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煤矿排水知识题库及答案

1.煤矿排水系统的核心组成部分包括哪些？各部分的主要功能是什么？

煤矿排水系统主要由排水设备、排水管路、电气控制系统、水仓及附属设施四部分组成。排水设备以主排水泵为核心，通常采用多级离心式水泵，其功能是将井下积水通过机械能转化为水的势能和动能，实现提升排水；排水管路多为无缝钢管或复合管，分工作管路和备用管路，承担将水从水泵出口输送至地面的任务；电气控制系统包括高压开关柜、软启动装置、监控仪表等，负责水泵的启停控制、运行参数监测及故障保护；水仓是井下储存积水的主要设施，分为主仓和副仓，起到缓冲水量波动、沉淀杂质的作用，设计有效容积需满足矿井4小时正常涌水量的要求；附属设施包括吸水井、配水闸门、逆止阀、闸阀等，其中逆止阀防止停泵时水流倒灌损坏设备，闸阀用于调节流量和隔离管路。

2.矿井正常涌水量与最大涌水量的定义是什么？在排水系统设计中如何应用这两个参数？

正常涌水量指矿井开采过程中，在正常气象条件下，单位时间内流入井巷的水量（单位：m3/h）；最大涌水量则是矿井在雨季或遇到断层、含水层突水等特殊情况下，单位时间内可能出现的最大流入水量。排水系统设计时，工作水泵的排水能力需满足在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量（即工作泵流量≥1.2×正常涌水量）；同时，工作泵与备用泵的总排水能力需满足在20小时内排出矿井24小时的最大涌水量（即总流量≥1.2×最大涌水量）。例如，某矿正常涌水量为500m3/h，则工作泵流量需≥600m3/h；若最大涌水量为800m3/h，总排水能力需≥960m3/h。

3.多级离心式水泵的工作原理是什么？其扬程与级数的关系如何计算？

多级离心式水泵通过叶轮高速旋转产生离心力，将水从叶轮中心甩向边缘，水在流经导叶时动能转化为压力能，完成一级升压；多个叶轮（级数）串联后，水依次通过每一级叶轮和导叶，压力逐级叠加，最终达到所需扬程。扬程与级数的关系可简化为：单级扬程H?=（叶轮外径2×转速2×效率）/(2g)（经验公式中，常用H?=K×D2×n2，K为系数），总扬程H=H?×i（i为级数）。例如，某泵单级扬程为50m，8级时总扬程为400m。实际选型中需考虑管路阻力损失，总扬程需≥静扬程（垂直高度）+沿程阻力+局部阻力。

4.排水管路的沿程阻力损失如何计算？降低沿程阻力的主要措施有哪些？

沿程阻力损失计算公式为：h_f=λ×(L/d)×(v2/2g)，其中λ为沿程阻力系数（与管材粗糙度、雷诺数有关），L为管路长度（m），d为管路内径（m），v为水流速度（m/s），g为重力加速度（9.8m/s2）。降低沿程阻力的措施包括：①选择内壁光滑的管材（如涂塑钢管），减小λ值；②适当增大管路直径，降低流速（经济流速一般控制在1.5-2.5m/s）；③减少管路长度，优化排水路线（避免不必要的弯曲）；④定期清理管路内壁结垢，保持内径有效截面积。例如，某管路长度1000m，内径0.2m，流速2m/s，λ=0.025，则沿程损失h_f=0.025×(1000/0.2)×(22/2×9.8)=0.025×5000×0.204≈25.5m。

5.水泵启动前为何需要进行灌泵？常见的灌泵方法有哪些？

灌泵是为了排除水泵及吸水管路内的空气，使叶轮入口处形成足够的真空度，确保水泵能够正常吸水。若未灌泵，泵内空气无法形成有效负压，水无法被吸入叶轮，会导致“气缚”现象，水泵空转不排水，同时可能因摩擦生热损坏密封件。常见灌泵方法包括：①自灌式：水仓水位高于水泵轴线，通过重力自流灌泵（需设置底阀防止停泵后水流回仓）；②水射器灌泵：利用高压水通过喷嘴产生负压，抽取泵内空气；③真空泵灌泵：通过电动真空泵抽出泵内空气，适用于大型水泵；④人工灌泵：小型泵可通过漏斗向泵体注水，直至放气阀出水。

6.水泵运行中出现“汽蚀”现象的原因是什么？如何判断和预防？

汽蚀是由于水泵叶轮入口处压力低于水的饱和蒸汽压，水发生汽化形成气泡，气泡随水流进入高压区破裂，产生高频冲击载荷，导致叶轮表面金属疲劳剥蚀的现象。判断方法：①听声音：泵内发出“噼啪”的爆裂声；②看性能：流量、扬程、效率明显下降；③查外观：叶轮入口处出现蜂窝状蚀坑。预防措施：①确保吸水高度不超过允许吸上真空高度（H_s≤H_s’-Δh，H_s’为水泵样本给定值，Δh为管路损失）；②降低吸水管路阻力（缩短吸水管长度、减少弯头）；③提高吸水液面压力（如采用正压吸水，水仓水位高于泵轴线）；④选用抗汽蚀材料（如不锈钢叶轮）或采用双吸式叶轮（降低入口流速）。

7.排水系统中逆止阀和闸阀的安装顺序及作用分别是什么？

正确安装顺序为：水泵出口→闸阀→逆止阀→管路。闸阀位于水泵与逆止阀之间，作用是调节水泵流量（通过改变开度改变管路特性曲线），并在停泵前关闭以减小水锤