Стационарные машины

155

156

Глава 3. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ И УСТРОЙСТВО ВОДООТЛИВНОЙ УСТАНОВКИ

Разработка месторождений полезных ископаемых, как правило, со- провождается поступлением в горные выработки подземных и поверхно- стных вод, а также инфильтрационных вод из рек и поверхностных водо- емов. Наличие воды в разрабатываемых горных массивах и ее приток в горные выработки затрудняют условия работы людей и машин, а в ряде случаев существенно сказываются на физических свойствах горных пород, приводя к снижению устойчивости горных массивов, ухудшению качества добываемого полезного ископаемого. Поэтому производство горных работ открытым и подземным способами в большинстве случаев требует прове- дения комплекса мероприятий по полному или частичному осушению раз- рабатываемых горных массивов, исключению или уменьшению водопри- тока в горные выработки, а также сбору и отводу поступающей в выработ- ки воды.

Указанный комплекс мероприятий на строящемся или действующем горном предприятии выполняется специальной системой осушения (дре- нажной системой), включающей в себя сеть специальных дренажных вы- работок и технических средств по сбору и отводу подземных и поверхно- стных вод.

Необходимым составным элементом дренажной системы является водоотливная установка – комплекс энергомеханического оборудования, служащий для откачки подземных и поверхностных вод из дренажных горных выработок шахт и карьеров.

По характеру взаимодействия с откачиваемой жидкостью в составе любой водоотливной установки выделяют два главных элемента: силовой насосный, или вакуум-насосный агрегат, служащий для преобразования механической энергии в энергию движущейся жидкости, и трубопровод- ную (внешнюю) сеть – систему каналов, по которым жидкость перемеща- ется от водосборных сооружений к водоотводным. Поступая в насос, жид- кость получает необходимый запас энергии, который расходуется при ее перемещении в каналах внешней сети.

В состав водоотливной установки, обеспечивая необходимую надеж- ность и эффективность работы основного оборудования, входят также сле-

дующие элементы: пускорегулирующая и предохранительная арматура

(задвижки, вентили, переключатели потоков, обратные и предохранитель- ные клапаны, воздуховыпускные устройства – вантузы, компенсаторы температурных изменений длины трубопроводов, гасители и компенсато-

ры гидравлических ударов); контрольно-измерительная аппаратура (ма-

нометры, вакуумметры, расходомеры, индикаторы движения жидкости, уровнемеры, реле заливки насосов и пр.); системы ручного и автоматиче-

ского управления приводом насоса с комплектом электроизмерительной аппаратуры.

50

По назначению водоотливные установки подразделяют на главные

(центральные), вспомогательные (участковые) и временные (проходче-

ские). К главным относятся установки, предназначенные для перехвата и откачки всего или большей части ожидаемого притока воды в горные вы- работки. При большой протяженности шахтных и карьерных полей может использоваться несколько главных водоотливных установок. Однако из- вестны также примеры эффективного использования одной главной уста- новки для откачки воды из дренажных систем группы близлежащих шахт. Вспомогательные установки служат для местного водопонижения в от- дельных забоях и для откачки воды с участков, расположенных ниже водо- сборника главной водоотливной установки. Временные установки исполь- зуются в период проходки капитальных горных выработок строящегося предприятия или в период чрезвычайных ситуаций по водопритоку.

По расположению основного оборудования относительно осушаемо- го массива водоотливные установки подразделяют на зумпфовые, основ- ное оборудование которых располагается вне осушаемого массива у водо- сборника относительно большой емкости, скважинные и иглофилътро- вые. На скважинных установках силовое насосное оборудование располо- жено непосредственно в осушаемом массиве, в котором пройдена скважи- на соответствующих размеров. На иглофильтровых установках основная часть силового оборудования расположена вне осушаемого массива, а в скважину помещена только водозаборная его часть.

Водоотливные установки подразделяют также на стационарные, полустационарные и передвижные. К последним относят вспомогатель- ные установки, перемещаемые по мере продвижения забоев. Полустацио- нарные установки изменяют свое местоположение периодически через от- носительно большие интервалы времени, по мере продвижения фронта горных работ и по глубине разрабатываемого массива.

