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

Самовсасывающие насосы выполнены одноступенчатыми с од­ носторонним осевым подводом воды и смонтированы на раме двух­ колесной тележки. Самовсасывающие насосы С-204 изготовляет Кусинский завод строительных машин (г. Куса), насосы С-245 и С-247 Андижанский завод «Строймашина» (г. Андижан), а насосы С-203 и С-374 Ростокинский завод строительных машин (г. Мос­ ква) .

Диафрагмовые насосы обычно используют для откачки загряз­

Тип насоса для открытого водоотлива подбирают в зависимости от притока воды в котлован или зумпф и требуемой дальности и высоты откачки этой воды за пределы строящегося объекта. При­ ток воды обычно определяют специальными гидрогеологическими расчетами.

Однако при сооружении небольших по объему котлованов, траншей приток воды можно определять приближенно. При этом

для крупнозернистых песков — 0,3—3 м3 /ч; для трещиноватых скальных пород — 0,15—1,25 м3 /ч.

Г л а в а I I ]

ИГ Л О Ф И Л Ь Т Р О В Ы Е УСТАНОВКИ Г Л У Б И Н Н О Г О ВАКУУМНОГО

ВО Д О П О Н И Ж Е Н И Я

1. Общие положения

При слабой водопроницаемости и недостаточной водоотдаче грунтов для усиления эффекта водопонижения применяется глу­ бинное вакуумирование, за счет которого достигается:

а) ускоренное осушение грунта, так как действующие фильтра­ ционные градиенты возрастают за счет разности между понижен­ ным давлением в полости фильтра и атмосферным давлением на поверхности фильтрационного потока;

б) стабилизация грунта вследствие извлечения под действием вакуума капиллярной воды, содержащейся в порах грунта. Про­ исходящее при этом «втягивание» капиллярных менисков создает значительные уплотняющие нагрузки на скелет грунта.

При глубинном вакуумировании грунтов аппарат, создающий вакуум, должен находиться внутри скважины.

63

В настоящее время для глубинного вакуумирования обводнен­ ных грунтов при строительстве различных объектов созданы два типа глубинных иглофильтровых установок: эжекторные и вакуумэрлпфтные. Наиболее широкое распространение получили эжектор­ ные установки типа ЭИ (эжекторные иглофильтры) и ЭВВУ (эжекторные вакуумные водопонизительные установки).

На строящихся горных предприятиях эжекторные иглофильтровые установки применяются при защите нерабочих бортов карье­ ров разрезных траншей.

2. Эжекторные иглофильтровые установки типа ЭИ

Отличительной особенностью эжекторных иглофильтровых уста­ новок типа ЭИ является наличие в их конструкции эжекторов (во­ доструйных насосов), создающих достаточно глубокий вакуум в фильтровых звеньях установок и откачивающих воду на поверх­ ность.

Рис. 49. Схема эжекторнон установки ЭН-2,5:

/ — эжекторный иглофильтр; 2— соединительный рукав; 3— распределительный тру­ бопровод; 4— циркуляционный бак; 5 — высоконапорный насос; 6 — сливной лоток; 7— иизконапорныи насос

В угольной и горнорудной промышленности широко применя­ ются установки типа ЭИ-2,5, имеющие наименьший вес и более просты в монтаже.

Эти установки применяются для осушения грунтов с малыми

применение многоярусных систем с установками ЛИУ-6 нецеле­ сообразно из-за громоздкости, а глубинные насосы из-за малого дебита водопонизительных скважин.

С помощью установок ЭИ-2,5 понижают уровень грунтовых вод одним ярусом на глубину до 20—25 м.

Общий вид эжекторной установки ЭИ-2,5 показан на рис. 49.

64

Техническая характеристика эжекторной установки ЭИ-2,5

В состав типовой эжекторной установки ЭИ-2,5 входят: комп­ лект иглофильтровых колонн, распределительный трубопровод, во­ досливный коллектор, циркуляционный бак и два высоконапорных центробежных насоса (рабочий и резервный).

Эжекторные водоподъемники расположены внутри иглофильт­ ровых колонн. Каждая колонна с помощью соединительных рука­ вов соединена с распределительным трубопроводом и водосливным коллектором.

Подача воды от насоса к иглофильтрам осуществляется по рас­ пределительному трубопроводу и соединительным рукавам.

Иглофильтр состоит из фильтрового звена с наконечником, ко­ лонны надфильтровых труб диаметром 2,5", состоящей из отдель­

Наконечник выполнен из короткого отрезка трубы, снабжен зубчатой коронкой. Внутри наконечника помещен шаровой клапан. Наконечник соединен с трубой фильтрового звена муфтой.

Фильтровое звено (рис. 50) состоит из трубы и каркаса, на котором натянута фильтрационная сетка. В нижнем конце трубы вварено седло, на которое опирается эжектор вместе с колонной

водоподъемных труб.

