专利名称：煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置的制作方法
煤矿安全抽除瓦斯和提升地下水双功能真空装置
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，亦可应用于水力釆 煤和井下负压通风方面。
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。
本发明的主要目的利用发明的水柱塞式真空泵和压縮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、进气管 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縮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能量和压力排放被抽除气体功 能的水柱塞式真空泵和压縮机，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；利用发明的以锅炉产生的水蒸气为动力，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縮，压縮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能量的工作。
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能量，用其真空能量与大气压力之间形 成的压差力为动力使真空提水室完成提水工作；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縮机的真空管 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縮机与安装在地面上的储 气罐相连通，这种结构，可实现縮短真空管路长度，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能量，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縮机获得真空的工作是这样完成的将水柱塞式真空泵和 压縮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縮，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，通过管道将压縮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103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髙度不大于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 的电动闽同步，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能量，用其真空 能量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能量，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。
下面结合附图对本发明的结构作以说明
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縮机结构和工况图
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IO、两台并联的真空蒸汽深井提水机ll、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l、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的下面，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3、下位水仓IO、真空蒸汽深井提水机ll、连通水池12、输水管路8、锅 炉9、蒸汽管路14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縮 机7、真空管路13、排气管路6、放汽管路5、电动阀15、瓦斯储存罐4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1的两水仓2的下面，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3将两个水仓 2和下位水仓10相连通，真空蒸汽深井提水机11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14、将真空蒸汽深井提水机11与锅炉9相连通，水柱塞 式真空泵和压縮机7安装在主巷道16的地面上，真空管路13通入到采煤工作面上， 通过排气管路6和电动阀15将水柱塞式真空泵和压縮机7与地面上的瓦斯储存罐4 和放汽管路5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2、主排水 管路l、吸水管3、水泵储水池4、配水阀门5、水仓6等组成，由于主排水泵2受吸 水高度的限制和通过两级配水阀门5的配水过程，使水仓6的高度一般不超过4米， 使水仓6的储水能力受到限制。
如图4所示，水柱塞式真空泵和压縮机是由多个真空获得器3、真空制冷器2、 气水分离器7、真空管路4、排气管路6、工作平台8、电控箱l、水泵ll、输水管9、 循环水池12、温度传感器13、放水管10等组成，将多个真空获得器3、真空制冷器 2、气水分离器7、电控箱1安装在工作平台8上面，工作平台8高于循环水池12水 面10. 33米，多个真空获得器3和真空制冷器2的尾管末端伸入循环水池12的水中， 温度传感器13安装在循环水池12水中，水泵11通过输水管9与多个真空获得器3 和真空制冷器2中的真空室相连通，气水分离器7下面的放水管路10输入到循环水 池12水中，利用真空管路4和排气管路6将多个真空获得器3和气水分离器7并联 成为一体。
如图5所示，真空获得器是由真空管路l、真空阀2、真空室3、水位传感器4、 排气管5、排气阀6、输水管7、 二个电动阀8、尾管9、工作平台10、循环水池11 等组成，工作平台10的台面高于循环水池11的水面10. 33米，真空室3安装在工作 平台10上面，尾管9安装在真空室3的下部，尾管9输入到循环水池11的水中，在 尾管9的下部安装一个电动阀8，输水管路7与真空室3的下部相连通，在输水管路 7上安装一个电动阀8，水位传感器4安装在真空室3内部，真空管路l安装在真空 室3的上部，真空阀2安装在真空管路1的下部，排气管路5安装在真空室3的上部， 排气阀6安装在排气管路5的下部。
如图6所示，气水分离器是由分离室3、进气口 1、排气口 6、压力表2、水位传 感器7、工作平台8、放水管5、电动阀4、等组成，分离室3安装在工作平台8上面， 压力表2安装在分离室3的上部，水位传感器7安装在分离室3内部，放水管5安装 在分离室3的下部，放水管5伸向循环水池9的水中，在放水管5上安装一个电动阀 4。
如图7所示，真空制冷器是由真空管1、真空阀2、电动真空阀3、水位传感器4、 排气管5、排气阀6、真空室7、 二个电动阀8、放水管9、输水管IO、制冷室12、挡 板17、尾管13、工作平台14、循环水池16、温度传感器15、等组成，工作平台14的台面高于循环水池16内的水面10.33米，真空室7安装在工作平台14上面，制冷 室12通过放水管9和电动阀8安装在真空室7的下部，尾管13安装在制冷室12的 下部，尾管13的末端输入到循环水池16的水中，温度传感器15安装在循环水池16 的水中，真空管1安装在真空室7的上部并在其下方安装真空阀2，真空管l通过电 动真空阀3与制冷室12的上部连通，水位传感器4安装在真空室7内部，输水管10 伸入真空室7的下部，在输水管10上安装一个电动阀8。
