，水柱塞式真空泵和压缩机4安装在主巷道15的地面上，真空管路13通入到采煤工作面上，通过排气管路3电动阀14将水柱塞式真空泵和压缩机4与安装在地面上的瓦斯气体储存罐1和放汽管2相连通。

如图2所示，现生产矿井安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置是包括由多个配水阀门9、下位水仓10、真空蒸汽深井提水机11、连通水池12、输水管路6、锅炉7、蒸汽管路5等组成的地下水真空蒸汽提升系统；包括由水柱塞式真空泵和压缩机4、真空管路13、排气管路3、放汽管路2、电动阀14、瓦斯储存罐1等组成的瓦斯气体抽除系统。下位水仓10建造在现有中央水泵房18的两水仓8下面的洞室16内，下位水仓10的储水深度可达10米，能够实现大容量储水，通过多个配水阀门9将两个水仓8和下位水仓10相连通，真空蒸汽深井提水机11通过井筒17安装在下位水仓10内的连通水池12的基础上，通过蒸汽管路5将真空蒸汽深井提水机11与锅炉7相连通，水柱塞式真空泵和压缩机4安装在主巷道15的地面上，真空管路13通入到采煤工作面上，通过排气管路3和电动阀14将水柱塞式真空泵和压缩机4与地面上的瓦斯储存罐1和放气管路2相连通。

如图3所示，现生产煤矿井下中央水泵房排水系统是由多台主排水泵20、主排水管路19、吸水管22、水泵储水池21、配水阀门9、水仓8等组成，由于主排水泵20受吸水高度的限制和通过两级配水阀门9的配水过程，使水仓8的高度一般不超过4米，使水仓8的储水能力受到限制。

如图4所示，水柱塞式真空泵和压缩机是由多个真空获得器25、真空制冷器24、气水分离器28、真空管路13、排气管路3、工作平台29、电控箱23、水泵32、输水管6、循环水池33、温度传感器30、放水管31等组成，将多个真空获得器25、真空制冷器24、气水分离器28、电控箱23安装在工作平台29上面，工作平台29高于循环水池33水面10.33米，多个真空获得器25和真空制冷器24的尾管末端伸入循环水池33的水中，温度传感器30安装在循环水池33水中，水泵32通过输水管6与多个真空获得器25和真空制冷器24中的真空室相连通，气水分离器28下面的放水管路31输入到循环水池33水中，利用真空管路13和排气管路3将多个真空获得器25和气水分离器28并联成为一体。

如图5所示，真空获得器是由真空管路13、真空阀34、真空室35、水位传感器36、排气管3、排气阀37、输水管6、二个电动阀38、尾管39、工作平台29、循环水池33等组成，工作平台29的台面高于循环水池33的水面10.33米，真空室35安装在工作平台29上面，尾管39安装在真空室35的下部，尾管39输入到循环水池33的水中，在尾管39的下部安装一个电动阀38，输水管路6与真空室35的下部相连通，在输水管路6上安装一个电动阀38，水位传感器36安装在真空室35内部，真空管路13安装在真空室35的上部，真空阀34安装在真空管路13下部的真空室35内，排气管路3安装在真空室35的上部，排气阀37安装在排气管路3下部的真空室35内。

如图6所示，气水分离器是由分离室42、进气口40、排气口44、压力表41、水位传感器36、工作平台29、放水管31、电动阀38、等组成，分离室42安装在工作平台29上面，压力表41安装在分离室42的上部，水位传感器36安装在分离室42内部，放水管31安装在分离室42的下部，放水管31伸向循环水池33的水中，在放水管31上安装一个电动阀38。

如图7所示，真空制冷器是由真空管13、真空阀34、电动真空阀44、水位传感器36、排气管3、排气阀37、真空室35、二个电动阀38、放水管45、输水管6、制冷室46、挡板47、尾管39、工作平台29、循环水池33、温度传感器30、等组成，工作平台29的台面高于循环水池33内的水面10.33米，真空室35安装在工作平台29上面，制冷室46通过放水管45和电动阀38安装在真空室35的下部，尾管39安装在制冷室46的下部，尾管39的末端输入到循环水池33的水中，温度传感器30安装在循环水池33的水中，真空管13安装在真空室35的上部，并在其下方安装真空阀34，真空管13通过电动真空阀44与制冷室46的上部连通，水位传感器36安装在真空室35内部，输水管6伸入真空室35的下部，在输水管6上安装一个电动阀38。

