- •1. ВОПРОСЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ РУДНЫХ И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
- •1.8. Водоотлив на глубоких горизонтах
- •2. РУДНИЧНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ
- •2.4. Законы пропорциональнрсти
- •2.9. Допустимая высота всасывания
- •2.10. Потери в насосах
- •2.17. Насосы в кислотоупорном исполнении
- •4. ЭЛЕКТРОПРИВОД И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
- •5; ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ
- •6.1. Реле уровня
- •6.2. Реле давления
- •7. СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВОДООТЛИВНЫМИ УСТАНОВКАМИ
- •8. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
5; ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ
5.1. Требования к современным водоотливным установкам
В горной промышленности накоплен большой опыт проек тирования, строительства и эксплуатации водоотливных устано вок малой, средней и большой производительности (от 30 до 20 000 м3/ч).
Современные водоотливные установки, особенно большой производительности, представляют сложный комплекс, в кото рый входят горные выработки и оборудование: насосные ка меры, трубные ходки, насосы, двигатели, трубные коллекторы, аппаратура автоматического управления и т. п. Весь этот комп лекс должен строго удовлетворять требованиям правил техники безопасности.
От надежности работы водоотливных установок зависят бе зопасность, экономичность и бесперебойность работы шахт. По этому они должны быть спроектированы в соответствии с раз делом «Водоотлив» Правил безопасности [30] и Правилами тех нической эксплуатации в угольных и сланцевых шахтах.
Насосная камера главного водоотлива должна быть сухой, хорошо вентилируемой, удобной для ремонта оборудования и безопасной в пожарном отношении. Эта камера проветривается свежей струей, а для ее защиты от затопления, особенно в ус ловиях обводненных рудных месторождений, оборудуются гер метичные двери со стороны подстанции и околоствольных вы работок.
Водоотливные установки должны иметь водосборник, состоя щий из двух отдельных частей, емкостью на четырехчасовой нормальный приток воды в шахту.
Водоотливные установки в условиях малой и средней обвод ненности при притоках шахтных вод до 300 м3/ч оборудуются тремя насосными агрегатами одинаковой производительности, один из которых находится в работе, второй — в резерве, тре тий— в ремонте. Каждый из насосов откачивает нормальный суточный приток воды. Водоотливные установки проектиру ются с автоматическим управлением, когда пуск и остановка насосных агрегатов осуществляется в зависимости от уровня воды в водосборнике. Это повышает надежность их работы и снижает эксплуатационные расходы.
В условиях обводненных месторождений производитель ность водоотливной установки (м3/ч) в соответствии с ЕПБ оп-
ределяется по формуле
Q D . у = Qc/20, |
(5.1) |
где Qc — суточный приток шахтных вод, |
м3/сут. |
При выборе типа насосов необходимо принимать |
насосы |
||
с большей |
подачей (если они подходят |
по напору и мощности |
|
двигателя) |
и более высоким к. п. д. |
из выражения |
|
Число рабочих насосов определяется |
|
||
|
Праб = Q B . у/ Q H » |
|
(5.2) |
' где Q,, — подача насоса, м3/ч.
Общее число устанавливаемых насосов при оборудовании
водоотливной установки согласно требованиям ЕПБ |
|
Яуст — tlраб “Г Прса -|- Прем/3. |
(5.3) |
В действующих ЕПБ отсутствуют научно обоснованные нормы резервирования насосных агрегатов при больших прито ках шахтных вод. Сложность гидрогеологических условий и вне запные прорывы шахтных вод в горные выработки вызывают необходимость предохранять горизонты шахты от затопления
ипринимать повышенный резерв при оборудовании водоотлива.
Вэтих условиях исчисление резерва водоотливного оборудова ния согласовывается с Госгортехнадзором. Так, например, при
максимальном притоке воды 19000 м3/ч иа одном из горизон тов Миргалимсайского рудника в насосной камере установлены 19 насосов с подачей по 1200 м3/ч, из них восемь рабочих, во семь резервных и три насоса находятся на ремонте.
Ниже приведены установленные ЕПБ дифференцированные нормы резервирования насосных агрегатов по горнорудной про мышленности [31].
Число насосов в установке: |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
рабочих |
. . . |
||||||
резервных |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
|
находящихся в ремонте |
-1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Всего |
|
4 |
5 |
7 |
8 |
9 |
11 |
Гипроцветмет, Южгипрошахт, Гипроникель и другие реко мендуют для строительства водоотливных установок типовые проекты, которые используются в горной промышленности при притоках от 50 до 500 м3/ч. В сложных гидрогеологических ус ловиях при притоке шахтных вод свыше 500 м3/ч на главные водоотливные установки отсутствуют типовые решения. В этих случаях разрабатывают индивидуальные проекты, по которым выбирают насосное оборудование, трубопроводы и электрообо рудование.
Каждый из нагнетательных трубопроводов рассчитывают на откачку нормального суточного притока. В условиях обводнен ных месторождений число трубопроводов выбирают в зависи
5.3. Водоотливные установки с положительной высотой всасывания
Водоотливные установки этого типа широко используются в промышленности, поэтому ограничимся описанием одной на иболее характерной установки, применяющейся в горной про мышленности. Типовая водоотливная установка рудных и угольных горнодобывающих предприятий при средней обвод ненности показана на рис. 5.1. В насосной камере с круглыми водосборными колодцами установлены три насосных агрегата
ЦНС 300-120 — ЦНС |
300-600. Размеры камеры приведены |
в табл. 5.1. |
принимается от 3,5 до 6 м, что опреде |
Высота всасывания |
ляется всасывающей способностью насосов и эффективностью использования емкости водосборников. Всасывающий трубо провод оборудуется предохранительной сеткой, чтобы механи ческие примеси не попадали в насос. Под сеткой расположен приемный клапан, препятствующий утечке воды из всасываю щего трубопровода.
Двойной нагнетательный трубопровод позволяет осущест вить независимую работу каждого насоса на любой трубопро вод. Для этого нагнетательный патрубок насоса оборудуют об ратным клапаном и тройником, к обеим сторонам которого присоединяют задвижки для подачи воды из насоса. Над каж дым насосом устанавливают монтажные балки, рассчитанные на подвеску блоков для подъема и монтажа насосного обору дования. В водоотливных установках малой производительно сти (до 50 м3/ч) ограничиваются оборудованием одного 'общего колодца, что сокращает объем проходческих работ и позволяет организовать заливку насосов с помощью погружного верти кального заливочного насоса ЗПН с подачей 50 м3/ч и напо ром 16 м.
В условиях шахт Подмосковного бассейна и некоторых шахт горнорудной промышленности приемный колодец распо лагают в торце насосной камеры, что сокращает ее ширину и позволяет для этих целей использовать прилежащие горные выработки. Однако такое решение не может быть принято как типовое, поскольку удлиняются всасывающие трубопроводы и, следовательно, снижается надежность работы насосных агре гатов. Камера располагается в околоствольном дворе на све жей струе у клетевого ствола и соединяется с тремя ходками: с горными выработками, клетевым стволом и подстанцией. Рас стояние между насосными агрегатами принимают исходя из условий монтажа и демонтажа насоса и электродвигателя, а также проведения текущего ремонта на месте.
Для доставки оборудования в камере прокладывают рель совый путь одинаковой шириной колеи с общей сетью шахтных откаточных путей.