如图8所示，真空蒸汽深井提水机是由真空提水器9、多个压力输水器6、锅炉 3、主蒸汽管路l、输水管路2、放汽管路4、凝汽器5、水蒸气喷射真空泵IO、电控 箱11、真空管路12等组成，真空提水器9安装在下位水仓7内的连通水池8的基础 上，多个压力输水器6串联的安装在真空提水器9的上面，最上端的一节压力输水器 6与输水管路2相连通，蒸汽管路1与真空提水器9和多个压力输水器6的上部连通， 蒸汽管路1与水蒸气喷射真空泵10相连通，水蒸气喷射真空泵10安装在凝汽器5内 部，水蒸气喷射真空泵10通过真空管路12与真空提水器9的上部连通，凝汽器5安 装在连通水池8的台面上，凝汽器5的底部与连通水池8相连通，通过放汽管路4将 凝汽器5与多个压力输水器6的上部相连通。
如图9所示，真空提水器是由真空储水室3、压力输水管路2、真空吸水管路6、 二个底阀5、水位传感器4、电动阔l、电动真空阀7、蒸汽管路9、真空管路8等组 成，压力输水管路2安装在真空室3内并在其末端安装一个底阀5，真空吸水管路6 安装在真空室3的底部并在其末端安装一个底阀5，水位传感器4安装在真空室3内， 电动阀1和电动真空阀7分别安装在真空室3上部的蒸汽管路9、真空管路8上面。
如图10所示压力输水器是由压力储水室2、压力输水管路3、底阀4、蒸汽管路 5、放汽管路6、 二个电动阀1组成，压力输水管路3安装在压力储水室2内部并在末 端安装一个底阀4， 二个电动阀1分别安装在压力储水室2上部的蒸汽管路5、放汽 管路6上面。
如图11所示，凝汽器是由凝汽室6和多个挡板8组成，多个挡板8安装在凝汽 室6内，多条放汽管路1伸入到凝汽室6内，水蒸气喷射真空泵5安装在凝汽室6内， 在水蒸气喷射真空泵5的蒸汽管路3上安装一个电动阀3,在水蒸气喷射真空泵5上 安装一条真空管路4。
如图12所示，真空提水器2安装在连通水池3的基础上面，多个压力输水器1串联安装在真空提水器2上面，真空提水器2与其上面串联的压力输水器1之间，及 各个串联的压力输水器1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2和各个压力输水器1封闭成为各个独立 的密闭容器，真空提水器2通过电动阀5和蒸汽管路4与主蒸汽管路相连通，真空提 水器2再通过电动真空阀7和真空管路8与水蒸气喷射真空泵相连通，各个压力输水 器1通过电动阀5和蒸汽管路4与主蒸汽管路相连通，各个压力输水器1再通过电动 阀5和放汽管路6与凝汽器相连通。
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ll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IO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l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縮机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、由放汽管路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 放汽管路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 柱塞式真空泵和压縮机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2、吸水管3、水泵储水池4、配水阀门5、储水 仓6等组成，由于受主排水泵2的吸程高度的限制，使吸水管3的高度一般不超过5 一6米，再由于由储水仓6到水泵储水池4要经过两级配水阀门5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8、锅炉9、蒸汽管路14、连通水池12、下位水仓10等组 成，通过配水阀门3与中央水泵房1的两个储水仓2相当连通，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2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2、配水阀门3流入到下位水仓10 内，由锅炉9产生的水蒸气为动力，使真空蒸汽深井提水机ll工作，将下位水仓IO 内的水通过输水管路8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縮机的动态操作进行描述如 图4所示，多个真空获得器3、真空制冷器2、气水分离器7安装在工作平台8上面， 工作平台高于循环水池12的水面10. 33米，通过输水管路9将水泵11与多个真空获 得器3和真空制冷器2的真空室相当连通，用水泵ll输出的压力水流为动力，使多 个真空获得器3和真空制冷器2分别完成获得真空能量和真空制冷工作。如图5中(a) 图所示，是用水泵ll向真空获得器3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5中(b)图所示，是排放真空获得器3中真空室内 的水量，获得真空能量的工况；如图5中(c)图所示，是排放真空制冷器2中真空 室内的水量，获得真空能量的工况。
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 9下端的电动阀8，开启输水管路7上的电动阀8时，由输水管路7开始向真空室3 内输水，水位在真空室3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3内输满水完成排除气体工作的同时真空室3内水位传感器4上升 到上限位置，即时水位传感器4发出电信号，由控制电路使输水管路7的电动阀8关 闭，同时使尾管9下端的电动阀8开启，真空室3内的水通过尾管9排放到循环水池 11内，在这过程中形成真空室3内获得真空能量的工况，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1压开真空阀2压入真空室3，当真空室3内的 水位下降到水位传感器4的下限位置时，水位传感器4即发出电信号，由控制电路使 尾管9下端的电动阀8关闭，同时使输水管路7的电动阀8开启，通过输水管路7向 真空室3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能量的工作。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 l排入到分离室3内，再通过出气口6排出，由压力表 2显示排除气体压力，分离出的水量使水位传感器7上升到上限位置时，通过电信号 控制，使放水管路5的电动阀4开启，积水便通过放水管路5排入到循环水池9内， 当水位下降到水位传感器7的下限位置时，通过电信号控制，使放水管路5上电动阀 关闭，完成放水工作，其工况如图4中气水分离器7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16中的温度传感器15显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10上电动阀8，输水管路10开始 向真空室7内输水，当真空室7内水位上升到水位传感器4的上限位置时，真空室7 完成排除气体的工作，水位传感器4即发出电信号，通过控制电路关闭输水管路10 的电动阀8，同时开启放水管路9上电动阀8和真空管路上电动真空阀3，即时工况 是，输水管路10停止对真空室7输水，真空室7内的水通过放水管9排放到制冷室 12内，排放水在流经真空制冷室12的过程中被多个挡板17阻挡成为散开的水流，由 尾管13排入到循环水池16内，真空室7在放水的过程获得真空能量，用其真空能量 通过真空管路1使真空制冷室12获得真空，使流经真空室12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13排入循环水池16内，其 工况如图4中(c)图所示，当真空室7内的水位下降到下限位置时，水位传感器发 出电信号，通过控制电路关闭放水管路9上电动阀和真空管路1上电动真空阀3，同 时开启输水管路10上电动阀8，通过输水管路10向真空阀7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16内水温的目的，当水温下降到 