книги из ГПНТБ / Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки

ее откачки могут быть применены: бадьевой водоотлив, водоотлив вычерпывающими сосудами (скипами) небольшой емкости или под­ весными проходческими насосами, техническая характеристика кото­

При значительной емкости вычерпывающих сосудов (скипов) и сравнительно небольшой продолжительности цикла производитель­ ность водоотлива ими может быть довольно большой, что видно из табл. 8.

При средних и больших притоках воды из прорывов откачку воды из стволов осуществляют с помощью вычерпывающих сосудов (ски­ пов) большой емкости, артезианских или погружных глубинных насосов.

Артезианские и глубинные насосы при откачке затопленных выработок из стволов монтируют по нескольку штук в зависимости от необходимой производительности на подвесных полках, подвеши­ ваемых на канатах к тихоходным проходческим лебедкам, уста­ навливаемым на поверхности земли или в околоствольных дворах верхних горизонтов.

В необходимых случаях артезианские и погружные глубинные насосы могут монтироваться на неподвижных временных полках, устраиваемых в стволах шахт, из которых производят откачку воды затопленных горных выработок.

4. Производительность насосных установок при откачке воды из затопленных выработок

Откачку воды из затопленных выработок производят с помощью насосных установок, производительность которых превышает при­ токи воды в горные выработки в 3—6 раз и более.

При откачке воды из затопленных выработок нужно принимать насосные установки такой производительности, которые бы не только обеспечивали откачку воды из этих выработок в минимальные сроки, но также были бы экономичными в работе, т. е. отвечали минималь­ ным затратам на сооружение насосной установки и на ее эксплу­ атацию.

Время, необходимое для откачки затопленных выработок «на­ сухо», То слагается из времени, необходимого на откачку статиче­ ского запаса воды, Ts и времени, необходимого для откачки динами­ ческого запаса воды, образовавшегося за счет ее притока за время откачки статического запаса воды, Td:

Время, необходимое для откачки статического запаса воды,

За время откачки статического запаса воды в связи с постоянным притоком ее в горных выработках образуется новый динамический запас воды, объем которого будет равен

Щн

Us

Рис. 15. Схема к определению динамического притока воды

Продолжительность откачки этого объема скопившейся в горных выработках воды составит

или, принимая во внимание значение Qat из равенства (II . 3),

в горные выработки из окружающих их водоносных пород (рис. 15), величина которого

Полный объем воды, подлежащий откачке из затопленных выра­ боток до их полного осушения,

Статический запас воды, скопившейся в горных выработках, Qs, определяется по их фактическому объему до затопления. Если срок пребывания горных выработок в затопленном состоянии недостаточен для их полного затопления водой, статический запас воды опре­ деляется как произведение полного часового или суточного притока воды на продолжительность пребывания горных выработок в зато­ пленном состоянии. Аналогично динамический запас воды, образу­ ющийся в горных выработках за время их откачки «насухо», может быть представлен в виде

Подставив в выражение (11.10) значение Qd из выражения (11.12), будем иметь

ИЛИ

Определив объем и продолжительность откачки воды из затоплен­ ных горных выработок, найдем наивыгоднейшую производительность насосной установки.

Полная стоимость откачки воды из затопленных горных выра­

где См — полная стоимость оборудования и монтажа насосной уста­ новки;

Сэ — полная стоимость обслуживания насосной установки за время ее эксплуатации.

Полная стоимость приобретения оборудования и монтажа насос­

где А — стоимость оборудования одного насосного агрегата с трубо­ проводом и электрооборудованием, руб.;

т' — коэффициент, учитывающий в % от стоимости оборудования и материалов, стоимость монтажа и демонтажа;

А' — затраты на водоотлив, независящие от числа насосов, руб.

Подставив значения См и Сэ из равенства (11.15) и (11.16) в равен­

Так как вторая производная

cflC

то минимальные затраты на откачку воды из затопленных выработок будут при

У~dqH '

Приравняй правую часть выражения (11.18) нулю, после пре­ образований получим

откуда окончательно наивыгоднейшая производительность насосной установки для откачки воды из затопленных выработок

Полученным выражением (11.19) и следует пользоваться при определении производительности насосных установок для откачки воды из затопленных горных выработок, принимая п = 18 -г- 20 ч и т' = 1,2 -f- 1,3.

При откачке затопленных выработок резерв водоотливных уста­ новок необходимо принимать в пределах 20-—30% от их действующей производительности.

При откачке воды из затопленных выработок могут встретиться случаи, когда экономичность ее будет также зависеть от целого ряда

других факторов: потерь добычи полезного ископаемого, поврежде­ ния крепи и горношахтного оборудования в результате длительного пребывания их под водой, возможности завалов горных выработок и др., в связи с чем полученная по формуле (П.19) производитель­ ность насосной установки должна быть скорректирована с учетом указанных факторов.

