ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 158
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЛЕКЦИЯ 6
Водоотливные установки.
План
6.1. Назначение, классификация водоотливных установок и предъявляемые к ним требования.
6.2. ИБ и ПТЭ и охраны природы при откачке шахтных и карьерных вод, химическая обработка и очистка откачиваемой воды от механических примесей.
6.3. Технологические схемы шахтного и карьерного водоотлива.
6.4. Классификация стационарных водоотливных установок. Типы и технические параметры насосов.
6.5. Принцип работы лопастных насосов.
6.6. Конструктивные особенности шахтных: многоступенчатых горизонтальных секционных насосов типа ЦНС, спиральных насосов типа МД, консольных центробежных типа К-60.
6.7. Неисправности насосов.
6.8. Эксплуатация насосов ЦНС, МД, К-60.
6.9. Вспомогательные средства водоотлива.
6.10. Устройство и принцип работы: артезианских, погружных, винтовых, вихревых, мембранных, поршневых и плунжерных насосов.
6.11. Способы регулирования режима работы водоотливной установки.
6.12. Трубопроводы и арматура водоотливных установок.
6.13. Способы и необходимость заливки центробежных насосов перед пуском.
6.14. Основные схемы автоматизации насосных установок.
6.15. Неисправности насосов.
6.16. Эксплуатация насосного оборудования.
6.17. Вопросы техники безопасности при обслуживании насосных установок.
6.1. Назначение, классификация водоотливных установок и предъявляемые к ним требования
Разработка месторождений полезных ископаемых подземным и открытым способами в подавляющем большинстве случаев сопровождается поступлением воды в горные выработки. Вода может поступать непосредственно из разрабатываемого горного массива, если он обводнен или содержит в себе обводненные участки (водоносные горизонты). Кроме того, возможно поступление (инфильтрация) в горные выработки поверхностных вод из рек и различных водоемов, а также в виде атмосферных осадков.
Наличие воды в разрабатываемых горных массивах и ее поступление 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, как правило, требует проведения комплекса мероприятий по полному или частичному осушению разрабатываемых горных массивов, исключению или уменьшению притока воды в горные выработки, а также сбору и отводу поступающей в выработки воды.
Указанный выше комплекс мероприятий на строящемся или действующем горном предприятии выполняется специальной системой осушения и водоотлива (дренажной системой), которая включает в себя сеть специальных дренажных выработок и технических средств по сбору и отводу подземных и поверхностных вод.
Конструкция дренажной системы и состав входящих в нее элементов в первую очередь зависят от гидрогеологических условий разрабатываемого месторождения: степени его обводненности, количества и мощности водоносных горизонтов, характера распределения указанных горизонтов в пространстве, фильтрационной способности горного массива и пр. Важное значение имеют способ вскрытия и система разработки месторождения, а также общий объем и интенсивность горных работ, так как эти факторы определяют количество и размеры горных выработок, находящихся в одновременной эксплуатации, а, следовательно, и степень обнажения горного массива.
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. Количество водоотливных установок и их конструктивное исполнение целиком определяются конструкцией дренажной системы горного предприятия и количеством воды, поступающей в горные выработки.
Откачка воды, поступающей из горного массива в систему предварительного осушения (водопонижения) карьерных и шахтных полей, а также удаление поверхностных и инфильтрационных вод из горных выработок могут быть совмещены и выполняться одной водоотливной установкой. В этом случае вода со всех участков дренажной системы по сети дренажных выработок поступает в один общий водосборник, представляющий собой специальную подземную горную выработку или открытый водоем (траншею). Непосредственно у водосборника монтируется основное оборудование водоотливной установки.
При производстве горных работ в сложных гидрогеологических условиях водопонижение в горном массиве и удаление инфильтрационных и поверхностных вод из горных выработок производятся раздельными водоотливными установками с разнотипным оборудованием. Кроме того, тип основного оборудования карьерного и шахтного водоотливов может изменяться на различных этапах строительства и эксплуатации горного предприятия. Существенное значение при этом имеют количество и мощность водоносных горизонтов в разрабатываемом горном массиве, его водно-физические свойства, а также глубина расположения обводненных участков и их протяженность по площади шахтного или карьерного поля.
Осушение глубоких горизонтов производится системой подземных дренажных выработок, включающей горизонтальные горные выработки 5, проведенные в осушаемом горном массиве, и вертикальные шахтные стволы 6. Откачка воды, самотеком поступающей к водосборникам дренажных шахт 6, осуществляется посредством главных водоотливных установок, располагаемых в специальных подземных насосных камерах вблизи шахтных стволов. Нагорные канавы 7 предотвращают сток воды с окружающих карьер площадей при ливнях и снеготаянии. Подземные и поверхностные воды, не перехваченные скважинами и подземным дренажным комплексом, поступают в водосборник вспомогательной водоотливной установки 8, расположенной на дне карьера в наиболее глубокой его части.
На рис. 6.2 представлены общее устройство (а) главной водоотливной установки подземного типа и схема выработок (б) околоствольного двора шахты, служащих для размещения оборудования установки и обеспечения ее работы.