-v]
о
Размеры насосных камер на три насосных агрегата (см. рис. 5.1), мм
Та б л и ц а 5.1
Насос |
Число |
1 |
и |
|
h |
Л, |
Ьу |
Ьй |
D |
L |
|
колес |
|
||||||||
ЦНС 60-50 — ЦНС 60-250 |
2 |
3400 |
1650 |
1200 |
2620 |
2200 |
750 |
3200 |
3200 |
14 750 |
|
3 |
|
1800 |
|
|
|
800 |
|
|
15 200 |
|
4 |
|
1850 |
|
|
|
|
|
15 350 |
|
|
5 |
|
1930 |
|
|
|
|
|
|
15 590 |
|
6 |
|
2010 |
|
|
|
850 |
|
|
15 830 |
|
7 |
|
2270 |
|
|
|
|
|
16 610 |
|
|
8 |
|
2350 |
|
|
|
|
|
|
16 850 |
|
9 |
|
2430 |
|
|
|
|
|
|
17 090 |
|
10 |
|
2600 |
|
|
|
|
|
|
17 600 |
ЦНС 105-98 — ЦНС 105-490 |
2 |
3400 |
2000 |
1200 |
2760 |
2300 |
800 |
3200 |
3200 |
15 800 |
|
3 |
|
2150 |
|
|
|
850 |
|
|
16 250 |
|
4 |
|
2300 |
|
|
|
950 |
|
|
16 700 |
|
5 |
|
2300 |
|
|
|
|
• |
16 700 |
|
|
6 |
|
2470 |
|
|
|
|
|
17 210 |
|
|
7 |
|
2560 |
|
|
|
|
|
|
17 480 |
|
8 |
|
3100 |
|
3050 |
2360 |
1200 |
3950 |
3950 |
19 950 |
|
9 |
|
3200 |
|
20 250 |
|||||
|
10 |
|
3300 |
|
|
|
|
|
|
20 550 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
ЦНС 180-85 — ЦНС 180-425 |
2 |
3400 |
1950 |
1200 |
2990 |
2420 |
800 |
3950 |
3950 |
15 950 |
|
3 |
|
2140 |
|
|
|
|
|
|
16 520 |
|
4 |
|
2280 |
|
|
|
1200 |
|
|
16 940 |
|
5 |
|
2450 |
|
|
|
|
|
17 450 |
|
|
6 |
|
2900 |
|
|
|
|
|
|
19 250 |
|
7 |
|
3100 |
|
|
|
|
|
|
19 850 |
|
8 |
|
3200 |
|
3250 |
2690 |
1300 |
|
|
20 150 |
|
9 |
|
3350 |
|
|
|
20 600 |
|||
|
10 |
|
3450 |
|
|
|
|
|
|
20 900 |
ЦНС 180-476 — ЦНС 180-680 |
7 |
3400 |
3100 |
1200 |
3350 |
2820 |
1400 |
3950 |
3950 |
19 850 |
|
8 |
|
3250 |
|
|
|
|
|
|
20 300 |
|
9 |
|
3450 |
|
|
|
|
|
|
20 900 |
|
10 |
|
3550 |
|
|
|
|
|
|
21 200 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
ЦНС 300-120 — ЦНС 300-600 |
2 |
3500 |
2300 |
1300 |
3100 |
2590 |
950 |
3500 |
3500 |
17 200 |
|
3 |
|
3000 |
|
|
|
1200 |
3950 |
3950 |
19 750 |
|
4 |
|
3100 |
|
3450 |
2850 |
1300 |
20 050 |
||
|
5 |
|
3300 |
|
1400 |
|
|
20 650 |
||
|
6 |
|
3500 |
|
|
|
|
|
|
21 250 |
|
|
|
3550 |
3050- |
1500 |
4200 |
4200 |
21 800 |
||
|
7 |
|
3600 |
|
||||||
|
8 |
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
23 000 |
|
9 |
4400 |
4300 |
|
|
|
|
|
|
23 900 |
|
10 |
4300 |
|
|
|
|
|
|
24 200 |
/-/ |
Z -Z |
щ
*0п р еггш Виго пут и Г^У
Рис. 5.1. Насосная камера на три агрегата:
/ — нагнетательный |
трубопровод; 2 — таль |
с |
кошкой; |
3 — всасывающий трубопровод; |
4 — трубопровод для спуска воды из |
нагнетатель |
||
ных трубопроводов; |
5 — электродвигатель; |
6 |
— насос |
(ЦНС |
300-120— ЦНС |
300-600); |
7 — трубный ходок; 8 — водозаборный |
колодец; 9 — |
|
водосборник; |
10 — решетка; |
11 — заливочный |
насос ЗПН; 12 — задвижка |
|
Размеры насосных камер определяются габаритами обору дования и величиной проходов, необходимых для обслужива ния насосных агрегатов и производства монтажных работ. Раз меры горизонтального ходка определяются условиями транс портировки оборудования максимальных габаритов и зазорами (не менее 200 мм) до каждой стороны выработки и до пере крытия. Высота горизонтального ходка должна быть не менее 1900 мм.
Водотрубный ходок проходится под углом 25—30° и соеди няет насосную камеру с клетевым стволом с таким расчетом, чтобы в месте сопряжения ходка со стволом расстояние по вер тикали от уровня пола насосной камеры было не менее 7 м для вертикальных и не менее 3,5 м для наклонных стволов с углом наклона до 20°
Габариты ходка определяются из условия размещения тру бопроводов, доставляемого оборудования, размещения лест ницы или сходней (трапов) с перилами, а также рельсового пути и камеры лебедки. Высота ходка определяется исходя из максимальной высоты оборудования и зазора 200 мм до пере крытия, но не менее 1500 мм.
Водозаборный колодец может располагаться внутри камеры или примыкать сбоку камеры со специальной нишей. Диаметр круглого колодца равен ширине насосной камеры с бетонной крепыо толщиной 300 мм. Устье водозаборного колодца пере крывают рифлеными листами с отверстиями для всасывающих трубопроводов, цепей подвески заливочного насоса и шпинде лей перепускных задвижек. Глубина колодца не превышает 6 м от уровня пола камеры, а размеры колодца определяются из условия соблюдения зазоров не менее й00 мм между слив ными задвижками и стенками водозаборного колодца.
При выборе места расположения насосной камеры необхо димо учитывать горнотехнические условия. Насосная камера проходится вкрест простирания пласта, особенно при неустой чивых вмещающих породах. С увеличением горного давления на глубоких горизонтах не допускается сопряжение насосной камеры с выработками водоотливного комплекса под острым углом. В £тих условиях проверяется расчетная нагрузка на арочную крепь с учетом вибрации мощных насосных агрегатов, чтобы не допустить образования трещин в железобетонном креплении.
На рис. 5.2 представлена гидравлическая схема водоотлив ной установки с аппаратурой автоматизации ВАВ во взрывобез опасном исполнении. Заливка главных насосов осуществляется погружным насосом ЗПН, а пуск их и остановка — в за висимости от уровня воды в водосборнике. Установка комп лектуется аппаратурой, контролирующей основные параметры работы насосных агрегатов: подачу, давление, состояние за ливки насосов и температуру подшипников. Опыт эксплуата-
ции установок этого типа на шахтах Донбасса и бокситовых рудниках показал надежность в работе, а также большую опе ративность при включении резервных насосов и при переклю чении их на нагнетательные трубопроводы.
Рис. 5.2. Гидравлическая схема автоматизированной водоотливной установки с аппаратурой ВАВ с заливкой вспомогательным погружным насосом:
/ — задвижка |
с ручным |
приводом |
на |
нагнетательном |
трубопроводе; |
2 — байпасная |
||||||||
труба; |
3 — обратный клапан; |
4 — электропривод |
задвижки; |
5 — термодатчик |
для |
конт |
||||||||
роля |
температуры подшипников насоса |
и |
электродвигателя; 6 — реле |
давления; |
7 — |
|||||||||
труба для соединения разгрузки насоса |
со всасывающей |
системой; |
8 — нагнетательный |
|||||||||||
трубопровод; |
9 — ручной |
вентиль; |
10 — реле |
производительности; |
/ / — ручной вентиль |
|||||||||
в системе заливки насоса; |
12 — всасывающий трубопровод; |
/3 — обратный |
всасываю |
|||||||||||
щий клапан; |
14 — электродные датчики |
уровня; |
15 — заливочный |
насос; |
16 — главный |
|||||||||
|
|
|
|
насос; |
17 — электродвигатель |
|
|
|
|
|
|
5.4. Опыт применения способов заливки насосов
Длительный опыт эксплуатации автоматизированных водо отливных установок с положительной высотой всасывания по зволил обобщить различные способы заливки насосов (рис. 5.3).
