книги из ГПНТБ / Болотских Н.С. Оборудование водопонижения в угольной и горнорудной промышленности

На щите приборов установлены контрольно-измерительная ком­ мутационная и защитная аппаратура, регулирующие устройства и аппаратура управления.

Центробежный одноступенчатый консольный насос предназна­ чен для подачи напорной воды к насадку водоструйного насоса ВН-2, а также к иглофильтрам в период их погружения в грунт. Центробежный насос состоит из корпуса, крышки и рабочего ко­ леса, отлитых из алюминиевого сплава, вала, всасывающего пат­ рубка и узла уплотнения. Корпус насоса крепится жестко к кар­ теру сцепления. Вал вращается на двух шарикоподшипниках: пе­ редний подшипник расположен в торцовом гнезде коленчатого вала двигателя, задний — в корпусе насоса. Для перекрытия напорных патрубков центробежного насоса предусмотрены шаровые краны. Открытие и закрытие крана осуществляется поворотом рукоятки на 90° до упора.

Для первоначального заполнения водой всасывающего шланга, насоса и бака в конструкции установки имеется специальная ва­ куумная система, состоящая из вакуум-клапана, гидрокамеры, га­ зоструйного вакуум-аппарата, трубопровода и ручного дублирую­ щего управления. Заливка насоса производится при вращающемся рабочем колесе.

Механизмы управления агрегатом двигатель — центробежный насос сосредоточены в насосном отделении и на щите приборов. Управление состоит из следующих элементов: рукоятка выключе­ ния сцепления; рукоятка ручного выключения вакуум-аппарата; рукоятка управления жалюзи радиатора; кнопка газа; кнопка управления воздушной заслонкой карбюратора; мановакуумметры высокого и низкого давления.

Водоструйный насос ВН-2 предназначен для создания вакуума в коллекторе и иглофильтрах, а также для подачи подсосанной воды в бак. Этот насос снабжен сменными насадками для на­ стройки его работы на требуемый режим. На конце водоструйного насоса за диффузором укреплен специальный дефлектор, воспри­ нимающий динамическое давление потока воды. Этот дефлектор состоит из фланцевого с продольными прорезями патрубка, плос­

Этот затвор выдвигается вперед лишь в случае возникновения пульсирующего режима работы водоструйного насоса.

Циркуляционный бак является промежуточной емкостью менаду водоструйным и центробежным насосами.

Приводная станция установки снабжена дополнительным всасом, с помощью которого из небольшого углубления в почве произ­ водится забор воды центробежным насосом для первоначального

93

В комплект установки входят также до 74 легких иглофильт­ ров (в том числе два иглофильтра с пьезометрами), до 12 звеньев всасывающего коллектора длиной 4,5 м. Полная длина иглофильтра в сборе составляет 8,5 м. В зависимости от местных условий эта длина может изменяться.

Всасывающий коллектор установки собирается из отдельных звеньев с помощью быстроразъемиых замков. Расстояние между штуцерами на коллекторе для подключения иглофильтров принято равным 0,75 м.

Для непрерывного удаления из бака подсасываемых частиц песка в циркуляционном баке предусмотрен дополнительный грязе­ вой водоструйный насос.

94

При строительстве различных объектов, в том числе в уголь­ ной и горнорудной промышленности, начали применять легкие игло­ фильтровые установки вакуумного водопоннжения УВВ-1 и УВВ-2. Они созданы институтом ВНИИ ВОДГЕО и трестом горнопроход­ ческих работ Главмосинжстроя.

В установке УВВ-1 рабочим органом является вакуум-насос РМК-3, а в установке УВВ-2 — водовоздушный и водоводяной струйные насосы.

Установка УВВ-2 предназначена для водопоннжения в обвод­ ненных и слабоустойчивых породах с плохой водоотдачей. С по­

из которых два иглофильтра с пьезометрами, коллектора, насос­ ного агрегата и сбросной линии длиной 8 м.

Иглофильтры состоят из приемного звена (фильтра) и иад­ фильтровых труб.

Насосный агрегат установки УВВ-2 состоит из трех блоков: блока центробежного насоса, приемного блока и блока циркуля­ ционного бака.

95

В состав блока центробежного насоса входят центробежный насос 6К-8 с электродвигателем А02-72-4, опорная чугунная плита, опорная сварная рама, начальный участок напорного трубопро­ вода, на котором имеются задвижка, переходный патрубок и трой­ ник, который предусмотрен для подачи воды из центробежного на­ соса одновременно к двум струйным насосам.

Приемный блок состоит из трубы диаметром 200 мм и длиной 1500 мм с фланцами и водоводяного струйного насоса, предназна­ ченного для откачки воды из коллектора. Сверху приемного блока имеется патрубок для подключения шланга, идущего от водовоз-

воздушиого струйного насоса с дефлектором, успокоительных ре­ шеток, грязевого струйного насоса, предназначенного для откачки оседающих на дно бака частиц песка, концевого участка отводящей линии водоводяного струйного насоса и сливного стояка с водо­ сливной воронкой.