Основное оборудование водоотливной установки размещается в специальной насосной камере 3, соединенной с выработками околоствольного двора 2 шахты технологическими ходками 5. оборудованными герметичными дверями. Уровень пола насосной камеры располагается на 0,5—1 м выше уровня головок рельсов, проложенных в околоствольном дворе, что предотвращает затопление камеры при аварийном отключении энергоснабжения. С шахтным стволом 1 насосная камера соединена наклонным трубным ходком 4, выход которого в шахтном стволе располагается на высоте не менее 7 м от уровня пола камеры. В насосной камере сооружен водозаборный колодец (зумпф) 6, который посредством специального перепускного колодца и коллектора 7 сообщен с водосборником 8. Водосборники шахтных водоотливных установок представляют собой систему подземных горных выработок, расположенных ниже уровня пола насосной камеры. Это может быть одна выработка, разделенная на две-три части (секции) с их раздельным подключением к коллектору 7, или две-три обособленные выработки. В работе обычно находятся одна секция водосборника, остальные — в резерве или очистке от накопившегося в них породного осадка. Выполняя функции приемных резервуаров и отстойников для осветления воды, водосборники одновременно являются и регулирующими емкостями, компенсирующими разницу между изменяющимся во времени притоком воды из горного массива и расходом откачивающих ее насосов. Кроме того, водосборники выполняют роль аварийного накопителя при отказах оборудования водоотливных установок, в связи с чем их вместимость строго регламентируется Правилами безопасности.
Насосы 9 (рабочие и резервные), установленные в насосной камере 3, оборудуются обычно индивидуальными всасывающими трубопроводами 10, водозаборные наконечники которых погружены в приемный зумпф 6. Откачка воды на поверхность производится по общему для всех насосов нагнетательному трубопроводу 11, проложенному у потолка или боковой стенки насосной камеры, по трубному ходку 4 и в шахтном стволе 1. Нагнетательные трубопроводы соответствующим образом резервируются, поэтому их количество в соответствии с Правилами безопасности должно быть не менее двух.
Шахтная вода после выдачи ее на поверхность поступает на станцию очистки 12 и затем перекачивается в естественные водоемы или используется для технических нужд горного предприятия. Вспомогательная насосная станция 14 служит для откачки воды из зумпфа 13 шахтного ствола 1.
По характеру взаимодействия с откачиваемой жидкостью в составе любой водоотливной установки выделяют два главных элемента: насос — гидромашину, служащую для преобразования механической энергии в энергию движущейся жидкости, и его внешнюю сеть — систему каналов, по которым жидкость перемещается от водосборных сооружений к водоотводным. Поступая в насос, жидкость получает необходимый запас энергии, который расходуется при ее перемещении в каналах внешней сети.
Взаимодействие указанных двух элементов, баланс энергии, полученной жидкостью в насосе и расходуемой ею во внешней сети, определяют режим работы водоотливной установки, который характеризуется совокупностью численных величин таких параметров, как расход жидкости, ее удельное энергопотребление (напор и давление насоса) и коэффициент полезного действия насосного агрегата.
В состав водоотливной установки, обеспечивая необходимую надежность и эффективность работы основного оборудования, входят также следующие элементы: пускорегулирующая и предохранительная арматура (задвижки, вентили, переключатели потоков, обратные и предохранительные клапаны, воздуховыпускные устройства — вантузы, компенсаторы температурных изменений длины трубопроводов, гасители и компенсаторы гидравлических ударов); контрольно-измерительная аппаратура (манометры, вакуумметры, расходомеры, индикаторы движения жидкости, уровнемеры, реле заливки насосов и пр.); системы ручного и автоматического управления приводом насосов с комплектом электроизмерительной аппаратуры.
6.3. Схемы водоотлива и классификации водоотливных установок
Как видно из изложенного выше, конкретные задачи, выполняемые отдельными водоотливными установками дренажной системы горного предприятия, весьма различны. Это предопределяет разнообразие конструкций водоотливных установок, которые можно подразделить по двум основным признакам: назначению (значимости в единой дренажной системе шахты или карьера) и расположению основного оборудования относительно осушаемого горного массива.
По назначению водоотливные установки подразделяют на главные (центральные), вспомогательные (участковые) и временные (проходческие).
Главные водоотливные установки предназначены для перехвата и откачки всего или большей части ожидаемого притока воды в горные выработки. При большой протяженности шахтных и карьерных полей может использоваться несколько главных водоотливных установок. Однако известны также примеры эффективного использования одной главной установки для откачки воды из дренажных систем группы близлежащих шахт.
Вспомогательные установки служат для местного водопонижения в отдельных забоях и для откачки воды с участков, расположенных ниже водосборника главной водоотливной установки или существенно удаленных от последней. Причем откачка воды может производиться или непосредственно на поверхность, или в водосборные сооружения главной водоотливной установки.
Временные установки используются на период проходки капитальных горных выработок строящегося предприятия или на период чрезвычайных ситуаций по водопритоку.
По расположению основного оборудования относительно осушаемого массива или способу сбора и откачки воды из него водоотливные установки можно подразделить на три группы: зумпфовые, скважинные и иглофилътровые.
Зумпфовые водоотливные установки (рис. 6.1), основное оборудование которых располагается вне осушаемого массива у водосборника относительно большой вместимости, являются наиболее распространенными на горных предприятиях. По местоположению водосборника относительно дневной поверхности 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.
Рис. 6.1. Схемы расположения насосов относительно приемного зумпфа.