Общее устройство водоотливных установок

Зумпфовые водоотливные установки имеют наибольшее распростра- нение на горных предприятиях. Отличительным признаком таких устано- вок является наличие зумпфа-водосборника относительно больших разме- ров, который аккумулирует воду, поступающую в него из горных вырабо- ток самотеком по дренажным каналам.

По местоположению водосборника относительно дневной поверхно- сти зумпфовые водоотливные установки подразделяются на открытые и подземные, или шахтные. Первые применяются только для водоотлива на карьерах, а вторые – на шахтах и подземных рудниках, а также на карьерах при подземном способе осушения карьерных полей.

Водосборники шахтных водоотливных установок представляют со- бой систему горных выработок, разделенную на две-три части (секции). Секции отделены от приемного колодца бетонными перемычками, обору-

51

дованными перепускными клапанами. Это позволяет попеременно отклю- чать секции водосборника и производить их чистку. Водосборник откры- той водоотливной установки обычно представляет собой котлован удли- ненной пирамидальной формы.

Выполняя функции приемных резервуаров и отстойников для освет- ления воды, водосборники одновременно являются и регулирующими ем- костями, компенсирующими разницу между притоком воды из горного массива и расходом откачивающих ее насосов.

Возможны четыре варианта расположения насосов относительно во- досборника и уровня воды в нем (рис. 3.1). Наиболее часто насосы распо- лагают около водосборника выше уровня воды (рис. 3.1, а). Насос 4 соеди- нен с водосборником 1 посредством всасывающего трубопровода 3 и за- борного наконечника 2, снабженного предохранительной сеткой, которая предотвращает попадание в насос крупных механических включений. При работе водоотливной установки вода перемещается по нагнетательному трубопроводу (ставу) 5 к водоотводному устройству 7 на поверхности, в которое она свободно изливается через сбросной наконечник 6.

Размещение насосов на высоте 4 – 5 м над уровнем воды в водосбор- нике и 1 – 1,5 м над почвой прилегающих к насосной камере горных выра- боток в определенной степени предохраняет насосную станцию от аварий- ного затопления и не требует специальной гидроизоляции ее помещения. Однако для откачки воды с относительно большой глубины необходимы насосы с повышенной всасывающей способностью. У центробежных насо- сов, наиболее часто используемых на водоотливных установках, с увели- чением номинальной производительности, как правило, уменьшается вса- сывающая способность. Кроме того, при таком расположении насосов не- обходима их предварительная заливка перед очередным пуском.

Откачка воды из затопленных шахт и открытых котлованов часто про- изводится насосными станциями, располагаемыми на плаву на специальных понтонах. По мере откачки воды и понижения ее уровня опускается и плаву- чая насосная станция. В таких случаях насосы соединяют с магистральным участком трубопровода посредством гибких или шарнирно - поворотных труб.

Условия всасывания воды насосами значительно улучшаются при их расположении у водосборника ниже уровня воды в нем (рис. 3.1, б). Водо- отливные установки с таким расположением насосов часто называют ус-

тановками с заглубленными насосными станциями. Помещение насосной станции в этом случае имеет специальную гидроизоляцию от водосборни- ка и близлежащих горных выработок.

Разновидностью предыдущего варианта является расположение на- соса под водой – погружение (рис. 3.1, в). При этом варианте используют- ся специальные насосы с вертикальной ориентацией приводного вала. Крупные модели указанных насосов изготовляют с удлиненным привод- ным валом, обеспечивающим передачу насосу 4 крутящего момента от двигателя 8, смонтированного над водосборником 1.

52

Глава 4. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Целью проектирования водоотливных установок является выбор со- временных технических средств водоотлива с учётом максимальной эко- номичности откачки воды на поверхность.

В задачи проектирования входят выбор схемы водоотлива, насоса (тип, основные параметры, число), подбор диаметров всасывающего и на- гревательного трубопроводов, графическое определение режима работы водоотливной установки, определение мощности на валу насоса, выбор электродвигателя, определение расхода электроэнергии.