如图8所示，真空蒸汽深井提水机是由真空提水器51、多个压力输水器50、锅炉7、主蒸汽管路5、输水管路6、放汽管路48、凝汽器49、水蒸气喷射真空泵52、电控箱23、真空管路13等组成，真空提水器51安装在下位水仓10内的连通水池12的基础上，多个压力输水器50串联的安装在真空提水器51的上面，最上端的一节压力输水器50与输水管路6相连通，蒸汽管路5与真空提水器51和多个压力输水器50的上部连通，蒸汽管路5与水蒸气喷射真空泵52相连通，水蒸气喷射真空泵52安装在凝汽器49内部，水蒸气喷射真空泵52通过真空管路13与真空提水器51的上部连通，凝汽器49安装在连通水池12的台面上，凝汽器49的底部与连通水池12相连通，通过放汽管路48将凝汽器49与多个压力输水器50的上部相连通。

如图9所示，真空提水器是由真空储水室54、压力输水管路53、真空吸水管路56、二个底阀55、水位传感器36、电动阀38、电动真空阀44、蒸汽管路5、真空管路13等组成，压力输水管路53安装在真空储水室54内并在其末端安装一个底阀55，真空吸水管路56安装在真空储水室54的底部并在其末端安装一个底阀55，水位传感器36安装在真空储水室54内，电动阀38和电动真空阀44分别安装在真空储水室54上部的蒸汽管路5、真空管路13上面。

如图10所示压力输水器是由压力储水室58、压力输水管路53、底阀55、蒸汽管路5、放汽管路48、二个电动阀38组成，压力输水管路53安装在压力储水室58内部并在末端安装一个底阀55，二个电动阀38分别安装在压力储水室58上部的蒸汽管路5、放汽管路48上面。

如图11所示，凝汽器是由凝汽室59和多个挡板60组成，多个挡板60安装在凝汽室59内，多条放汽管路48伸入到凝汽室59内，水蒸气喷射真空泵52安装在凝汽室59内，在水蒸气喷射真空泵52的蒸汽管路5上安装一个电动阀38，在水蒸气喷射真空泵52上安装一条真空管路13。

如图12所示，真空提水器51安装在连通水池12的基础上面，多个压力输水器50串联安装在真空提水器51上面，真空提水器51与其上面串联的压力输水器50之间，及各个串联的压力输水器50之间都用其内部安装的压力输水管路相连通，并且用每条压力输水管路末端安装的底阀，使真空提水器51和各个压力输水器50封闭成为各个独立的密闭容器，真空提水器51通过电动阀38和蒸汽管路5与主蒸汽管路相连通，真空提水器51再通过电动真空阀44和真空管路13与水蒸气喷射真空泵相连通，各个压力输水器50通过电动阀38和蒸汽管路5与主蒸汽管路相连通，各个压力输水器50再通过电动阀38和放汽管路48与凝汽器相连通。

五、具体实施方式

下面结合附图1对本发明的动态操作进行概括描述：首先结合附图1对本发明中的地下水真空蒸汽提升系统的动态操作进行描述，在正常生产工况时，利用锅炉7产生的水蒸气为动力，通过蒸汽管路5供给一台真空蒸汽深井提水机11工作(另一台真空蒸汽深井提水机11作为备用)，将由上位水仓8通过配水阀门9，放入下位水仓10内的储水通过输水管路6排放到地面上，当矿井发生透水事故时启动另一台真空蒸汽深井提水机11，使其两台提水机同时工作，增大应急提水能力，再由上位水仓8和下位水仓10形成的应急储水能力，以其达到井下发生透水事故后，不产生淹井灾难的目的；再结合附图1对本发明中的瓦斯气体真空抽除系统的动态操作进行描述，在正常生产工况时，由水柱塞式真空泵和压缩机4通过真空管路13对采煤工作面上的气体进行抽除，通过排气管路3、电动阀14、由放气管路2排放到大气中，构成井下负压通风系统，当井下采煤工作面上出现瓦斯气体或发生瓦斯突出时，控制电路将放气管路2上的电动阀14关闭，同时开启排气管路3上的电动阀14，瓦斯气体由水柱塞式真空泵和压缩机4通过真空管路13及时进行抽除，再通过排气管路3、电动阀14压入瓦斯储存罐1内，防止瓦斯爆炸。