Постоянная заливка насосов. Наиболее широко в горноруд ной промышленности применяется способ заливки насосов с ис пользованием шахтных вод верхних горизонтов, особенно при разработке крутых и пологих пластов (рис. 5.3, а). Высокая надежность, простота оборудования и использование при от качке пресных и кислотных вод способствовали его распрост ранению при водоотливе. Опыт работы Уральских медных и бокситовых рудников показал, что практически отсутствуют не поладки в насосных агрегатах с применением этих способов
заливки. При высоте этажа 40 м применяются редукционные клапаны для снижения давления на сальниковые уплотнения насосов.
Заливка насосов из бака-накопителя. В условиях обводнен ных рудных месторождений для заливки насосов применяют баки-накопители с гндрорегулятором поплавкового типа, кото рые имеют двойное питание водой от резервного подкачиваю-
Рнс. 5.3. Способы заливки насосов:
а — заливка |
насосов с |
верхних |
горизонтов |
(медные рудники |
Урала, |
бокситовые руд |
|||||||
ники); б — заливка насосов из |
бака-накопнтеля и подкачивающим насосом |
в условиях |
|||||||||||
обводненных рудных месторождений (бокситовые рудники); |
в —заливка |
|
насосов из |
||||||||||
однокамерного бака-аккумулятора |
(рудники |
Никопольмаргаица, Кривого |
Рога и др.); |
||||||||||
1 — колодец |
для |
сбора |
воды |
па |
верхних горизонтах; 2 — нагнетательный |
трубопровод; |
|||||||
3 — трубопровод |
для заливки |
насоса; |
4 — предохранительный |
клапан; |
5 — всасывающий |
||||||||
трубопровод; |
6 — приемный |
клапан; |
7 — насос; |
5 — вентиль; |
9 — регулятор |
поплавко |
|||||||
вого типа; 10 — бак-накопитель; |
11 — трубопровод |
для подачи |
воды в бак-накопитель; |
||||||||||
12 — насос |
типа |
ЗПН; |
13 — уравнительный |
клапан; 14— бак-аккумулятор |
щего насоса типа ЗПН и со стороны нагнетательного става (рис. 5.3, б). Колебание уровня воды в баке-накопителе обус ловливается неисправностью всасывающих клапанов насоса и зависит от расхода воды, подаваемой к насосам. При неисправ ных обратных клапанах расход воды из бака увеличивается, что вызывает быстрое его опорожнение. В этих условиях вклю чается подкачивающий насос и восполняется утечка воды во время пуска главного насоса.
Заливка с помощью баков-аккумуляторов применяется для насосов малой и средней производительности, особенно в усло виях участкового водоотлива (рис. 5.3, в).
Объем бака-аккумулятора определяется по формуле [32]
V= [e + m/ (e - l)]V 1, |
(5.4) |
где е=PalР — степень расширения воздуха в баке; |
рц,— атмос |
ферное давление, МПа; р — абсолютное давление в баке в мо мент поступления воды, МПа; т' — отношение объема вредного пространства бака к объему всасывающего трубопровода; V\ — емкость всасывающего трубопровода, м3.
Абсолютное давление в баке в момент поступления воды
р = Ра—У н х—Y [L + 50 d (Eg + 1)] <р*/ь |
(5.5) |
||
где ра — атмосферное давление, |
МПа; |
у= р g — удельный вес |
|
воды, Н/м3; р — плотность воды, |
кг/м3; |
Н\ — высота |
всасыва |
ния с учетом размеров бака, м; |
L — полная длина |
всасываю |
щего трубопровода, м; Eg— сумма приведенных сопротивлений во всасывающем трубопроводе, м; <p=l,l-s-l,2 — отношение максимальной скорости к средней во всасывающем трубопро воде; ii=0,005-4-0,003 — гидравлический уклон.
Баки-аккумуляторы широко применяются в условиях участ кового водоотлива и водоотливных установок малой произво дительности. Преимуществами этого способа заливки являются: отсутствие обратного клапана во всасывающем трубопроводе, устранение обмерзания нагнетательных трубопроводов, проло женных в шурфах или необогреваемых стволах шахты. Бакиаккумуляторы работают наделено при правильно выбранных размерах бака и тщательном выполнении трубных соединений, но усложняют гидравлическую схему установки.
Ниже приведены размеры однокамерных баков-аккумуля торов для различных типов насосов участкового водоотлива (рис. 5.3, в).
|
|
ЦНС 38-80 |
ЦНС 105-95 |
ЦНС 60-70 |
Размеры всасывающего трубопровода: |
|
|
|
|
диаметр dBC, мм . |
...................... |
125 |
125 |
125 |
длина L от минимального уровня воды |
|
|
|
|
в водосборнике до всасывающего пат |
7 |
7,4 |
8,2 |
|
рубка насоса, м . . |
|
|||
высота всасывания tfDC, м |
5,2 |
5,6 |
5,7 |
|
Размеры бака-аккумулятора: |
|
|
|
|
диаметр D $, м |
|
0,35 |
0,4 |
0,42 |
высота Лб, м |
|
0,8 |
1 |
0,85 |
объем Уб. м3 |
|
0,28 |
0,4 |
0,36 |
К предпусковым способам заливки относятся: заливка на сосов при помощи вакуум-насосов, из нагнетательного трубо провода и вспомогательным насосным агрегатом. Заливка из нагнетательного трубопровода не получила распространения из-за малой ее надежности. Ограниченное применение имеют также и вакуум-насосы для заливки главных насосов из-за ус ложнения гидромеханической схемы водоотливной установки н увеличения ее стоимости.
В зарубежной практике вакуум-насосы применяются при эксплуатации мощных водоотливных установок с централизо ванным удалением воздуха из всасывающей системы главных насосов, когда трудно применить установки с отрицательной высотой всасывания.
Для заливки насосов главных водоотливных установок про изводительностью 300 м3/ч испытаны вакуум-насосы, которые были встроены в конструкцию главных насосов. В этом случае вопросы заливки решаются независимо от гидрогеологических условий и конструкции насосной камеры.
Область применения вертикальных бустер-насосных агрега тов ограничилась единичными установками на глубоких гори зонтах угольной промышленности. Основным недостатком этого типа установок является выход из строя основного насосного агрегата при неисправном бустер-насосе.
5.5. Водоотливные установки с отрицательной высотой всасывания
Водоотливные установки, расположенные ниже уровня воды в водосборнике, широко применяются на шахтах горнорудной промышленности, где притоки шахтных вод колеблются от 500 до .20 000 м3/ч.
Вугольной промышленности заглубленные водоотливные установки эксплуатируются на шахтах производственных объ единений «Тквибулуголь», «Кизелуголь» и намечены к приме нению на шахтах производственного объединения «Кузбассуголь» и на строящихся шахтах Донбасса.
Вгорной промышленности большое распространение полу
чают три типа автоматизированных водоотливных установок с отрицательной высотой всасывания: заглубленные насосные камеры, вертикальные насосы, с вспомогательным насосом. Применение .указанных установок дает значительные преиму щества по сравнению с установками с положительной высотой всасывания.