Блоки установки УВВ-2 между собой соединяются резиноткане­ выми шлангами. Диаметр шлангов, соединяющих блок центробеж­ ного насоса с блоком циркуляционного бака, 150 мм, а диаметр

6К-8 и под давлением подается к водовоздушному и водоводяному струйным насосам. Здесь она в виде мощных струй с большой ско­ ростью вытекает из насадок в приемные камеры струйных насосов, а затем через горловину и диффузор поступает снова в циркуля­ ционный бак. При истечении воды из насадок в приемных камерах струйных насосов создается разрежение, благодаря которому и производится из соединенного с ними коллектора отсасывание воз­ духа и воды. Это разрежение распространяется на весь коллектор и иглофильтры. Благодаря наличию вакуума вода и воздух через

оба струйных насоса откачивают воду и лишь потом под влиянием глубокого вакуума происходит подсасывание вместе с водой через породу и приемные звенья иглофильтров некоторого количества воздуха.

На практике очень часто при большом притоке воды водовоздушный струйный насос наряду с воздухом подсасывает из прием­ ного блока также и воду, т. е. подсасывает водовоздушную смесь.

Подсосанные струйными насосами воздух и вода из приемной трубы вместе с рабочей водой, поданной к ним центробежным

насосом, подаются ими в циркуляционный бак, где происходит вы­ деление воздуха и отвод его в атмосферу и успокоение потоков воды. Эта вода частично идет в сбросную линию через водосливную во­ ронку, а частично по шлангу для питания центробежного насоса.

Описанная установка вакуумного водопонижения УВВ-2 явля­ ется довольно сложной гидравлической системой и состоит из це­ лого комплекса работающего во взаимосвязи элементов. По срав­ нению с установкой ПУВВ-1 установка УВВ-2 значительно больше по размерам и весу, менее компактна и маневренна, а в сравнении с установкой ПУВВ-2 она менее универсальна, так как ее нельзя использовать в местах, удаленных от источников электроснабже­ ния.

В установке УВВ-1 при попадании вместе с подсосанной водой из грунта даже небольшого количества тонкопесчаных и глинистых частиц быстро выходит из строя вакуум-насос РМК-3.

Однако, несмотря на отмеченные выше недостатки, установки УВВ-2 позволяют успешно производить водопонижение в породах с плохой водоотдачей при разработке котлованов и сооружений подземных выработок, расположенных на небольшой глубине.

Легкие иглофильтровые установки вакуумного водопонижения УВВ-2 изготовляются многими предприятиями страны, в частности Винницким заводом «Ремстройдормаш». Установки УВВ-2, выпус­

5.Легкие иглофильтровые установки

всочетании с электроосмосом

Для водопонижения в глинистых породах с незначительными

Явление электроосмоса основано на воздействии постоянного электрического тока на процессы фильтрации воды в породах. На воду, содержащуюся в породах, при пропускании электричес­ кого тока воздействуют дополнительные силы, которые определяют ее миграцию в сторону отрицательного электрода.

При длительном воздействии тока на обводненную и слабо­ устойчивую породу в ней также происходят реакции обмена и дру­ гие процессы, что в конечном итоге приводит к некоторому допол­ нительному их упрочнению.

Для получения электроосмотического эффекта в обводненные глинистые породы погружают электроды (металлические трубы, стержни из арматурной стали), а катодами служат обычные игло­ фильтры.

При сооружении котлованов по контуру монтируют две взаимно параллельные сети электродов, одна из которых состоит из игло-

98

фильтров, а другая — из труб или стержней. С внутренней стороны котлована на расстоянии 0,6—0,8 м от ряда иглофильтров в шах­ матном порядке погружаются трубы. Трубы, а также и иглофиль­ тры между собой соединяют проводами сечением 120 мм2 . Эти линии электродов подключаются к соответствующим полюсам ис­ точника электроснабжения. Поступающая при этом вода от труб

Рис. 68. Принципиальная схема установки для понижения уровня грунтовых вод с использованием электроосмоса:

ние откачивается на поверхность. Снижение первоначального на­ пора в обводненных незаселенных породах достигается при плот­ ности тока, равной 1 а на 1 м2 , и напряжении 50—60 в. При этом расход электроэнергии на электроосушение в различных условиях колеблется от 2 до 10 квт-ч на 1 м3 породы [21].

Расстояние между электродами обычно не превышает 1,5—2 м, так как степень обезвоживания породы между электродами непо­ стоянна. Наибольшее обезвоживание достигается у анода, а наи­ меньшее у катода.

В процессе электроосушения уровень воды обычно контролиру­ ется с помощью наблюдательных скважин. Нагрев анодов свыше

При необходимости перехода или перевоза через линии элек­ тродов устраивают перекрывающие мостики с деревянными нас­ тилами.