下面结合附图2、3对现生产矿安全抽除瓦斯气体和提升地下水双功能真空系统装置中的地下水真空蒸汽提升系统的动态操作进行描述：如图3所示，现生产矿中央水泵房排水系统，是由多台主排水泵20、吸水管22、水泵储水池21、配水阀门9、储水仓8等组成，由于受主排水泵20的吸程高度的限制，使吸水管22的高度一般不超过5-6米，再由于由储水仓8到水泵储水池21要经过两级配水阀门9的配水过程，使储水仓的高度不超过4米，这种结构限制了储水仓的储水能力，因此，当井下发生透水事故时井下没有应急储水能力，势必形成淹井灾难。结合附图2对现生产矿实施地下水真空蒸汽提升系统的动态操作进行描述，地下水真空蒸汽提升系统是由，真空蒸汽深井提水机11、输水管路6、锅炉7、蒸汽管路5、连通水池12、下位水仓10等组成，通过配水阀门9与中央水泵房18的两个储水仓8相连通，这种结构可使地下水真空蒸汽提升系统与原有的中央水泵房排水系统并联，形成互为备用的两个排水系统，增大应急排水能力，同时使下位水仓10与原有的两个储水仓8形成两级储水，再由于下水仓10的储水深度可超过10米，能够实现大容量储水，可形成应急储水能力，因此，当发生透水事故时不会产生淹井灾难。在正常生产工况时，原有的中央水泵房排水系统作为备用，地下水通过原有的储水仓8、配水阀门9流入到下位水仓10内，由锅炉7产生的水蒸气为动力，使真空蒸汽深井提水机11工作，将下位水仓10内的水通过输水管路6输入到地面上。

下面结合附图4、5、6、7对水柱塞式真空泵和压缩机的动态操作进行描述：如图4所示，多个真空获得器25、真空制冷器24、气水分离器28安装在工作平台29上面，工作平台高于循环水池33的水面10.33米，通过输水管路6将水泵32与多个真空获得器25和真空制冷器24的真空室相连通，用水泵32输出的压力水流为动力，使多个真空获得器25和真空制冷器24分别完成获得真空和真空制冷工作。如图4中(a)图所示，是用水泵32向真空获得器25中真空室输水形成的水柱塞，在向上运动的过程中完成排除气体的工况；如图4中(b)图所示，是排放真空获得器25中真空室内的水量，获得真空的工况；如图4中(c)图所示，是排放真空制冷器24中真空室内的水量，获得真空完成冷却水流的工况。

下面结合图4、5对真空获得器的动态操作进行描述：如图5所示，当关闭尾管39下端的电动阀38，开启输水管路6上的电动阀38时，由输水管路6开始向真空室35内输水，水位在真空室35内上升的过程，形成水柱塞上升排气的工况，如图4中(a)图所示，当真空室35内输满水完成排除气体工作的同时真空室35内水位传感器36上升到上限位置，即时水位传感器36发出电信号，由控制电路使输水管路6的电动阀38关闭，同时使尾管39下端的电动阀38开启，真空室35内的水通过尾管39排放到循环水池33内，在这过程中形成真空室35内获得真空的工况，如图4中(b)图所示，在这过程中被抽除的气体通过真空管路13压开真空阀34压入真空室35，当真空室35内的水位下降到水位传感器36的下限位置时，水位传感器36即发出电信号，由控制电路使尾管39下端的电动阀38关闭，同时使输水管路6的电动阀38开启，通过输水管路6向真空室35输水……这样周而复始的工作，使真空获得器连续完成获得真空的工作。