1.Упрощается схема автоматического управления и повы шаются технико-экономические показатели работы водоотлива.
2.Становится возможным применение спиральных насосов
смалой высотой всасывания и высоким к. п. д.
3.Устраняется явление срыва вакуума; отсутствие обрат
ного клапана на всасывающей линии позволяет снизить гид равлические потери, упростить конфигурацию всасывающей ли- 'нии насосов, исключить явление кавитации, что способствует надежной работе насосов.
4. Повышается надежность сальниковых уплотнений вслед ствие воздействия на них избыточного давления вместо ваку ума.
5.Отсутствуют приборы, контролирующие заливку насосов.
Кнедостаткам заглубленного комплекса следует отнести следующие: увеличение объемов горных выработок, усложне ние строительства камеры водоотлива.
Применение водоотливных установок с заглубленными на
сосными камерами началось с 1952 г. на Ленииогорском руд нике. Насосная камера пройдена в метаморфизованных туфах крепостью 8—10 по шкале проф. М. М. Протодьяконова и обо рудована пятью насосами 10НМКХ2 с подачей 800 м3/ч и вы сотой нагнетания 210 м; мощность электродвигателя 750 кВт.
На рис. 5.4 представлена водоотливная установка на одном из обводненных рудников. Насосная камера расположена на 8 м ниже уровня почвы околоствольного двора; на 2,5 м ниже расположен уровень почвы водосборника. В этой камере заль ного типа высотой 8,2 м свободно размещается насосное обо рудование и. мостовой кран. Между камерой и водосборником имеется водонепроницаемая перемычка, через которую выво дятся всасывающие трубопроводы. При таком расположении камеры насосы всегда залиты водой, что исключает необходи мость в специальных заливочных средствах.
Всасывающие трубопроводы расположены в индивидуаль ных водоприемниках, а их герметичность прохождения через железобетонную перемычку достигается применением сальни ков, что позволяет снизить вибрации трубопроводов, устранить возможность появления микротрещин в перемычке и т. д.
На рис. 5.5 представлена современная заглубленная водо отливная установка на 12 м ниже уровня почвы околостволь ного двора, где установлено восемь насосов 14М-8Х4. с пода чей 600 м3/ч и напором 390 м; мощность электродвигателя 1050 кВт. Камера имеет сечение 35 м2 в проходке при длине 58,2 м, крепление железобетонное толщиной 300 мм. Проходка камеры осуществлялась уступным забоем. После проходки про водилась раскоска и оформление ее свода. Насосная камера имеет три выхода на отметку откаточных выработок, сообща ется восстающим со стволом шахты и примыкает к подстан ции. По трубно-кабельному восстающему проложены три на гнетательных трубопровода диаметром 350 мм.
Водосборник состоит из двух параллельных секций, разде ленных на две изолированных части и связанных с помощью шиберных устройств. Для всасывающих трубопроводов прой дено семь водоприемных выработок. Предусмотрено блочное соединение двух насосных агрегатов на один трубопровод че рез горизонтальный обратный клапан и задвижку.
Водоотливная установка работает в двух режимах:
1) при нормальном притоке воды два насоса работают раз дельно, каждый на свой трубопровод;
2) при максимальном притоке воды работают четыре или шесть насосов; причем два насоса работают параллельно на
00
о
7-А\ \ \\\>
5о |
Рис* 5*5. Водоотливная установка с отрицательной высотой всасывания на одном из бокситовых рудников: |
/ — тягальная лебедка; 2 — ствол шахты; 3 — нагнетательный трубопровод; 4 — дренажные насосы; 5 — основной насос; 6 — всасывающий трубопровод; 7 — шнбер; 8 — кран-балка; 9 — задвижка
один трубопровод при скорости движения воды не свыше 1,8—
2,2 м/с.
Для прокладки нагнетательных трубопроводов в почве ка меры пройден специальный канал глубиной 1—1,2 м, что позво ляет более рационально разместить насосные агрегаты и улуч шить условия их доставки подъемно-транспортным оборудова
нием.
Охлаждение асинхронных двигателей принято с разомкну тым циклом. Забор воздуха производится через специальное отверстие в фундаменте из канала со стороны всаса насоса, а выброс нагретого воздуха осуществляется в канал со сто роны нагнетания. Подогрев обмоток двигателя во время оста новки осуществляется включением специальных грелок.
Характерной водоотливной установкой в условиях обводнен ных рудных месторождений является установка иа одном из го ризонтов Миргалимсайского рудника (рис. 5.6). В насосной камере установлено шестнадцать насосов 14М-12Х4 с подачей по 1200 м3/ч и напором 240 м; мощность двигателей 1200 кВт. Насосная камера пройдена в породах крепостью 10—12 по шкале проф. М. М. Протодьяконова на 12 м ниже уровня почвы водосборника; она имеет сечение 70. м2 в проходке при длине
камеры 136 м и закреплена монолитным |
бетоном |
толщиной |
500 мм. Камера соединена закрепленными |
бетоном |
ходками |
с подстанцией, откаточными выработками в северной и южной частях.
Для прокладки нагнетательных трубопроводов и кабелей пройдены с поверхности два трубно-кабельных восстающих се чением 10,2 и 19,5 м2. По первому восстающему проложено семь, по второму — пять трубопроводов диаметром 329 мм.
Для переключения насосов на тот или другой трубопровод в специально оборудованной камере установлено 18 задвижек. Все выходы из насосной и подстанции оборудованы водонепро ницаемыми дверями. Для защиты ставов от гидравлического удара трубопроводы секционированы обратными клапанами на отметке 120 м. Дренаж воды из насосной 'камеры в водосборник осуществляется двумя насосами 12 К с подачей 22 м3/ч и на пором 15 м. На трех основных насосах установлены дополни тельные всасывающие трубопроводы для откачки воды непо средственно из -дренажного колодца, если по каким-либо при чинам сами дренажные насосы не справляются с притоками.
Комплекс водоотливного хозяйства горизонта состоит из двух водосборников сечением 8,6 м2, специальных выработок для соединения их с насосной, подстанцией и насосной камерой (рис. 5.7).
