5.2. Водоотлив

При проведении горных выработок водоотлив осуществляется по двухступенчатой схеме с использованием двух постоянных трубопроводов водоотлива диаметром 219 мм (1 - рабочий, 2-резервный) проложенных по клетевому стволу [2].

Для откачки воды оборудуются:

— постоянная зумпфовая водоотливная установка;

— комплекс главного водоотлива на горизонте –190 м.

Для улавливания частиц нефтепродуктов при проведении выработок нижележащих горизонтов предусматривается нефтеулавливающий комплекс, состоящий из водосборника, специального скребкового устройства с лебедкой ЛР-1.23 и бадьи емкостью 3 м³ для сбора нефти.

При появлении воды в призабойном пространстве предусматривается применение призабойных насосов.

Главная водоотливная установка расположена на горизонте -210 м.

Нормальный приток по шахте, м³/час 20

Максимальный приток, м³/час 1100

Выбор насоса. Требуемая расчетная подача насоса.

Q_р = 24  Q_нп / 16, м³/час

где: Q_нп - максимальный приток воды по шахте, м³/час.

Насос который должен иметь подачу, обеспечивающую откачку

нормального суточного притока не менее чем за 16 ч.

Q_Р = 24  1100 / 16 =1650 м³/час

Геометрический напор:

Н_г = 535 + 3 + 1 = 539 м.

где: 3 м - ориентировочная высота всасывания, м;

1 м - превышение труб над уровнем устья ствола шахты.

Ориентировочный напор насоса

Н_ор = 1,1  Н_г = 1.1  539 = 593 м.

Предусматривается установка насосов ЦНС 300-600, имеющих в оптимальной режиме подачу Q_опт=300 м³/ч и напор Н_опт=600 м, при напоре на одно колесо Н_п=100 м. Напор одного рабочего колеса при нулевой подаче Н_ко=97 м.

Необходимое число последовательно соединенных рабочих колес насоса:

z_к = Н_ор / Н_к = 593 / 97 =6,1шт. Принимаем z_к = 6 штук.

Напор насоса при нулевой подаче:

Н_о = z_к  Н_ко = 6  97 = 582 м.

Проверка по условию устойчивой работы:

Н₂0,95  Н_о = 0,95  582 = 553 м. т.е 539553

Расчет трубопровода. Предусматриваем оборудование водоотливной установки двумя напорными трубопроводами. Приняв для данного расчета насосную камеру.

Длина подводящего трубопровода L_н =13 м, в его арматуру входят: приемная сетка с клапаном и три колена.

Длина напорного трубопровода: L_н = 585 м.

Оптимальный диаметр напорного трубопровода:

d_опт = k  0,0131Q^0.476,

где: k – коэффициент, зависящий от числа напорных трубопроводов.

d_опт = 1  0,0131 300^0.476 = 0,198 м.

Принимаем трубы с наружным диаметром 219 мм, срок службы трубопроводов Т=10 лет, материал труб - сталь 20, давление у напорного патрубка Р = 6 мПа.

Толщина стенки:

  [₁DP + (a₁ + a₂) T]k_c, мм,

где : D- наружный диаметр трубы, м; Р - давление в нижней части колонны труб, мПа; а₁ - скорость коррозийного износа наружной поверхности и труб, мм/год; а₂ - скорость коррозийного износа внутренней поверхности труб, мм/год; Т - срок службы трубопровода, лет; k_с - коэффициент, учитывающий минусовой допуск толщины стенки %.

  [2,27 0,2196 + (0,25 + 1)  10] 0,5 = 7,7 мм =  мм.

Таким образом, окончательно принимаем для напорного трубопровода трубы бесшовные горячедеформированные [2] с внутренним диаметром 203 мм с толщиной стенки    мм для подводящего трубопровода принимаем трубы с наружным диаметром 273 мм и внутренним диаметром 259 мм.

Скорость воды в подводящем трубопроводе

V_п = 4Q / d²_п = 4  300 / 3,14  0,259² 3600 = 1,58 м/с.

Скорость воды в напорном трубопроводе

V_н = 4Q / d²_н = 4  300 / 3,14  0,203²  3600 = 2.58 м/с.

Коэффициент гидравлического трения в подводящем трубопроводе

_п = 0,021 / d^0.3_п = 0.021 / 0,259^0.3 = 0,0314

Коэффициент гидравлического трения в напорном трубопроводе

_н = 0,021 / d^0.3_н = 0,021 / 0,203^0.3 = 0,0338

Суммарные потери напора в подводящем трубопроводе

h_п = (_п  L_п / d_п + V²_п / 2q =

=(0,0314 13 / 0,259 + 4,5 + 0,6 3)  1,58² /2 9,81 = 1м.

Суммарные потери напора в подводящем трубопроводе

h_н=(_н  L_н/d_н +   V²_н/2q =

=(0,038 585 / 0,203 + 0,26 + 10 + 0,6  9 +1,5) 2,58² / 2  9,81 = 41,8 м.

Суммарные потери в трубопроводе

h = h_п + h_н = 1 + 41,8 = 43 м.

Напор насоса

Н = Н_г + h = 539 + 43 = 582 м.

Характеристика трубопровода строится в соответствии с формулой

Н = Н_г + RQ², откуда

R = H - H₂ / Q₂ = h / Q² = 43 / 300² = 0,00047, следовательно

H = 539 + 0,00047Q²

Рабочий режим насоса

КПД трубопровода

_т=Н_г / Н = 539 / 582 = 0,93

Проверка ваккууметрической высоты всасывания.

Геометрическая высота всасывания

Н_п = 3 + h_к = 3 + 1 = 4 м.

Так как по характеристике насоса в рабочем режиме Н_в^доп = 4 м, то соблюдается условие Н_п  _в^доп.

Мощность двигателя и расход электроэнергии.

_р=QqH / 3600 1000   = 300 1500  9,81582 / 360010000,93=767 кВт.

Принимаем электродвигатель АК13-46-4 [13]. _дв=800 кВт, n=1485 об/мин

_дв= 0,94.

Число часов работы насоса в сутки при откачке максимального притока

n_чн = 24  Q_нп / 300  n = 24  1120 / 300  6 = 14,9 час.

Годовой расход электроэнергии:

W_г = QqH / 1000_д_с(n_чм  n_дн + n_чм  n_дн) = 300 1500  9,81  582 (14,6330+14,935) / 1000  3600  0,93  095  095 = 4540170 кВт ч.

Годовой приток воды

А_г = 24(Q_нп  n_дн + Q_мп  Н_дп) = 24(1100  330 + 1120  35) = 9652800 м³.

Удельный расход электроэнергии

W_уд = W_г / A_г = 4540170 / 9652800 = 0,47кВт ч/м³.

КПД водоотливной установки.

_у =   _д  _г = 0,93  0,95 0,89 = 0,78