下面结合图4、6对气水分离器的动态操作进行描述：如图6所示，由多个真空获得器排出的气体通过进气口40排入到分离室42内，再通过出气口44排出，由压力表41显示排除气体压力，分离出的水量使水位传感器36上升到上限位置时，通过电信号控制，使放水管路31的电动阀38开启，积水便通过放水管路31排入到循环水池33内，当水位下降到水位传感器36的下限位置时，通过电信号控制，使放水管路31上电动阀关闭，完成放水工作，其工况如图4中气水分离器28所示。

下面结合图4、7对真空制冷器的动态操作进行描述：如图7所示，当安装在循环水池33中的温度传感器30测示水温上升到上限温度时即发出电信号，指令控制电路使真空制冷器进入制冷工作程序，开启输水管路6上电动阀38，输水管路6开始向真空室35内输水，当真空室35内水位上升到水位传感器36的上限位置时，真空室35完成排除气体的工作，水位传感器36即发出电信号，通过控制电路关闭输水管路6的电动阀38，同时开启放水管路45上电动阀38和真空管路13上电动真空阀44，即时工况是，输水管路6停止对真空室35输水，真空室35内的水通过放水管45排放到制冷室46内，排放水在流经真空制冷室46的过程中被多个挡板47阻挡成为散开的水流，由尾管39排入到循环水池33内，真空室35在放水的过程获得真空，用其真空通过真空管路13使真空制冷室46获得真空，使流经真空制冷室46散开的水流在其真空环境中汽化蒸发，完成真空制冷工作，冷却后水流通过尾管39排入循环水池33内，其工况如图4中(c)图所示，当真空室35内的水位下降到下限位置时，水位传感器36发出电信号，通过控制电路关闭放水管路45上电动阀38和真空管路13上电动真空阀44，同时开启输水管路6上电动阀38，通过输水管路6向真空阀室35开始输水，……这样使真空制冷器周而复始的工作就能达到降低循环水池33内水温的目的，当水温下降到下限温度时，温度传感器30即发出电信号，指令控制电路使真空制冷器进入停止工作程序。

下面结合附图8、9、10、11、12对真空蒸汽深井提水机的动态操作进行描述：如图8所示，真空蒸汽深井提水机中的真空提水器51安装在下位水仓10内的连通水池12内的基础上，将多个压力输水器50串联安装在真空提水器51上面，锅炉7产生的蒸汽通过蒸汽管路5与真空提水器51和多个压力输水器50上部相连通，并与水蒸气喷射真空泵52相连通，凝汽器49通过放汽管路48与各个压力输水器50上部相连通，水蒸气喷射真空泵52通过真空管路13与真空提水器51上部相当连通，从真空提水器51为第一节开始计数，将其上面串联的压力输水器50编为2、3、4、5……节，按其序号分为奇数节和偶数节两组，真空蒸汽深井提水机的动态操作分为奇数节组储水和偶数节组储水两个工作程序，奇数节组储水的工况：开启图11中蒸汽管路5上电动阀38使水蒸气喷射真空泵52工作；开启图9中真空管路13上电动真空阀44使真空室54内获得真空；开启奇数节组图10中放汽管路48上电动阀38使奇数节压力储水室59内的泛蒸汽排放到凝汽器49内；开启偶数节组图10中蒸汽管路5上的电动阀38使蒸汽输入到偶数节组的压力储水室58内，其工况如图12中(A)图所示，连通水池12的水被大气压力通过真空提水器51下部的底阀和真空吸水管压入到真空提水器51内，各奇数节压力输水器50内的泛蒸汽通过放汽管路48排入到凝汽器内，各偶数节压力输水器50内利用输入的压力蒸汽将其内部的储水压紧封严下部相串联的奇数节压力输水器内的压力输水管底阀(包括真空提水器内压力输水管底阀)，再通过其部内的压力输水管压入上部串联的奇数节压力输水器内，当偶数节压力输水器50利用蒸汽压力完成向上串联的奇数节压力输水器50输水工作和真空提水器51完成提水工作时，真空提水器51中的水位上升到水位传感器的上限位置，由水位传感器发出电信号，通过电路控制停止奇数节组储水工作程序，转换为偶数节组储水工作程序。偶数节组储水工况：开启图9中蒸汽管路5上电动阀38使蒸汽输入真空储水室54内；开启奇数节组图10中蒸汽管路5上电动阀38使蒸汽输入奇数节组压力储水室58；开启偶数节组图10中放汽管路48上电动阀38使偶数节组压力储水室58内的泛蒸汽排放到凝汽器内，其工况如图12中(B)图所示，各偶数节组压力输水器50内的泛蒸汽通过放汽管48排入到凝汽器内，真空提水器51利用内部的蒸汽压力将其内部的储水输入到上部串联的压力输水器中，同时各奇数节组压力输水器50利用其内部的蒸汽压力，将其内部的储水输入到各自上部串联的压力输水器50中，当各奇数节组压力输水器50和真空提水器51完成向上串联的偶数节组压力输水器50输水工作时，真空提水器51中的水位下降到水位传感器的下限位置，由水位传感器发出电信号，通过电路控制停止偶数节组储水工作程序，转换为奇数节组储水工作程序，如此，周而复始交换工作程序，使真空蒸汽深井提水机连续工作，将地下水提升到地面上来。