• Приток шахтных вод принимается эксплуатационными гор ными выработками, которые проходят в первую очередь в рай оне основных водотоков. Шахтные воды с вышележащих гори зонтов перепускаются на главные откаточные выработки и спе
Для осуществления прямого водоотлива с гор. 1000 м при меняется высоконапорная арматура (задвижки, обратные кла паны), рассчитанная на рабочее давление 10 МПа. Опыт экс плуатации показал, что запорная арматура работает удовлет ворительно и перетоки воды отсутствуют. Это позволяет бес-
Рис. 5.8. Заглубленная насосная камера с общим водоприемником для двух всасывающих трубопроводов:
/ — наклонный |
вентиляционный |
ходок; |
2 — дренажный колодец; |
3 — дренажный насос |
||||||||||||
ЗК-9 (46 |
м3/ч, |
Н - 30 м); 4 — дренажный |
насос 8К-12а (290 |
ы3/ч, |
Я=22 м); |
5 — водораз- |
||||||||||
деляющая |
перемычка; |
6 — водонепроницаемая |
перемычка; |
7 — коллектор |
водосборни |
|||||||||||
ков; |
8 — задвижки клиновые (Л3 -1000 |
мм, Р у = 1 МПа); |
9 — маслостанция ЦС-70 м |
|||||||||||||
(70 |
л/м, |
Р=0,3 |
МПа); |
/0 — камера электрооборудования; |
11 — ходок |
для |
доставки |
обо |
||||||||
рудования; |
12 — иасос |
ЦНС 800 (#«876 |
м); |
/3 — электродвигатель |
ДСП |
140/74 |
( |
|||||||||
=»3000 кВт, б кВ. 1500 |
об/мин); |
14 — возбудитель ПН-400 |
(400 В, |
25 |
кВт); |
15 — наклон |
||||||||||
ный |
ходок |
в ЦПП; 16 — ствол |
шахты; |
17 — наклонный |
трубный |
ходок; |
18 — кран |
мо |
||||||||
стовой ручной; |
19 •— задвижка (£>3 « 300 мм, Py =*10 МПа); |
2d — обратный |
клапан |
|
||||||||||||
«300 мм, |
|
Р у «10 |
МПа); 21 — нагнетательный |
трубопровод |
ф тр«300 |
мм); |
2^ —задвиж |
|||||||||
|
ка |
(D у«300 |
мм, |
Р у =» 1 |
МПа); • 23 — всасывающая |
сетка; |
24 — таль |
ручная |
|
OD О)
*«
о
S
, и
ио
сз
О) X
2
№3
Капи
тальная
Капи
тальная
Т а б л и ц а 5.2
Характеристика некоторых водоотливных установок с отрицательной высотой всасывания
к
к
К(I)
Приток ПО
>* горизонту, м3/ч
*5
3 m
5,8 1600—2000
12 14 000—16 000
Размеры насос |
|
Характеристика основных насосных |
||||
ной камеры, м |
|
|
агрегатов |
|||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
ш |
Насос |
Двигатель |
|
|
|
|
о. |
|||
|
|
|
и |
|
|
|
<0 |
а |
а |
а |
|
|
|
о |
|
|
|
|||
а |
а |
s |
Ч |
|
|
|
о. |
о |
о |
|
|
|
|
а |
а |
а |
а |
|
|
|
§ |
В |
а |
|
|
|
|
|
|
|
Миргалимсайский рудник |
|||
36 |
6 |
5,5 |
7 |
10НМКХ2 |
БАМСО |
|
|
|
|
(Q = 1000 м3/ч; |
(Я = 680 кВт, |
||
|
|
|
|
Я = |
140 м) |
п — 1450 об/мин, |
|
|
|
|
|
|
U ~ 6 кВ) |
135 |
8,5 |
8,2 |
16 |
14М-12Х4 |
ДДП-116/49-4 |
|
|
|
|
|
(Q = |
1200 мз/ч; |
(Я = 1200 кВт, |
|
|
|
|
Я = |
240 м) |
п — 1450 об/мин, |
|
|
|
|
|
|
U = 6 кВ) |
Лениногорский рудник
Характеристика насосных агрегатов собственных нужд
Насос Двигатель
2 |
(Q = |
2К6 |
АОС-41/2 |
|
30 м3/ч, |
(Я = 4,6 кВт; |
|
|
Я = Ю м) |
п = 2750 об/мин; |
|
|
|
|
U — 380 В) |
3 |
12К-12а |
АОС-41/2 |
|
|
( 0 = |
22 м3/ч, |
(Я = 5,8 кВт, |
|
Я = 15 м) |
п — 2750 об/мин, |
|
|
|
|
U = 380 В) |
5,4 1600—3000 |
36 6 5,5 5 |
10НКМХ2 |
БАМСО |
2 |
2Кб |
АОС-41/2 |
||
|
|
(Q = |
800 м3/ч, |
(Я = 750 кВт, |
|
(Q = |
30 м3/ч, |
(Я = 4,6 кВт, |
|
|
Я = |
210 м) |
п = 1450 об/мин) |
|
Я = |
Ю м) |
п — 2750 об/мин; |
|
|
|
|
|
|
|
|
U = 380 В) |
,
Капи |
6 |
400—600 |
25 6 5 |
5 ЦНС 300-360 |
|
тальная |
|
|
|
II |
О СО |
|
|
|
|
“ |
СО |
А2450М/4 |
2 |
2К6 |
АОС-41/2 |
|
(Я = 500 кВт, |
|
(Q = |
30 м3/ч |
(Я = 4,6 кВт, |
п — 1450 об/мин, |
|
Я = |
10 м) |
п = 2750 об/мин, |
U = 6 кВ) |
|
|
|
U = 380 В) |
Североуральские бокситовые рудники
Главная 12 |
2000 |
22 6 4,5 5 |
14М-8Х4 |
(ДСП-116/49-4 |
2 |
2Кб |
Ъ |
||
|
|
|
(Q = |
600 м3/ч, |
Я = 1050 кВт, |
|
II СУ |
О со |
|
|
|
|
Я = |
390 м) |
п == 1450 об/мин, |
|
Я = |
10 м) |
|
|
|
|
|
|
Я = 6 кВ) |
|
|
|
|
АОС-41/2 (Я = 4,6 кВт,
п= 2750 об/мин, U = 380 В)
Турьинское рудоуправление, шахта им. С. М. Кирова
Объеди |
4 |
150—200 |
23 |
45 |
4,6 |
4 |
ЦНС 180 |
А12-32-4 |
|
ненная |
|
|
|
|
|
|
(Q = |
180 м3/ч, |
(Я = 400 кВт, |
|
|
|
|
|
|
|
Я = |
476 м) |
л = 1450 об/мин) |
|
|
|
|
|
|
Джезказганское месторождение |
|||
|
8 |
300—450 |
21 |
4,2 |
3,8 |
4 |
8МС-7 |
А12-52-4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(Q = |
300 м3/ч, |
(Я = 630 кВт; |
|
|
|
|
|
|
|
Я = |
420 м) |
п — 1450 об/мин, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я = 6 кВ) |
|
|
|
|
|
|
Гумешское месторождение |
|||
Капи |
б |
300 |
|
|
|
5 |
8МС-7 |
А12-41-4 |
|
тальная |
|
|
|
|
|
|
(Q = |
300 м3/ч, |
(Я = 500 кВт, |
|
|
|
|
|
|
Я = |
360 м) |
п = 1450 об/мин, |
Я = 6 кВ)
2 |
ЗСН-1/1 |
|
|
|
(Q = |
8 м3/ч, |
|
|
Я = 44 м) |
|
|
2 |
(Q = |
2К-9 |
АОС-41/2 |
|
20 м3/ч, |
(Я = 5,8 кВт, |
|
|
Я = |
18,5 м) |
п = 2700 об/мин; |
|
|
|
U = 380 В); |
1 |
ЗПН-1/2 |
|
|
|
(Q = |
13,5 м3/ч, |
|
|
Я = 12 м) |
|
препятственно производить ремонт резервных агрегатов и тру
бопроводов.
Для нормального пуска двигателей мощностью 3000 кВт при включении их на полное напряжение 6 кВ необходимо, чтобы потери напряжения не превышали 10 % от номиналь ного. Должны быть ограничены также токи к. з. Для обеспече ния надежной работы водоотливной установки при возрастании мощности к. з. на шинах центральной подземной подстанции до Рк<100 МВ*А осуществляется раздельное питание двига телей непосредственно от РУ-бкВ поверхностной понизитель ной подстанции. Применяются масляные выключатели с повы шенной разрывной способностью и усовершенствованная схема энергоснабжения. Вентиляция двигателей 3000 кВт с примене нием внутреннего обдува, очистительных фильтров и интенсив ное проветривание насосной камеры создают нормальные ус ловия для работы насосных агрегатов.
Анализ работы заглубленных водоотливных установок оте чественной горнорудной промышленности и за рубежом позво ляет обобщить некоторые положения, которые можно рекомен довать при их проектировании и эксплуатации..
Характеристика промышленных заглубленных установок во доотлива приведена в табл. 5.2.
Камеры располагаются вблизи клетевых стволов ниже уро вня горизонта околоствольного двора на 5—12 м с расположе нием по одной оси с центральной подземной подстанцией.