Для расчёта водоотливных установок необходимы следующие ис- ходные данные:

притоки воды: нормальный QHp и максимальный Q max , м3/ч;

Hp

геометрический напор насосной установки, т.е. полная высота водо- подъема по вертикали H Г , м;

физико-химическая характеристика откачиваемой воды.

Исходя из условий принятых схем вскрытия и околоствольного дво- ра, намечается место расположения насосной камеры и водосборников, определяется место слива воды на поверхности. Это позволяет проектиро- вать гидравлические схемы, устанавливать геометрические высоты всасы- вания и нагнетания, длины подводящего и напорного трубопроводов, оп- ределять количество и перечень трубопроводной арматуры.

4.1. Выбор технологической схемы стационарного водоотлива

При ведении горных работ на одном горизонте откачка воды на дневную поверхность может осуществляться центральной водоотливной установкой – общей для нескольких, рядом расположенных шахт (рудни- ков) при условии обеспечения стока воды в главный водосборник одной из них; главной водоотливной установкой (рис. 4.1, а), при этом вода из всех горных выработок собирается в главный водосборник шахты (рудника), а из него откачивается на поверхность; главной и участковыми водоотлив- ными установками, когда на шахтах (рудниках) малой глубины залегания месторождения воду из отдельных участков, удалённых от околоствольно- го двора, нельзя самотёком собрать в главный водосборник; главной и пе- рекачными водоотливными установками, перекачивающими воду из отда- лённых участков в главный водосборник.

В глубоких шахтах (рудниках), когда напор одного насоса при мак- симальном числе рабочих колёс недостаточен для откачки воды на днев- ную поверхность, применяют последовательную работу насосов, установ- ленных в одной насосной камере (рис.4.1, б) или ступенчатую схему водо- отлива (рис. 4.1, в, г), в последнем случае (рис. 4.1, в) водоотливные уста-

54

новки, расположенные на разных горизонтах, имеют отдельные водосбор- ники. Насосы, установленные в нижнем горизонте, перекачивают воду в верхний промежуточный водосборник. В случае применения схемы, изо- бражённой на рис. 4.1, г, насосы работают без промежуточного водо- сборника. Сравнивая последние две схемы, следует отдать предпочтение схеме с промежуточным водосборником, при которой работа насосов бо- лее надёжна, безопасна и происходит при меньших давлениях воды.

При разработке двух горизонтов с притоками воды на каждом из них наибольшее распространение получили три схемы:

срасположением на каждом горизонте главной водоотливной уста- новки, откачивающей воду на дневную поверхность (рис. 4.2, а);

сперекачкой воды вспомогательной установкой с нижнего горизонта на верхний, и последующей откачкой её с верхнего горизонта на дневную поверхность главной водоотливной установкой (рис. 4.2, б);

c припуском воды с верхнего горизонта на нижний и откачкой всей во- ды на дневную поверхность главной водоотливной установкой (рис. 4.2, в).

Каждая из приведённых схем имеет свои достоинства и недостатки, которые должны приниматься во внимание при окончательном выборе схемы на основе технико-экономических расчётов по приведённым годо- вым затратам. В зависимости от конкретных горно-геологических условий данного горного предприятия для сравнения обычно принимают 2 – 3 ва- рианта. Если окажется, что варианты будут равноценными (т.е. их стоимо- сти отличаются не более чем на 5%), то при окончательном выборе схемы водоотлива учитываются технические параметры – надёжность, безопас- ность, удобство обслуживания, минимальный объём горно-проходческих работ, работ по креплению насосных камер, водосборников и других вы- работок.

4.2. Выбор числа насосных агрегатов в насосной камере

Для шахт и рудников с нормальным притоком воды менее 50 м3/ч в насосной камере устанавливаются два насосных агрегата: рабочий и ре- зервный, а с притоком воды более 50 м3/ч – не менее трёх насосных агрега- тов: рабочий, резервный, ремонтный. При притоках воды, превышающих подачу одного агрегата, применяется совместная параллельная работа на- сосов. При числе насосов более трёх – количество резервных насосов должно равняться количеству рабочих, а количество насосов в ремонте – не менее 25% от общего их количества.

55