下面结合附图8、11对凝汽器的动态操作进行描述：如图8所示，多个串联的压力输水器50排放的泛蒸汽，通过多条放汽管48排入到凝汽器49内腔；如图11所示，由蒸汽管路5供给水蒸气喷射真空泵52工作，水蒸气喷射真空泵52排放的泛蒸汽排入到凝汽器内腔59，泛蒸汽在凝汽器内腔59上升的过程被多个挡板60阻挡凝结成水，凝结水流入连通水池12内，未凝结的泛蒸汽从凝汽器的上出口逸升到大气中。

本发明的主要技术特征之一是，由瓦斯气体真空抽除系统和地下水真空蒸汽提水系统两部分组成。其中瓦斯气体真空抽除系统包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空管路、排气管路、放气管路、电动阀、瓦斯储存罐等组成，水柱塞式真空泵和压缩机安装在主巷道的地面上，通过真空管路与采煤工作面相连通，再通过排气管路与安装在地面上的瓦斯储存罐和放汽管相连通，利用水柱塞式真空泵和压缩机规模获得真空和压缩输送被抽除气体的功能，将采煤工作面发生的瓦斯气体及时抽除并压缩输入到地面上的瓦斯储存罐内，防止瓦斯爆炸；其中地下水真空蒸汽提升系统包括由两台真空蒸汽深井提水机、两个上位水仓、下位水仓、多个配水阀门、锅炉、蒸汽管路、输水管路、两个联通水池等组成，两个上位水仓建造在主巷道地面下，下位水仓建造在两个上位水仓的下面洞室内，通过多个配水阀门将两个上位水仓和下位水仓相连通，两个上位水仓的储水高度不受限制可实施大容量储水，利用两个上水位仓交替工作可使储水仓中炭泥达到沉淀、脱水回收的要求，为实施水力采煤提供了条件，下位水仓储水深度可达10米能够实现大容量储水，用其三个水仓可提高应急储水能力，两台真空蒸汽深井提水机通过井筒并联安装在下位水仓内两个两个连通水池内基础上面，将其输水管路伸向地面上，通过蒸汽管路将两台真空蒸汽深井提水机与安装在地面上锅炉相连通，利用真空蒸汽深井提水机规模提升地下水功能，在正常的工况下以锅炉产生的水蒸气为动力，用一台真空蒸汽深井提水机完成地下水提升工作，另一个作为备用，当发生透水事故时，启动两台真空蒸汽深井提水机，增大应急提水能力，防止淹井灾难的发生。