В комплект горных выработок заглубленной водоотливной установки входят: насосная камера; наклонный ходок с герме тичной дверью, соединяющей камеру с выработками около ствольного двора; коллекторы; водотрубный ходок; смотровая выработка, водосборники; ходок в центральную, подстанцию. Примыкание водосборников к насосной камере боковое. Тор цевое расположение водосборников менее распространено из-за сложности узла сопряжения камеры центральной подстанции со смотровой выработкой.
Насосная камера |
представляет выработку зального типа, |
где размещаются насосные агрегаты, трубопроводы, аппара |
|
тура управления и контроля. Доставка оборудования осуществ |
|
ляется подъемными |
кранами. Наиболее выгодное сечение ка |
меры — прямоугольно-сводчатая форма с бетонным крепле нием. Толщина крепи свода и стен принимается в зависимости от вертикальной и боковой нагрузки соответственно 300—400 и 350—400 мм (по данным института «Южгипрошахт»).
Наклонный и смотровой ходки проходят с минимальным се чением и крепят в зависимости от горно-геологических условий: при глубине до 600 м — бетоном, при глубине свыше 1000 м — металлической крепью.
Водонепроницаемые перемычки, сооружения в местах со пряжения насосной камеры с водосборником выполняются же-
лезобетониымн с гибкой арматурой из бетона марки 200 тол щиной 400—500 мм в зависимости, от давления воды; глубина вруба на 1 м во все стороны от крепи ниши. При сооружении перемычки необходимо учитывать давление воды и коррозию бетона, вызываемую действием шахтной воды, которая ослаб ляет его прочность.
Учитывая большие притоки шахтных вод в условиях руд ных месторождений, водосборники сооружают из двух-трех ветвей значительной протяженности. Их соединяют с коллек тором и отгораживают друг от друга железобетонной перемыч кой с шиберной задвижкой, которая управляется из смотровой выработки, пройденной над коллектором.
Уровень воды выдерживается 1,5—2 м от почвы водосбор ника для постоянного подпора на колесо насоса и получения наилучших характеристик водоотливного комплекса.
Всасывающие трубопроводы выполнены индивидуальными для каждого насоса. Трубные коллекторы для всасывающих трубопроводов из-за малой надежности имеют ограниченную область применения. Трубопроводы проложены в водонепро ницаемой перемычке через специальные сальники, что облег чает замену всасывающего трубопровода. Задвижку, имеющую дистанционное управление, устанавливают в насосной камере.
Нагнетательные трубопроводы размещают в специально оборудованных каналах насосной камеры, что улучшает усло вия ревизии насосного оборудования и работы подъемно-транс портных устройств. В зависимости от принятого варианта рас положения трубопроводов меняются: ширина камеры, высота и расход материала на крепь. На нагнетательном трубопроводе каждого насоса выше нагнетательного патрубка за обратным клапаном устанавливают Задвижки: по две или по одной на насос в зависимости от числа трубопроводов. Установка обрат ного клапана (второго) в водотрубном ходке на каждом тру бопроводе обеспечивает безопасную работу обслуживающего персонала в период ремонтных работ.
Дренажные насосы откачивают воду из камеры в водоза борные колодцы по трубопроводам диаметром 100 мм; их по дача принимается от 50 до 100 м3/ч в зависимости от просочив шихся шахтных вод в насосную камеру.
К вспомогательному оборудованию заглубленных водоотлив ных установок относятся: мостовые краны, кран-балки, лебедки для доставки оборудования по водотрубному ходку.
5.6.Водоотливные установки глубоких горизонтов
свертикальными подкачивающими насосами
Сдвоенные агрегаты — насосы ЦНС 300 и вертикальные на сосы ВП-340 относятся к установкам с отрицательной высотой всасывания, где вспомогательные насосы выполняют функцию
всасывания, а главные насосы секционного типа — функцию нагнетания. Установки с вертикальными подкачивающими на сосами применяются в условиях глубоких горизонтов, когда из-за повышенного горного давления усложняется сохранность целиков насосных камер и водосборников от разрушения, а уве личенная газообильность угольных пластов обусловливает при менение электрооборудования во взрывобезопасном исполне нии.
На рис. 5.9 рассматривается гидравлическая схема главной водоотливной установки высокого напора на три насосных аг регата ЦНС 300-70Ф—ЦНС 300-1000 с вертикальными подка чивающими насосами ВП-340. Камеры главных водоотливных установок для насосов одного и того же типа независимо от числа колес и типа электродвигателя принимаются с одинако вым размером по ширине в свету. Особенности рассматривае мых установок: железобетонная крепь с полуциркульным сво дом, боковая прокладка нагнетательного трубопровода, водо заборные колодцы расположены посредине насосной камеры и имеют увеличенные размеры для установки трех или пяти вер тикальных подкачивающих насосов; камера ЦПП прилегает к насосной камере и между ними установлены противопожар ные двери; все задвижки оборудованы гидроприводом.
Рассмотрим опыт работы высоконапорной водоотливной ус тановки с подкачивающими насосными агрегатами на шахте им. Менжинского производственного объединения «Стахановуголь», которая выполнена по проекту института «Южгипрошахт».
Водоотливная установка оборудована тремя насосными аг регатами ЦНС 300 с напором 930 м и подкачивающими одно
ступенчатыми вертикальными насосами |
ВП-340 с |
подачей |
340 м3/ч и напором 23 м. Насос высокого |
давления |
пускается |
в ход при закрытой задвижке и оборудуется необходимой кон трольно-измерительной аппаратурой на давление 10 МПа. Этот насос приводится во вращение асинхронным двигателем с ко роткозамкнутым ротором типа АЗП мощностью 1250 кВт с син хронной частотой вращения 3000 об/мин, напряжение 6 кВ. Двигатель имеет систему вентиляции, при которой внутри его корпуса двумя вентиляторами создается циркуляционный по ток воздуха. Воздух охлаждается водой, которая поступает из внешней сети в теплообменники, встроенные в конструкцию двигателя. Такая система вентиляции исключает загрязнение полостей двигателя пылью и уменьшает вероятность попадания метано-воздушной смеси в его корпус. Смазка подшипников двигателя централизованная и принудительная под давлением 0,03—0,05 МПа. Замена двигателей АЗП-1250 новыми двига телями ВАО аналогичной мощности позволит устранить слож ные вспомогательные системы продувки, смазки подшипников и водяное охлаждение.
Рис. 5.9. Водоотливная установка высокого давления с подкачивающими насосами (бустерами):
Многолетний опыт эксплуатации водоотливной установки высокого давления показал, что главные насосы ЦЫС 300-700— ЦНС 300-1000 работают удовлетворительно, обеспечивая необ ходимую подачу и напор. Система охлаждения двигателя тре бует сложной наладки и внимательного ухода. Вспомогатель ный насос с малыми габаритами и напором имеет простую кон струкцию. С применением этого насоса устраняются неполадки, связанные с малой надежностью работ всасывающей системы главного насоса и обратного клапана. В процессе испытаний установлено, что совместный пуск вспомогательного и главного насосов допустим лишь при незначительном объеме пустот в главном и всасывающем трубопроводах. Продолжительность заливки секционных насосов в этих условиях не превышает 20—25 с. При большом объеме пустот главного насоса и вса сывающего трубопровода, которые имеются в многосекционных и спиральных насосах, целесообразно применять последова тельный пуск насосов, чтобы предупредить возникновение осе вых усилий или подсос воздуха через сальники.
Тепловой контроль вспомогательных агрегатов усложнен по сравнению с обычными горизонтальными насосами. Контроли руется температура пяты вспомогательного агрегата, всех дру гих подшипников, сальниковых уплотнений и маслоохладите лей. Опыт эксплуатации показал, что вертикальный насос ВП-340 имеет значительную металлоемкость, к. п. д. примерно 57 %, затруднительные условия обслуживания всасывающей линии и возможность сброса нагрузки, если превышение уровня воды относительно всасывающей сетки менее 2,3 м. Большие затруднения вносит длинный трансмиссионный вал, когда на сос работает на загрязненной шахтной воде, что становится причиной преждевременных отказов в работе.
