1 引言
目前，在煤礦采掘工作面使用的排水泵中，專(zhuān)門(mén)排泥沙的產(chǎn)品是空白。無(wú)論泥沙多少，普遍使用的依然是傳統(tǒng)的分段式多級(jí)清水離心泵。因此，磨損嚴(yán)重，水泵過(guò)早報(bào)廢，不但增加了成本，還常常直接影響生產(chǎn)進(jìn)度。
由于采煤工作面和掘進(jìn)工作面都不可能單獨(dú)設(shè)置沉淀泥沙的水倉(cāng)，無(wú)法就地清除泥沙等固體顆粒，所以，要解決用"清水泵"排泥沙的問(wèn)題，暫時(shí)只能在提高易損件的材料性能上想想辦法，最終還要在徹底改變排水泵結(jié)構(gòu)上大做文章。這方面的專(zhuān)業(yè)研究工作，已持續(xù)多年，目前依然在緊張地進(jìn)行。
研究發(fā)現(xiàn)，固體顆粒對(duì)離心泵的磨損，在特定環(huán)境下，遵守著某種規(guī)律。把這一規(guī)律展現(xiàn)在我們面前，對(duì)癥下藥，就能找到較理想的解決方案。
2 工作面水樣采集固體重量比測(cè)定
經(jīng)觀(guān)測(cè)，采煤工作面的涌水中，固體顆粒的含量隨著回采循環(huán)作業(yè)內(nèi)容的改變而變化，因而，具有周期性。
一般情況下，在采前準(zhǔn)備結(jié)束，采煤作業(yè)開(kāi)始之前，固體顆粒含量最少。采煤作業(yè)即將結(jié)束時(shí)，含量最多。采集水樣時(shí)，為了既減少采集次數(shù)，又能說(shuō)明問(wèn)題，可在正式開(kāi)采前30分鐘內(nèi)采集一次，在采煤作業(yè)結(jié)束前30分鐘內(nèi)再采集一次。采集水樣的地點(diǎn)在采煤工作面下端頭，或在溜子道安裝的排水泵自己?jiǎn)为?dú)的出水口。
一般情況下，在巖石平巷掘進(jìn)工作面的涌水中，在多臺(tái)鑿巖機(jī)集中打眼之前，固體顆粒含量最少。在爆破之后，在出巖作業(yè)的后三分之一時(shí)間內(nèi)，固體顆粒含量最多。在這兩個(gè)時(shí)段內(nèi)分別采集水樣。采集地點(diǎn)在耙斗機(jī)或裝巖機(jī)工作地點(diǎn)之后10m之內(nèi)，或在該工作面排水泵自己?jiǎn)为?dú)的出水口。
上面所采集的水樣，每次重2K0.2kg。稱(chēng)過(guò)重量后，采用過(guò)濾法，用過(guò)濾紙濾出水樣中的全部固體顆粒。烘干后，稱(chēng)出固體顆粒重量，則水樣的固體重量（百分比）比Caw為：
固體重量
Cow=---------------H%
固、液混合物總重
水樣的固體重量比Caw在《漿體與粒狀物料輸送水利學(xué)》（費(fèi)祥俊著，請(qǐng)華大學(xué)出版社1994年5月出版）中被定義為"重量比固體濃度"，習(xí)慣用于輸送工業(yè)漿體。本文簡(jiǎn)稱(chēng)為固體重量比，現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)習(xí)慣稱(chēng)為泥沙重量比。
一般情況下，當(dāng)一個(gè)工作面的涌水量小于10m3/h，固體重量比Cow明顯增大；涌水量大于80m3/h，固體重量比Cw明顯減小
在同一礦井，在具有標(biāo)志性的煤層、巖層中大量采集水樣，便可以得到該礦井涌水中固體顆粒含量的一般規(guī)律。再根據(jù)涌水量、巖體的特性和破碎程度、松散顆粒遇水后的反應(yīng)等進(jìn)一步分析整理，便可以用來(lái)指導(dǎo)排水設(shè)計(jì)和排水管理。表1是從現(xiàn)場(chǎng)獲得的一組綜合數(shù)據(jù)。
3多級(jí)離心泵磨損部位及磨損過(guò)程
3.1多級(jí)離心泵的磨損部位
目前，礦用多級(jí)離心泵磨損最嚴(yán)重的部位是平衡盤(pán)，然后依次是葉輪口環(huán)、盤(pán)根套、中段的軸孔襯套等。
一般固體顆粒不會(huì)把泵體外殼磨穿，不會(huì)把葉輪外徑磨小，也不會(huì)把葉片磨短。平衡盤(pán)磨損后變薄，使轉(zhuǎn)子向電機(jī)方向（向前）的竄量超限，從而產(chǎn)生連鎖損壞。葉輪口環(huán)和中段軸套磨損后，密封間隙變大，使離心泵出水不足或不出水，有時(shí)還拌有強(qiáng)烈的震動(dòng)。
3.2平衡盤(pán)的磨損過(guò)程
平衡盤(pán)有軸向端面跳動(dòng)，泵體平衡板也有軸向端面跳動(dòng)。平衡盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，會(huì)在轉(zhuǎn)到某一角度時(shí)，局部出現(xiàn)軸向間隙的最大間隙或最小間隙。
平衡盤(pán)的平衡狀態(tài)是動(dòng)態(tài)的，泵的轉(zhuǎn)子在某一平衡位置會(huì)前后作軸向脈動(dòng)。工況點(diǎn)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)自動(dòng)移到新的平衡位置作軸向脈動(dòng)。
這種軸向端面跳動(dòng)和軸向脈動(dòng)疊加后，軸向間隙b0便具有局部的動(dòng)態(tài)最大間隙b0max和最小間隙b0min。
假設(shè)：一個(gè)固體K的顆粒直徑為A，已隨著液體到達(dá)平衡盤(pán)前面的高壓區(qū)，并且
b0max＞A＞b0min
則固體K將被液體從軸向最大間隙b0max附近裹進(jìn)平衡盤(pán)的軸向間隙之內(nèi)。
當(dāng)固體K剛剛跨進(jìn)較小的距離S，平衡盤(pán)就轉(zhuǎn)到軸向間隙b0小于A(yíng)的位置，或者平衡盤(pán)正竄回到軸向間隙b0小于A(yíng)的位置。這時(shí)，平衡盤(pán)將對(duì)固體K產(chǎn)生擠壓，二者將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。平衡盤(pán)端面會(huì)被固體K擠壓出凹痕，會(huì)被刮削出凹槽，直到固體K被研碎。