本发明再一个主要技术特征之一是，在现生产矿井实施本发明中的地下水真空蒸汽提升系统时，将下位水仓建造在现有中央水泵房的两个水仓的下面洞室内，通过多个配水阀门将现有两个水仓和下位水仓相连通，用其三个水仓形成应急储水能力，再将现有的中央水泵房排水系统与地下水真空蒸汽提升系统构成互为备用的两个地下水提升系统，形成应急提水能力，用其形成的应急储水和应急提水能力，可达到当出现透水事故时防止发生淹井灾难。实施瓦斯气体真空抽除系统时，将水柱塞式真空泵和压缩机安装在主巷道的地面上，用真空管路与采煤工作面相连通，再通过排气管路、电动阀、与安装在地面上的瓦斯储存罐和放汽管路相连通。

本发明另一个主要技术特征之一是，水柱塞式真空泵和压缩机是由多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器电器控制箱、循环水池、温度传感器、水泵、输水管路、工作平台等组成，工作平台安装在循环水池上面，使台面高于循环水池水面10.33米，将多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电器控制箱安装在工作平台上面，温度传感器安装在循环水池的水中，水泵安装在循环水池上面，通过输水管路将水泵与多个并联的真空获得器和真空制冷器的真空室相当连通，构成一体，以水泵输出的压力水流为动力，实现：利用多个真空获得器规模获得真空；利用真空制冷器获得制冷量；利用气水分离器压力输送被抽除气体。这种结构，在扩大水泵输水量的工况下，通过增加真空获得器的数量，就能够扩大获得真空和扩大排出压缩气体量的能力；通过增加真空制冷器的数量就能够扩大制冷能力的要求；提高水泵的输水压力，就能够增高气水分离器输出气体压力的要求。用其高压力输出气体功能延长排气管路的技术特征，可实现将水柱塞式真空泵和压缩机在井下安装在靠近井下采煤工作面的位置，缩短真空管路保证水柱塞式真空泵和压缩机的真空抽除气体功能。

本发明再一个主要技术特征之一是，真空蒸汽深井提水机是由真空提水器、多个压力输水器、凝汽器、水蒸气喷射真空泵、真空管路、放汽管路、输水管路、电器控制箱等组成，真空提水器安装在连通水池内的基础上，将多个压力输水器串联安装在真空提水器上面，水蒸气喷射真空泵安装在凝汽器内部，凝汽器安装在连通水池的台面上，锅炉安装在地面上，通过蒸汽管路将锅炉与真空提水器、多个压力输水器、水蒸气喷射真空泵相连通，通过真空管路将水蒸气喷射真空泵与真空提水器相当连通，通过放汽管路将凝汽器与多个压力输水器相连通。这种结构，在扩大锅炉生产蒸汽能量的工况下，通过增加串联的压力输水器的数量，就能够提高提水深度的要求；通过增大真空提水器、压力输水器容量，以及增大水蒸气喷射真空泵抽速和相匹配各种管路的直径，就能够扩大提水能力的要求。

Claims (5)

1.一种煤矿安全抽除瓦斯和地下水双功能真空装置，包括由水柱塞式真空泵和压缩机、真空管路、排气管路、放气管路、电动阀、瓦斯储存罐组成的瓦斯气体真空抽除系统；包括由两台真空蒸汽深井提水机、两个上位水仓、下位水仓、多个配水阀门、锅炉、蒸汽管路、输水管路、两个连通水池组成的地下水真空蒸汽提升系统两部分组成，其中水柱塞式真空泵和压缩机包括多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电控箱、循环水池、温度传感器、水泵、输水管路、工作平台，将工作平台安装在循环水池的上面，工作平台面高于循环水池水面10.33米，将多个真空获得器、真空制冷器、气水分离器、电控箱安装在工作平台上面，温度传感器安装在循环水池的水中，水泵安装在循环水池的上面，通过输水管路将水泵与多个真空获得器和真空制冷器的真空室相连通，通过真空管路、排气管路将多个真空获得器和气水分离器并联构成；其中真空蒸汽深井提水机包括真空提水器、多个压力输水器、凝汽器、水蒸气喷射真空泵、真空管路、放汽管路、蒸汽管路、输水管路、电控箱，将真空提水器安装在连通水池内的基础上，将多个压力输水器串联安装在真空提水器的上面，最上端的压力输水器的压力输水管路通向地面上，水蒸气喷射真空泵安装在凝汽器的内部，锅炉安装在地面上，通过蒸汽管路将锅炉与真空提水器、多个压力输水器、水蒸气喷射真空泵相连通，通过放汽管路将多个压力输水器与凝汽器相连通，通过真空管路将水蒸气喷射真空泵与真空提水器相连通构成。