Испытания экспериментальных образцов погружного на соса ППН 300X20 на шахте им. Горького производственного объединения «Донецкуголь» в течение 4500 ч показали хоро шие результаты по уровню герметизации и к. п. д. (примерно 75 %) [33].
Вспомогательные насосные установки имеют значительные конструктивные особенности по сравнению с установками, ра ботающими при положительной высоте всасывания. Разрабо танные схемы автоматического управления позволяют достичь бесперебойной работы насосов и строгого выполнения последо вательности пуска и остановки агрегата. К недостаткам ис пользования вспомогательных насосных установок относятся следующие: усложненная конструкция насосных агрегатов, не достаточно проверенная работа вспомогательных насосов при откачке загрязненных шахтных вод и необходимость посторон него источника чистой воды для охлаждения обмоток двига телей и подшипников. Положительный опыт эксплуатации вспо могательных агрегатов на шахтах Донбасса, рудниках СУБРа,
Эльзас-ЛотаринГий показывает, что установки этого типа при меняются в определенных горнотехнических условиях, полу чают распространение. Объем насосной камеры при установке вертикальных подкачивающих насосов остается одинаковым по сравнению с объемом при обычных горизонтальных насосах для одинаковой подачи и высоты нагнетания.
5.7. Водоотливные установки с вертикальными насосами
Особенностью этих установок является вертикальное рас положение насоса и двигателя на одной оси. Размещение на соса ниже уровня пола насосной камеры позволяет создать по стоянный подпор воды во всасывающей системе. Рассмотрим водоотливную установку с вертикальными насосами на при
мере |
некоторых рудников США. Водоотливная установка |
|
(рис. |
5.10) оборудована тремя вертикальными одноступенча |
|
тыми |
насосами спирального типа с подачей 5,6 м3/с |
при вы |
соте |
нагнетания 120—130 м; частота вращения |
агрегата |
450 об/мин. Насосные агрегаты работают на общий нагнета тельный трубопровод и присоединены к нему специальным патрубком под углом 45—60°. Насосы установлены с синхрон ными электродвигателями на одном валу. Мощность и напря жение электродвигателей с закрытой водяной системой охлаж дения составляют 9200 кВт и 6,3 кВ. Электродвигатели распо лагаются выше рудничного двора на 0,8 м, а спиральные насосы — на 7,6 м ниже уровня пола насосной камеры. Для ос мотра всасывающих устройств насоса и чистки зумпфа прой дены специальные выработки, изолированные от водосборника. Большими преимуществами водоотливных установок с верти кальными насосами являются: повышение безопасности работы и сокращение объемов насосных камер по сравнению с заглуб ленными. Насосная камера рудника «Додж» при общей произ водительности установки 60 тыс. м3/ч имеет объем (с учетом кранового оборудования) 0,21 м3 на 1 м3/ч установленной по дачи насосных агрегатов. Это в два раза ниже объемов насос ных камер с положительной и отрицательной высотой всасы вания.
Надежность эксплуатации мощных вертикальных насосов зависит от компенсации вертикального осевого усилия, проти воположного по направлению напора. Применение двусторон него всасывания позволяет уравновесить осевые усилия и при менить вертикальные насосы с подачей 4000—5000 м3/ч при напоре 400—500 м.
Бескамерный водоотлив. Применение вертикальных глубин ных насосов открывает перспективы к оборудованию бескамерного водоотлрша. Опыт эксплуатации в СССР и за рубежом показывает его большие преимущества: нет необходимости
В йрбхбДке насосных камер большого объема й вспомогатель ных выработок; устраняется опасность затопления насосных агрегатов, которые рассчитаны для работы в погруженном сос тоянии. Появляется возможность использования вертикальных шахт для размещения в них «погружных электронасосов. Упро-
1Z 11-
Рис. 5.10. Водоотливная |
установка с вертикальными насосами: |
|
||||||||
/ — кран грузоподъемностью 59 т; |
2 — вспомогательный кран грузоподъемностью |
5 т; |
||||||||
3 — гидравлический привод |
задвижки; |
4 — трубопровод |
(£>Tp=3,l м); 5 — электродвига |
|||||||
тель (ЛГ=9200 кВт, £/=6,3 |
кВ, я=450 |
об/мин); |
6 — лаз |
для осмотра |
зумпфа; 7 — клапан |
|||||
для спуска |
воды лз |
става (£>к =300 |
мм); 8 |
— трубопровод к зумпфу; 9 — насос |
(Q = |
|||||
=20 000 м3/ч, |
//=130 |
м); |
10 — обратный |
клапан на всасывающем |
трубопроводе; |
/ / — |
||||
зумпфовые насосы; |
12 — всасывающий |
трубопровод; |
/3 — винтовая |
лестница; 14 — об |
||||||
|
|
|
|
ратный клапан |
|
|
|
щается компоновка нагнетательных трубопроводов, отпадает необходимость во всасывающих трубопроводах, обратных кла панах и устраняется опасность кавитации.
Бескамерный водоотлив снижает капитальные и эксплуата ционные затраты и повышает качество водоотливных устано вок.
рующей емкостью при непостоянном притоке карьерных вод, осуществляя очистку и осветление их от механических при месей. Очистка водосборников осуществляется грязевыми на сосами с транспортировкой загрязнений также за пределы ка рьера [35].
Опыт осушения Сарбаевского, Тихвинского и других место рождений показывает, что из-за многообразия гидрогеологиче ских условий отсутствуют типовые схемы организации работы карьерных водоотливных установок. Поэтому важно правильно выбрать схему организации водоотлива. Наиболее широко при меняется одноступенчатая схема откачки воды с нижних гори зонтов на поверхность с последующей очисткой ее и исполь зованием для технических нужд предприятия. Для повышения
Рис. |
5.12. Открытая |
карьер |
||||
ная |
водоотливная |
установка: |
||||
1 —• водосточные |
канавы; |
2 — дре |
||||
нажный |
трубопровод |
для |
подачи |
|||
воды |
в водосборник; |
3 — водосбор |
||||
ник; |
4 — насос |
для заливки ЗПИ; |
||||
5 — всасывающий |
трубопровод; |
|||||
6 — насос; |
7 — здание |
насосной |
||||
станции; |
8 — нагнетательный |
тру |
||||
бопровод; |
9 — электропусковая |
ап |
||||
паратура; |
10 — электродвигатель |
экономичности работы всего комплекса водоотлива применя ется дренаж шахтных вод с верхних уступов во всас насосов нижних гЬризонтов.
При больших притоках воды на различных отметках карь ера применяют схемы с расположением водоотливных устано вок на нескольких уступах с их последовательной работой. Раз новидностью схемы является комбинированный способ работы поверхностных водоотливных установок с подземными дренаж ными комплексами. Вода в нижних уступов подается насосами в водосборники, оборудованные на верхних горизонтах. После очистки от механических примесей вода через пропускные трубы отводится в дренажные подземные выработки, откуда откачивается за пределы карьера. В этих условиях наиболее эффективно осушать карьеры, подавая воду с верхних гори зонтов во всас главных насосов дренажного подземного комп
лекса.
Опыт эксплуатации плавающих водоотливных установок Байдаковского карьера производственного объединения «Александрияуголь» показывает эффективность их работы в период ливней и аварийных притоков карьерных вод во время павод ков. В этом случае понтон поднимается вместе с уровнем воды в водосборнике, и автоматизированная работа насосных агре гатов позволяет успешно осуществлять осушение карьеров при аварийных режимах.
