文 魁

(山西安煤矿业设计工程有限公司，山西 太原 030006)

近年来随着国家安全生产各项政策、法律和法规的不断完善，对于瓦斯抽采的要求越来越严格，力度不断加大，措施也更加完善，相应的瓦斯抽采泵站设计也越来越多。作为工程设计，不但要满足规程、规范的要求，而且要设计合理、安全、可靠，并且尽可能多地贯穿一些先进的设计理念，吸取一些成熟的设计经验，从而使设计更加完善。

为了贯彻《煤矿安全规程》(2016版)取消回采工作面专用排瓦斯巷的规定，有些矿井将回采工作面改为“U”型通风方式。“U”型通风具有结构简单、巷道施工维修量小、回采工作面漏风小、风流稳定、易于管理等优点。但对于回采工作面改为“U”型通风方式的矿井，会取消尾部横贯通风，导致回采工作面上隅角风流方向发生变化，采空区瓦斯会涌入上隅角，在目前抽采瓦斯方法基础上，无法满足瓦斯治理需求。因此，有必要采取回采工作面采空区抽采瓦斯的措施，改变上隅角风流流动以降低上隅角瓦斯浓度。

为此需在井下增设一套移动瓦斯抽采泵站，对回采工作面上隅角瓦斯进行单独抽采，将抽出的瓦斯直接排放至总回风巷中，而低浓度瓦斯抽采的安全性较高浓度瓦斯抽采差，对于抽采设备的要求较高。因此，本文提出煤矿用湿式罗茨真空泵来处理井下上隅角瓦斯问题，该设备具有安全可靠、结构紧凑、大流量、低功率、功能全、分体安装方便、效率高等特点，现对该设备的结构、性能参数和特点进行分析。

1 湿式罗茨真空泵主要结构、工作原理及设备特点

1.1 总体结构

煤矿用湿式罗茨真空泵主要包括：矿用隔爆型三相异步电动机、减速机、联轴器、主机、钢结构底盘等。结构如图1所示。

图1 煤矿用湿式罗茨真空泵结构简

1.2 湿式罗茨真空泵工作原理

本真空泵是一种容积式气体真空泵，主机机壳内两个叶轮彼此保持一定的“啮合”间隙，间隙被水膜填充，两叶轮表面以及与之相对的机壳、墙板表面之间均被水膜填充包覆，起到密封、降温的作用。在运转过程中两个叶轮不相互接触。

两叶轮通过同步齿轮带动，作等速反向旋转，叶轮型面的“啮合”运动使进气口和排气口隔开。将吸入的气体无内压缩地从吸气口推移到排气口。被输送的吸入气体，在达到排气口的瞬间，因排出侧高压气体的回流而被加压向系统输送而做功，达到强制排气的目的。其工作原理如图2 所示。

图2 湿式罗茨真空泵工作原理

图2(a)中，机体内的容积，被叶轮分隔成三个区域，其中(Ⅰ)与进气口相通，其气体处于进气口压力，(Ⅰ′)在尚未形成此位置以前与进气口相通，现尚未与排气口相通，故其气体仍处于进气口压力；(Ⅱ)与排气口相通，故其气体处于排气口压力。

图2(b)中，机体内的容积，被叶轮分隔成二个区域，其中(I)与进气口相通，其气体处于进气口压力；(Ⅱ)与排气口相通，故其气体处于排气口压力。

图2(c)中，机体内的容积，被叶轮分隔成三个区域，(Ⅰ)、(Ⅰ′)、(Ⅱ)与图2(a)情况相同，只是叶轮旋转90°后，左右位置进行互换。上述情况是叶轮旋转90°的工作过程，如此循环工作，便形成双转子真空泵的工作全过程。

1.3 主机结构简图

主机由机壳、从动叶轮部、填料密封部、墙板、驱端轴承座、调心滚子轴承、甩油盘、密封衬套、副油箱部、主油箱部等组成，主机结构简图见图3。

图3 主机结构简图

1.4 同等设备能力参数分析对比

同流量湿式罗茨真空泵和水环式真空泵的主要参数对比，见表1。

1.5 罗茨真空泵的特点

1) 同等设备能力下具有安全可靠、结构紧凑、分体安装方便、便于维护的特点。

2) 设备具有大流量、低功率、高效率的特点，降低了设备能耗，达到了节能节电的目的。

3) 设备自带旋风式水洗除尘器等设备，在抽采气体进入真空泵前对瓦斯抽采管路中的煤尘进行过滤，同时旋风式水洗除尘器兼有阻火的功能，从而保证了瓦斯抽采泵运行的稳定与安全，设备供水量小，减少冷却水池容积，减少水池投资。

4) 设置净化除尘系统采用双罐体结构，具有水位恒定特性；对呼吸性粉尘进行超前湿润预处理，再进行二相分离，实现二级处理，有效捕集全部粉尘；在不停泵状态下，具有自动负压排污和自动补水功能；具有细化分流作用，确保混合气体与水充分混合，有效除尘；能有效保持水封高度恒定。

表1 湿式罗茨真空泵和水环式真空泵主要参数对比

从表1可以看出，湿式罗茨真空泵和水环式真空泵相比，具有明显优势。

5) 设置智能调节引排装置，实际引排量能根据管道瓦斯浓度、一氧化碳浓度变化联动调解，保持浓度在合理范围内，实现安全、节能；有自动和手动双功能，且相互闭锁；实时监测环境瓦斯浓度、管道瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、压力和流速等参数；实时监测设备的轴温、开停、电流、电压等相关参数独立监测、切换、远控功能。

2 结 语

湿式罗茨真空泵在抽采期间能克服管路最大管网阻力，使抽采管口达到足够的负压，并满足抽采泵出口正压需求；满足抽采期间预计最大瓦斯抽出量的需求；具备良好的气密性；配备防爆电动机；在抽采气体进入真空泵前对瓦斯抽采管路中的煤尘进行过滤，同时旋风式水洗除尘器兼有阻火的功能，确保了瓦斯抽采泵运行的稳定与安全；并且具有大流量、低功率、高效率的特点，达到了节能节电的目的。因此本文推荐井下移动瓦斯抽采泵站采用湿式罗茨真空泵。