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

Рис. 75. Схема водопонижения при расширении южного откаточного штрека и размещении иглофильтров поперек выработки:

При выполнении первого этапа работ водопонизительная уста­ новка находилась в 7 м от разрабатываемого забоя (рис. 77). В забой было погружено шесть иглофильтров, три из которых были установлены под углом над верхняком в кровлю, а остальные размещены по центру.

При включении установки в работу наблюдалось уплотнение песка, расположенного не только в забое выработки, но и непосред-

ственно в кровле. Таким образом, под защитой иглофильтров про­ изводились выемка песка и установка крепи.

В период выполнения работ по второму этапу схемы водопони­ жения были аналогичными, как и при расширении южного отка­ точного штрека и околоствольных выработок (см. рис. 75 и 76).

5

: : . ; , . , . : , . : . ; . : . : , . ; ; , . ; ; ; , : v . Д . , . . , . ; . ^ , . ; ^ \^l=o,oooz^ /

\

12

9<±

Рис. 76. Схема водопонижеиня при расширении южного откаточ­

Отвод воды от водопонизительной установки осуществлялся по

на шахте «Светлопольская» проведено около 210 м околоствольных выработок и около 250 м штреков.

Анализ полученных на шахте «Светлопольская» данных пока­ зал, что с применением установок УЗВ-1 и УЗВ-2 в условиях шахты

114

производительность труда проходчиков увеличилась в 1,4—1,6 раза, а скорость проведения выработки в 1,5—2 раза.

Установка забойного водопонижения УЗВ-3

При эксплуатации установок забойного водопонижения при про­ ведении наклонных выработок очень часто возникает необходи­ мость в применении еще дополнительных водоотливных средств, предназначенных для откачки от забоя воды, стекающей по почве выработки.

Кроме того, при деревянном креплении выработки с полным дверным окладом для укладки лежана требуется подготовка в по­ чве специальной канавки. Эта канавка, как правило, при наличии воды у забоя вследствие неустойчивости обводненного песка не удерживается. Для ее удержания необходимо быстро откачивать всю воду, стекающую по выработке к забою.

Для упрощения процесса установки крепи в подобных условиях, а также объединения забойного водопоннжения с водоотливом в конструкцию установки УЗВ-2 были внесены соответствующие изменения, в результате чего была создана установка типа УЗВ-3 (рис. 78). Она отличается от установки УЗВ-2 наличием дополни­ тельного водоотливного узла — водоструйного насоса Г-2 и не­ сколько отличной технической характеристикой. Максимальная

производительность установки УЗВ-3 составляет 40 м3 /ч, т. е. не­ сколько ниже, чем производительность установки УЗВ-2.

Водоструйный насос Г-2 (рис. 79) откачивает воду с почвы за­ боя проводимой наклонной выработки к специальному перекач-

ному водоотливному центробежному насосу. Рабочая вода к водо­ струйному насосу Г-2 подается насосом 4К-8, входящим в привод­ ную станцию водопонизительной установки. При этом водоструйный насос Г-2 с помощью вентиля настраивается на такой режим ра­ боты, при котором расход воды через его насадок не должен пре­ вышать количества воды, отсасываемой установкой УЗВ-3 через иглофильтры из обводненных песков забоя.

Основные элементы (насадок, горловина и диффузор) в кон­ струкции водоструйного насоса предусмотрены сменными, что поз-

116

воляет в процессе работы регулировать в широком диапазоне ра­ бочие параметры, настраивая аппарат на оптимальный режим или

20 и 22 мм. Длина водоструйного насоса 625 мм, ширина 295 мм, высота 376 мм. Масса насоса составляет 11,5 кг.

Описанная установка УЗВ-3 прошла промышленные испытания при проведении южной ветви околоствольного двора вспомогатель­ ного ствола при строительстве шахты «Светлопольская». Кроме того, водоструйный насос Г-2 отдельно успешно и эффективно при­ менялся для забойного водоотлива при проведении наклонного ствола на шахте № 4 комбината «Александрияуголь». С примене­ нием установки типа УЗВ-3 на шахте «Светлопольская» скорость проходки возросла в 1,5 раза.