Скважинные водоотливные установки различного типа ши роко применяются для осушения карьеров. Эти установки со держат: водопонижающую скважину, погружной электронасос, систему трубопроводов и аппаратуру управления. Диаметр скважины зависит от размеров насосного агрегата и изменя ется от 150 до 500 мм. Насосы ЭЦНВ для скважинного водо отлива выполняются многоступенчатыми и предназначаются для откачки неагрессивных шахтных вод, имеющих темпера туру не выше 25 °С с содержанием механических примесей не более 0,01 % по весу. Валы насосов и электродвигателей со единяются подвижной роликовой муфтой, а корпуса смежных секций — шпильками. Осевое усилие уравновешивается с по мощью отверстий разного диаметра на заднем и переднем дис ках, что создает дополнительное усилие, направленное вверх и частично уравновешивающее усилие на торец вала. Для вос приятия осевого усилия предусмотрена самоустанавливаюицаяся резиновая гидродинамическая пята. Кабель для питания электродвигателя опускают в скважину одновременно с колон ной нагнетательного трубопровода. При работе насосного агре гата вода засасывается через сетку, расположенную между на сосом и двигателем, и подается в нагнетательный трубопровод. Насосы ЭЦНВ являются основным типом из применяемых для осушения и водопонижения карьеров. При изготовлении их ши роко используются неметаллические материалы (износостой кая резина и антифрикционные сплавы). Водоотливные уста новки оборудуются фильтрами для предотвращения размыва горных пород вокруг скважин и попадания механических при месей в поток воды. Общий вид скважинной водоотливной ус тановки приведен на рис. 5.13. Над скважиной оборудуются киоск для размещения электроаппаратуры и система диспет черского контроля и управления электронасосными агрегатами. Опыт эксплуатации скважинного водоотлива на Сарбаевском, Горевском и других карьерах позволяет сделать некоторые обобщения его работы.
Основное внимание необходимо обращать на оборудование скважины эффективными фильтрами для предохранения цент робежных насосов от попадания мелких фракций песка.
Эффективность использования и надежность электронасосов за.висит от сохранения паспортной характеристики. Однако дей ствительные характеристики после 2000 ч работы располага ются значительно ниже, что вызывает также снижение к. п. д. установки. Наблюдения показывают, что высота подпора воды в скважине для эффективного режима погружных насосов не должна быть менее 15—20 м. Этим исключаются кавитацион ные режимы и обеспечивается нормальная подача насосов.
В практике осушения карьеров используют последователь ную работу двух насосов ЭЦНВ в одной скважине и с приме нением обводного устройства в самой скважине, что значи-
тельио расширяет промышленную зону по напору. Несоответст вие между подачей и дебитом скважины приводит к пульсиру ющему режиму работы агрегата. При этом снижается подача насоса.
Повреждение фильтра при спуске насосного агрегата в сква жину приводит к откачке загрязненных шахтных вод, эрозион
ному |
износу деталей |
насоса, |
|||
особенно |
первой |
ступени, и |
|||
выносу |
песка |
из |
скважины, |
||
что |
сокращает |
срок |
службы |
погружных насосов до 2500— 3000 ч.
Отсутствие надежных ав томатических устройств, конт ролирующих подачу насоса и дебет скважины, также сни жает надежность работы сква жинного водоотлива. Для по вышения надежности работы скважинных электронасосов необходима защита электро двигателей от токов к. з. и перегрузки. Перспективна раз работка надежной защиты ав
томатического |
пуска |
электро |
|
|
|
|
|
|||||
насосов в зависимости от под |
|
|
|
|
|
|||||||
пора |
воды |
в |
|
самой |
сква |
|
|
|
|
|
||
жине. |
эксплуатации |
пока |
|
|
|
|
|
|||||
Опыт |
|
|
|
|
|
|||||||
зывает, |
что |
водопонижающие |
|
|
|
|
|
|||||
скважины |
малоэффективны |
|
|
|
|
|
||||||
при |
слабопроиицаемых |
поро |
|
|
|
|
|
|||||
дах. В этих условиях необхо |
|
|
|
|
|
|||||||
димо |
содержать |
большое чис |
|
|
|
|
|
|||||
ло работающих насосов, рас- |
|
|
|
|
|
|||||||
сосредоточенных |
на |
обширной |
Рис. 5.13. Скважинная водоотливная |
|||||||||
территории, |
что затрудняет их |
установка |
с |
погружным |
электрона |
|||||||
централизованное |
управление |
1 — задвижка; |
сосом: |
3 — станция |
||||||||
и повышает эксплуатационные |
2 — манометр; |
|||||||||||
управления; |
4 — колено с фланцем; |
S — |
||||||||||
расходы. |
|
|
|
|
|
|
опорная плита; 6 — нагнетательный |
тру |
||||
|
|
способ |
осуше |
бопровод; |
7 — пояс; 8 — муфта; 9 — ка |
|||||||
Подземный |
бель; 10 — насос; 11 — сетка; |
12 — элек |
||||||||||
ния |
применяется |
при |
много |
|
|
тродвигатель |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
слойной |
толще |
неустойчивых |
|
|
|
|
|
и слабопроиицаемых пород. Стволы дренажных шахт заклады вают за границами карьера. В них размещают клети с противо весами, лестничные отделения и водоотливные трубопроводы. Горизонтальные дренажные выработки, опоясывающие карьер по периметру, проходят с уклоном 0,002—0,003 в сторону цент
кратилось количество ремонтного персонала. Сниженные экс плуатационные затраты позволяют в течение трех-четырех лет окупить стоимость проходки и оборудования заглубленных на сосных камер. Это подтверждает опыт эксплуатации рудников СУБРа, Лениногорского, Ангарского и др.
Совершенствование установок с положительной высотой вса сывания осуществляется следующими методами: улучшением конструкции насосных камер, применением высокоэффективных насосов, рациональных схем водоотлива, улучшением конструк ций трубопроводов, а также схем ..энергоснабжения и автомати зации. Это позволяет значительно снизить стоимость комплекса оборудования и эксплуатации водоотливных установок.
Перспективно применение бескамерного водоотлива, область которого будет возрастать в связи с ростом различных типов глубинных и погружных электронасосов, выпускаемых маши ностроительными заводами.
Применение водоотливных установок с отрицательной высо той всасывания является перспективным направлением при обо рудовании мощных водоотливных установок в сложных гидро геологических условиях. Многолетний опыт эксплуатации этих установок на рудниках цветной металлургии показал их пре-- имущества. Перспективными планами развития горнорудной промышленности эти установки намечены к широкому внедре нию в практику работы рудников.
Необходимо продолжить работы по совершенствованию всего комплекса водоотливного хозяйства в направлении при менения высокоскоростных насосных агрегатов, улучшения кон струкции трубных коллекторов, более рациональной компо новки насосного оборудования и повышения надежности ра боты.
Наиболее перспективным направлением в области осушения карьеров следует считать: модернизацию и усовершенствова ние погружных электронасосов, расширение их номенклатуры по подаче и напору, совершенствование всего дренажного комп лекса с целью снижения себестоимости проходки горизонталь ных выработок с применением средств комплексной механиза ции. Широкое применение заглубленных насосных камер в системе дренажного комплекса способствует повышению эф фективности работ по осушению карьеров.
Следует также разрабатывать усовершенствованные бескон тактные схемы и аппаратуру автоматического управления с уче том гидрогеологических особенностей карьеров, особенно в ус ловиях скважинных и плавающих водоотливных установок, для контроля и регулирования уровня, давления, расхода и темпе ратуры с дистанционным измерением параметров. Необходимо создавать и внедрять новые элементы сети — арматуру, осо бенно для глубоких карьеров,