2.根据权利要求1所述的煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置，其特征在于瓦斯抽除系统中的水柱塞式真空泵和压缩机安装在井下主巷道的地面上，通过真空管路与采煤工作面相连通，再通过排气管路、电动阀门与安装在地面上的瓦斯储存罐和放气管路相连通，放气管路通过电动伐与大气相连通，利用水柱塞式真空泵和压缩机规模获得真空和压力输送被抽除气体的性能，将水柱塞式真空泵和压缩机安装在靠近采煤工作面的位置，缩短真空管路、延长排气管路保证其真空抽除气体的能力，及时将采煤工作面上的瓦斯气体抽除并压力输送到地面上的瓦斯储存罐内，防止瓦斯爆炸。

3.根据权利要求1所述的煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置，其特征在于地下水真空蒸汽提升系统中的两个上位水仓建造在井下主巷道地面下，下位水仓建造在两个上位水仓下面的洞室内，通过多个配水阀门将两个上位水仓与下位水仓相连通，形成应急储水能力，两台真空蒸汽深井提水机并联安装在下位水仓内的两个连通水池内的基础上，两台真空蒸汽深井提水机的输水管路通向地面上，通过蒸汽管路将两台真空蒸汽深井提水机与安装在地面上的锅炉相连通，以锅炉产生的水蒸气为动力，使一台真空蒸汽深井提水机运行，完成正常工况下地下水的提升工作，另一台作为备用，当发生透水事故时，使两台真空蒸汽深井提水机同时运行，形成应急提水能力，防止发生淹井灾难。

4.根据权利要求1所述的煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置，其特征在于水柱塞式真空泵和压缩机中的真空获得器和真空制冷器，其中真空获得器包括真空室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、排气管、输水管、真空管、两个电动阀，将真空室安装在工作平台上面，尾管安装在真空室的下部，在尾管下部安装一个电动阀门，真空管安装在真空室的上部，在真空管下部的真空室内安装真空阀，排气管安装在真空室的上部，在排气管下部的真空室内安装排气阀，水位传感器安装在真空室内部，输水管路与真空室下部相连通，在输水管路上安装一个电动阀构成；其中真空制冷器包括真空室、真空制冷室、尾管、真空阀、排气阀、水位传感器、输水管、放水管、真空管、电动真空阀、两个电动阀，将真空室安装在工作平台上面，制冷室通过放水管路、电动阀门安装在真空室的下部，尾管安装在制冷室的下部，水位传感器安装在真空室内部，输水管路与真空室下部相连通，在输水管路上安装一个电动阀门构成。

5.根据权利要求1所述的煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置，其特征在于真空蒸汽深井提水机中的真空提水器和多个压力输水器，其中真空提水器包括真空储水室、吸水管、压力输水管、两个底阀、水位传感器、蒸汽管路、真空管路、电动阀、电动真空阀，将压力输水管路安装在真空储水室内，在压力输水管路末端安装一个底阀，将真空吸水管路安装在真空储水室的底部，在真空吸水管路末端安装一个底阀，将水位传感器安装在真空储水室内部，将蒸汽管路和真空管路分别安装在真空储水室的上部，在蒸汽管路上安装一个电动阀门，在真空管路上安装一个电动真空阀构成；其中压力输水器包括压力储水室、压力输水管、底阀、蒸汽管路、放汽管路、两个电动阀，将压力输水管路安装在压力储水室内，在压力输水管路末端安装一个底阀，将蒸汽管路和放汽管路分别安装在压力储水室的上部，在蒸汽管路和放汽管路上各安装一个电动阀构成。

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