Установки УЗВ-3, так же как УЗВ-1 и УЗВ-2, эффективно экс­ плуатируются в условиях забойного водопониження при непре­ рывно меняющемся фронте работ. Наличие в их конструкциях за­ крытого циркуляционного бака позволяет осуществлять отвод и вы­ дачу подсосанной из забоя воды на поверхность без применения дополнительных водоотливных средств. Но наряду с этим весьма важным достоинством закрытая конструкция циркуляционного бака не позволяет эксплуатировать эти установки в режиме длитель­ ного вакуумного водопониження и в сильно газонасыщенных поро­ дах, так как в этих случаях через приемные звенья иглофильтров возможно подсасывание значительного количества воздуха. Воздух, попадая в закрытый бак, может вместе с водой подсасываться центробежным насосом, вследствие чего нормальная работа послед­ него может нарушаться.

Водопонизительные установки типа УЗВМ

Для водопониження при сооружении подземных выработок и открытых котлованов Харьковским инженерно-строительным инсти­ тутом совместно с Управлением «Харьковметрострой» и институ­ тами Харьковметропроект и ВНИИОМШС создана специальная установка УЗВМ J9].

Установка УЗВМ (рис. 80) состоит из центробежного насоса МС-50 (Q = 50 м3 /ч, Я = 75 м), водоструйного насоса ГВ-5, откры­ того циркуляционного бака, коллектора, иглофильтров, трубопро­ водов и соединительных шлангов с арматурой.

Установка УЗВМ комплектуется удлиненным рассредоточенным или сосредоточенным водосборным коллектором. При использова­ нии установки УЗВМ для забойного водопониження применяется сосредоточенный коллектор аналогичной конструкции, как и в уста­ новках типа УЗВ.

117.

Забойное водопоннжение с применением установки УЗВМ осу­ ществляется следующим образом. Первоначально в обводненные и слабоустойчивые породы на заданную глубину гидравлическим спо­ собом погружается необходимое количество иглофильтров.

После этого из внешнего водоисточника в бак и трубопроводы наливают воду. Затем запускают электродвигатель насоса и от­ крывают задвижки на трубопроводах. При этом рабочая вода под давлением подается к водоструйному насосу, расположенному ря­ дом с коллектором. Под влиянием созданного разрежения осущест­ вляется отсасывание воды из забоя. Эта вода затем водоструйным насосом по трубопроводу подается в расположенный на поверхно­ сти открытый циркуляционный бак, откуда отводится за пределы осушаемого участка.

В процессе работы установки, по мере необходимости, с помо­ щью вентилей подключается либо отключается необходимое для целей водопонижения количество иглофильтров. Контроль за рабо­ той установки осуществляется с помощью манометра и вакуум­ метра.

По мере выемки породы коллектор вместе с водоструйным на­ сосом и фильтровыми звеньями периодически перемещают вслед за подвиганием забоя, а трубопроводы наращивают.

Описанная установка УЗВМ успешно применялась в 1971 г. при сооружении котлована на строительной площадке станции «Завод им. Малышева» Харьковского метрополитена. Инженерногидрогеологические условия на этом участке характеризовались че­ редованием незначительных по мощности (2—2,5 м) слоев суглин- к'рв и песков, с залеганием водоупорных глин на глубине 15 м. Уровень грунтовых вод находился на глубине 8,5 м. Коэффициент фильтрации песков составлял 1,5—2,5 м/сутки.

Установка УЗВМ успешно применялась также в 1972 г. при сооружении котлована станции «Коммунальный рынок» Харьков­ ского метрополитена.

Котлован станции расположен в аллювиальных пойменных отло­ жениях. Нижняя часть котлована — в мелкозернистых и среднезернистых песках с коэффициентом фильтрации 4,5—5 м/сутки, под­ стилаемых мелкозернистыми пылеватыми песками, бучакского го­ ризонта с коэффициентами фильтрации 0,5 м/сутки, покрытыми невыдержанной мощности прослойкой глин киевской свиты. Углуб­ ленные части днища конструкции станции находятся ниже стати­ ческого уровня грунтовых вод. Такие гидрогеологические условия значительно затрудняли ведение работ по устройству гидроизоля­ ции, сооружению лотковой плиты из монолитного железобетона, а также зумпфа для постоянной водоотливной установки, предус­ матриваемой на период эксплуатации станции метрополитена.