下限温度时，温度传感器15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9安装在下位水仓7内的连通水池 8内的基础上，将多个压力输水器6串联安装在真空提水器9上面，锅炉3产生的蒸 汽通过蒸汽管路1与真空提水器9和多个压力输水器6上部相连通，并与水蒸气喷射 真空泵10相连通，凝汽器5通过放汽管路4与各个压力输水器6上部相连通，水蒸 气喷射真空泵10通过真空管路12与真空提水器9上部相当连通，从真空提水器9为第一节开始计数，将其上面串联的压力输水器6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3上电动阀2使 水蒸气喷射真空泵5工作；开启图9中真空管路8上电动真空阀7使真空室3内获得 真空；开启奇数节组图10中放汽管路6上电动阀1使奇数节压力储水室2内的泛蒸 汽排放到凝汽器5内；开启偶数节组图10中蒸汽管路5上的电动阀1使蒸汽输入到 偶数节组的压力储水室2内，其工况如图12中(A)图所示，连通水池3的水被大气 压力通过真空提水器2下部的底阀和真空吸水管压入到真空提水器2内，各奇数节压 力输水器1内的泛蒸汽通过放汽管路6排入到凝汽器内，各偶数节压力输水器1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1利用蒸汽压力完成向上串 联的奇数节压力输水器1输水工作和真空提水器2完成提水工作时，真空提水器2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9上电动阀使蒸汽输入真空储水室3内；开启奇数节组图10中蒸汽管路 5上电动阀使蒸汽输入奇数节组压力储水室2;开启偶数节组图10中放汽管路6上电 动阀1使偶数节组压力储水室2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l内的泛蒸汽通过放汽管6排入到凝汽器内，真空提 水器2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1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1中，当各奇数节组压力输水器1和真空提水器2完成向上串联的偶数 节组压力输水器1输水工作时，真空提水器2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、 ll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6排放的泛蒸汽，通过多条放汽管4排入到凝汽器5内腔；如图11所示， 由蒸汽管路3供给水蒸气喷射真空泵5工作，水蒸气喷射真空泵5排放的泛蒸汽排入到凝汽器内腔6，泛蒸汽在凝汽器内腔6上升的过程被多个挡板8阻挡凝结成水，凝 结水流入连通水池7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、放汽管路电动阀、瓦斯储存罐等组成，水柱塞式真空泵和压縮机安 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縮机规模获得真空能 量和压縮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縮输入 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，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7jC仓的下面，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縮 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。
16本发明另一个主要技术特征之一是，水柱塞式真空泵和压縮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能量；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能量的能力；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縮机在井下安装在靠近井下采煤工作面的位置，縮短真空管路 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、压力输水器容量和增大相匹配各种管路的直径，就能够扩大提水能 力的要求。
权利要求
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、放汽管路、电动阀、瓦斯储存罐等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、两个连通水池等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是由多个真空获得器、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、工作平台组成，其中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、蒸汽管路、输水管路电控箱、锅炉等组成。
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縮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当连通，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汽管路相连通，利用水柱塞式真空泵和压縮机规模获得真空 能量和压力输送被抽除气体的性能，可将水柱塞式真空泵和压縮机安装在靠近采煤 工作面的位置，縮短真空管路、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下位水仓的下面，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縮机是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、工作平台等，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面10. 33米多个真空获得器、 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，构成一体组成，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、输水管、真空管、两个电动阀等组成，其中真空制 冷器是由真空室、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、两个电动阀等组成，其中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。
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是包括真空提水器、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、电控箱等，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，构成一体组成，其中真空 提水器是由真空储水室、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、电动真空阀等组成，其中压力输水器是由压力储水室、压力输 水管、底阀、蒸汽管路、放汽管路、两个电动阀等组成。
全文摘要
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。
文档编号E21F16/00GK101294499SQ20071007414
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月25日 优先权日2007年4月25日
发明者张庆玉, 穆玉芳 申请人:张庆玉