Любые ремонтные работы производят только после отключе­ ния от электродов электрического тока.

При глубине требуемого понижения подземных вод 5 м электроосушенне осуществляют вместе с однорядными легкими иглофильтровыми установками, а при глубине до 18—20 м в комплексе с многоярусными иглофпльтровыми установками.

Водопонизительные установки с использованием электроосмоса в последние годы распространяются и за рубежом. В ГДР они используются на открытых разработках для осушения пород с пло­ хой водоотдачей.

Для осушения плохо отдающих воду прослойков в откосах открытых разработок с бермы, находящейся на 2—3 м выше осу­ шаемого прослойка, закладывают положительные электроды. Отри­

Электроды подключаются к генератору постоянного тока раз­ личной мощности. Для осушения слоя грунта толщиной 3—4 м на участке длиной 100—150 м потребная мощность генератора состав­ ляет 6—7 квт.

Для осушения такого слоя породы требуется 1,5—2 дня ра­ боты установки, после чего установку переносят на другой участок, а откос разрабатывают на 2—2,5 м. При этом оплывания пород в откосе не наблюдается.

При включении тока происходит выделение воды на поверх­ ность осушаемого прослойка. В этих условиях не требуется приме­ нение специальных иглофильтров либо трубчатых электродов. Электроды изготовляют обычно из обрезков узкоколейных рельсов, профильного и арматурного железа небольшого сечения.

6.Некоторые особенности методики выбора

ирасчета легких иглофильтровых установок

Выбор типа легкой иглофильтровой установки осуществляется на основании проекта, составленного с учетом геологических п гидрогеологических условий, имеющих место на объекте, и техно-

100

логин производства выемочных работ. При составлении проекта необходимо знать:

В отдельных случаях целесообразно даже проведение дополни­ тельных гидрогеологических изысканий либо опытных откачек.

Схема размещения, количество и расстояние между иглофиль­ трами, а также глубина их погружения принимаются по расчету или на основании опытных данных в зависимости от контура соору­ жаемого объекта, коэффициентов фильтрации пород и требуемого понижения уровня воды в породах.

При разработке котлованов иглофильтры обычно размещаются по периметру, а при траншейных работах — с одной или с двух сторон траншеи. Ориентировочное расстояние между иглофильт­ рами и время требуемого снижения уровня воды принимаются иа основании гидрогеологических расчетов, подробно изложенных в специальной литературе. Расстояния между иглофильтрами за­ тем могут быть уточнены по данным наблюдений за результатами работы иглофильтров в производственных условиях. При водопонижении установками типа ЛИУ расстояние между иглофильтрами берется от 0,75 до 2 м.

нижения часто является невозможным из-за больших размеров или ненадежности их работы в таких условиях.

Поверхностный способ водопонижения является дорогим, так как устройство водопонизительных скважин с поверхности требует значительных затрат времени и денежных средств.

При сравнительно малых объемах работ при проведении под­

понижение, сущность которого заключается в следующем. В забой (по контуру или по всему сечению выработки) на глубину до 5 м погружаются специальные иглофильтры. Иглофильтры с помо­ щью шлангов подключают к одному коллектору, в котором специ­ альной установкой поддерживается необходимое разрежение,

101

позволяющее принудительно всасывать воду из обводненного песка, а следовательно, осушать забой и вести горнопроходческие работы.

Под руководством автора настоящей книги в Харьковском ин­ женерно-строительном институте и Всесоюзном научно-исследова­ тельском институте организации и механизации шахтного строи­ тельства (ВНИИОМШС) разработан ряд установок для забойного водопониженпя, которые успешно применяются на строящихся

в группе иглофильтров, погруженных в обводненный грунт забоя выработки.

На этом принципе созданы установки УЗВ-1, УЗВ-2, УЗВ-3 и УЗВМ. Эти установки отличаются друг от друга только конструк­

при проведении наклонных выработок в сложных гидрогеологичес­ ких условиях.

Принципиальная схема установки УЗВ, смонтированной при проходке наклонного ствола, показана на рис. 69.

Установка состоит из иглофильтров, коллектора, всасывающего шланга, открытосо бака, водоструйного насоса, центробежного насоса, сбросного трубопровода и соответствующей арматуры.

Основные технические данные установок приведены в табл. 13. Коллектор представляет собой небольшой закрытый бак, к ко­ торому с помощью вентилей и шлангов присоединяется до 24 иг­

ГВ и баком смонтированы на одной раме. Коллектор с водоструй­ ным насосом соединен шлангом.

Иглофильтры имеют фильтровые звенья аналогичной конструк­ ции, как и установки типа ЛИУ (см. рис. 56). Погружение их в за­ бой предусмотрено гидравлическим способом.

Установка УЗВ работает следующим образом. Предварительно заполняется водой открытый бак. Затем после включения в работу центробежного насоса МС-30 вода из бака по трубопроводу диа-

102