Проведенные промышленные испытания и опыт дальнейшей эксплуатации установки УЗВМ в описанных выше условиях под­ твердили ее работоспособность, высокую надежность и эффектив­ ность. При сооружении зумпфа производительность установки

119

вколлекторе, равное 8,5—9 м.

Сприменением установки УЗВМ значительно упростился про­ цесс строительства зумпфа и сооружения гидроизоляции лотковой части котлована, что позволило вдвое повысить производительность труда рабочих, занятых на сооружении зумпфа, и примерно на ме­ сяц сократить срок его строительства.

Сучетом результатов промышленных испытаний установки УЗВМ Харьковским инженерно-строительным институтом прове­ дены дальнейшие ее усовершенствования в направлении повышения надежности, снижения веса и уменьшения энергоемкости. В резуль­ тате этого созданы более совершенные установки УЗВМ-2 (с ли­ нейным коллектором) и УЗВМ-3 (с сосредоточенным водосборным коллектором).

Максимальная производительность установки УЗВМ-2 состав­ ляет 60 м3 /ч, а УЗВМ-3 —35 м3 /ч.

Установка УЗВМ-2 успешно применяется при строительстве Харьковского и Тбилисского метрополитена.

Установка УЗВМ-3 может применяться для забойного водопо­ нижения в угольной и горнорудной промышленности как при про­ ведении вертикальных, так наклонных и горизонтальных подзем­ ных выработок в сложных гидрогеологических условиях.

3. Разработка методики расчета параметров установок

забойного водопонижения

Общие сведения

Учитывая эффективность и перспективность дальнейшего широ­ кого промышленного применения установок забойного водопониже­ ния, а также отсутствие экспериментально проверенной методики их расчета, автором настоящей книги в течение 1962—1972 гг. про­ ведены специальные теоретические и экспериментальные исследо­ вания, которые позволили получить некоторые расчетные зави­ симости.

Работу установок забойного водопонижения возможно разде­ лить на два периода: активный и пассивный. В первый (активный) период установкой создается необходимая депрессионная поверх­

а также величины созданного в них разрежения продолжительность первого периода может быть различной (от нескольких часов до нескольких суток).

120

При работе установки в первый период из обводненных пород забоя откачивается вода, а во второй период после того, когда депрессионная поверхность достигнет приемных звеньев игло­ фильтров и в них установится устойчивый высокий вакуум вместе с водой, возможно подсасывание и воздуха.

Как указывалось выше, установки забойного водопонижения

вслед за движением депрессионной поверхности. При этом из об­ водненных пород забоя откачивается вода. И лишь только в исклю­ чительных случаях (при обнажении приемного звена иглофильтра по каким-либо причинам пли прекращении выемки пород на дли­ тельное время без возведения временной крепи в забое и выклю­ чения установки) возможно подсасывание вместе с водой и неко­ торого количества воздуха.

В связи с этим при проведении выработок наиболее характер­ ным периодом работы установок забойного водопонижения явля­ ется первый, когда через иглофильтры из забоя откачивается только вода.

Учитывая вышеизложенное для упрощения теоретических и экспериментальных исследований, в дальнейшем в настоящей книге рассматриваем работу установок в активном (наиболее характер­ ном) периоде либо в пассивном периоде при очень малых подсосах воздуха, влиянием которых можно пренебречь.

В течение активного периода установки забойного водопониже­ ния работают в условиях переменного режима, так как в процессе формирования депрессионной поверхности изменяются сопротив­ ления во всасывающей линии установок и количество подсасывае­ мой из забоя воды. Безусловно, задача описания аналитическим образом сущности этого переменного режима работы установок является чрезвычайно сложной. С целью упрощения теоретических и экспериментальных исследований все дальнейшие выводы ведем, исходя из потребных максимальных значений производительности и величины разрежения во всасывающей линии установок при наи­ больших величинах их коэффициента полезного действия.

Вывод основных уравнений

Как видно из предыдущих разделов настоящей книги, в при­ водных станциях установок забойного водопонижения работают два последовательно соединенных насоса (центробежный и водо­ струйный). Причем для создания необходимого разрежения во всасывающей линии используется водоструйный насос, от эффек­ тивности работы которого зависит в.конечном итоге время водопо­ нижения и расход электроэнергии.

Параметры центробежного насоса обычно выбираются по его характеристическим кривым, исходя из условия обеспечения мак­ симального к. п. д.

121

122