5. Примеры из практики

Рассмотрим примеры ликвидации внезапных прорывов воды в гор­ ные выработки из подземных водоносных горизонтов, затопленных горных выработок и поверх­ ностных водоемов с помощью

открытого водоотлива.

была выведена из строя. Через сутки после внезапного прорыва воды пробной откачкой было установлено, что приток ее из прорыва снизился с 3000 до 250 м3 /ч.

Ликвидация внезапного прорыва воды осуществлялась с помощью открытого водоотлива усиленной центральной водоотливной установ­ кой шахты и временными перекачными водоотливными устройствами, сооруженными в горизонтальных выработках и на уклонах. После откачки воды из затопленных выработок, их расчистки и частичного перекрепления были возобновлены работы по эксплуатации на 5-м и 6-м горизонтах шахты. В 6-м южном штреке было обнаружено, что вода фонтанировала из расположенной в почке штрека трещины размером 2 X 0,6 м, вытянутой своей длинной стороной вдоль сброса. В штреке возле трещины были обнаружены выброшенные из нее куски песчаника и значительное количество мелкого обломочного материала.

На этой же шахте из водоносного трещиноватого песчаника,

залегающего ниже почвы угольного пласта ks, в декабре 1952 г. произошел второй внезапный прорыв воды в 9-й северной лаве. При выемке угля из этой лавы было пересечено диагональное сбросовое нарушение. После очередного взрывания комплекта шпуров по углю из почвы пласта угля в месте пересечения сбросового нарушения появился фонтан воды с первоначальным притоком 20—30 м3 /ч, затем приток воды стал увеличиваться и через 5 ч после появления фонтана произошел внезапный прорыв воды с притоком 1100 м3 /ч, в результате которого горные выработки 9-го горизонта были зато­ плены. Уровень воды поднялся по уклону № 1 и достиг на вторые сутки отметки в 40 м ниже 8-го горизонта. Ликвидация внезапного прорыва воды, как и в предыдущем случае, осуществлялась с по­

выработок и велись работы по проходке промежуточных квершлагов и откаточных штреков, а на горизонте 243 м проходили вентиля­ ционные квершлаги и штреки.

Врезультате внезапного прорыва воды горные выработки на

гор. + 1 5 0 м были полностью затоплены и в течение трех месяцев горные работы на этом горизонте не велись. Ликвидация внезапного прорыва воды осуществлялась с помощью открытого водоотлива перекачными насосными установками. Воду откачивали из затоплен­ ных выработок на гор. + 1 5 0 м в течение 3 месяцев.

После откачки воды выработки на гор. + 1 5 0 м частично были очищены от шлама, частично перекреплены и на гор. + 1 5 0 м были

возобновлены работы по дальнейшей проходке выработок с необхо­ димыми мерами предосторожности.

На шахте «Северная» (б. № 6 «Капитальная» Кизелуголь) верхняя часть участка была отработана шахтами «Комсомолец» и им. Воло­ дарского. В 1963 г. для сокращения затрат на водоотлив по отрабо­ танной шахте «Комсомолец» в штреке № 312, пройденном в барьерном целике между шахтами «Комсомолец» и им. Володарского, была сооружена бетонная водонепроницаемая перемычка толщиной 6 м. При сооружении перемычки и подводящих выработок к ней горные породы были затампонированы по всему периметру на глубину 5—6 м.

Рис. 18. Схема затопления горных выработок шахты № 6 «Ка­ питальная»:

1 — барьерный целик угля; 2 — бетонная водонепроницаемая перемычка

С помощью водонепроницаемой перемычки горные выработки шахты «Комсомолец» были изолированы от выработок шахты им. Во­ лодарского, и на последней был демонтирован водоотливный ком­ плекс. Вода, поступающая в горные выработки шахты «Комсомолец», стала скапливаться в них, а вода, поступавшая в горные выработки шахты им. Володарского, поступала по ним в горные выработки действующей шахты № 6 «Капитальная» и откачивалась на поверх­ ность водоотливным комплексом этой шахты.

Спустя 9 месяцев после сооружения водонепроницаемой пере­ мычки в горных выработках шахты «Комсомолец» скопилось большое количество воды под напором, в результате которого вода из зато­ пленных выработок вначале начала сильно фонтанировать через перемычку и окружающие ее горные породы, а затем, 6 мая 1964 г., прорвалась в заброшенные выработки шахты им. Володарского и из них по бремсбергу № 135 в действующие горные выработки шахты «Северная» (рис. 18). Приток воды при прорыве возрос по бремсбергу