Принцип работы эжекторных иглофильтров заключается в сле­ дующем: по кольцевому про­ странству между трубами под давлением, созданным насосом, к насадку (соплу) эжектора подво­ дится рабочая вода. Вода, выходя с большой скоростью из насадка, создает разрежение, благодаря которому производится подсасы­ вание воды через фильтр из грун­ та н подъем смеси грунтовой и

низконапорные насосы 8К-18.

Длина распределительного трубопровода и водосливного кол-

66

лектора определяется в зависимости от притока воды и необходи­ мого шага между иглами.

3. Эжекторная вакуумная водопонизительная установка

типа ЭВВУ

Установка ЭВВУ создана Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений и предназначена для водопо-

Рнс. 51. Схема расположения элементов эжекториой вакуумной водопоннзителыюй установки ЭВВУ в плане:

7 до 25 м, а также в случае необходимости понижения уровня грун­ товых вод до поверхности водоупора.

Установка ЭВВУ (рис. 51) состоит из специальных вакуумных концентрических водоприемников, циркуляционного резервуара,

двух рабочих насосов (основного и ре­ зервного), распределительного напор­ ного трубопровода, сливного коллек­ тора, сбросного трубопровода, соеди­ нительных шлангов, арматуры и элек­ трооборудования.

в слоистых грунтах. Кроме того, в ком­

Вакуум-концентрическая скважина (рис. 52) состоит из эжекторного водоподъемника, приемной сетки, фильтровой оболочки, глухой части фильтровой колонны, соединительной муфты, направляющих хомутов, уплотнительного устройства, .вакуумметра, глиняного замка и песчано-гравнйной обсыпки.

Эжекторный водоподъемник имеет внутреннюю и наружную колонны труб. Диаметр внутренней колонны принят равным Р/г", а наружной — I х h " .

Внизу наружная колонна имеет уп­ лотнительное седло и водоприемную 12 трубу, а вверху — уплотнительное уст­ ройство, состоящее из резиновой коль­ цевой пробки, нажимного фланца и ' хомута. Уплотнительное устройство предназначено для герметизации коль-

эжектор; 3— водоприемная труба эжектора; 4 — штампо­

щие хомуты, фиксирующие положение устройства в центре

68

цевого пространства между наружной и внутренней колоннами труб. В нижней части это пространство герметизируется плотным прижатием нижней шаровой поверхности насадка эжектора к ко­ нической поверхности седла.

Наружная колонна эжектора в верхней части с помощью пат­ рубка, фланцев и напорного шланга сообщается с напорно-распре-

жины является фильтровая оболочка, которая образует с наруж­

гофрирования полок ленты изменяется скважность такой фильтровой оболочки, которая обычно принимается равной 12—15%.

Такая конструкция фильтровой оболочки (рис. 53) относится к категории гравитационных фильтров, так как водоприемная спи­ ральная щель не контактирует с грунтом и имеет потолочное рас­ положение. В этом случае грунт против щели располагается под углом естественного откоса. За счет этого достигается улучшение условий приема воды из грунта.

Принятая в вакуум-концентрических установках фильтровая оболочка со скважностью 12—15% соответствует эффекту скваж­ ности 25—30% обычных фильтров, у которых ячейки фильтрового звена контактируют с частицами грунта.

Ленточные фильтровые оболочки имеют следующие прочност­

69

Выпуск таких ленточных оболочек вакуум-концентрических скважин в настоящее время освоен московским заводом «Металлорукав».

На изготовление 1 м фильтра расходуется 2,3—2,4 кг металла. Стоимость изготовления 1 м ленточного фильтра составляет 1 р. 90 к.

Емкость циркуляционного резервуара 4,5 м3 , габариты 1,5х2Х X1 м. Для подсоединения всасывающих шлангов от основного и резервного насосов циркуляционный резервуар имеет два вывод­ ных патрубка диаметром 150 мм, а для подсоединения к нему фа­ нерных труб сбросного трубопровода в верхней части предусмотрен патрубок диаметром 6".

Для подачи напорной воды к эжекторам установка укомплек­

На напорной стороне насосов предусмотрены задвижки. Для холо­ стого сброса циркуляционной воды в бак имеется специальный патрубок, закрываемый с помощью задвижки.

Вода от насосов поступает в распределительный трубопровод, выполненный из отдельных звеньев длиной 5 м и диаметром 168 мм. Каждое звено трубопровода имеет специальные патрубки диаметром 48 мм для подсоединения напорных шлангов, по кото­ рым подается рабочая вода к эжекторам вакуум-концентрических скважин.

Центральное звено распределительного трубопровода соединено с насосами отрезками труб. На концах этого звена установлены задвижки, с помощью которых регулируется подача воды в ту или другую половину распределительного трубопровода.

Сливной коллектор выполнен из звеньев фанерных труб диа­ метром 273 мм и длиной по 6 м каждая. Между собой звенья сое­ диняются муфтами. В звеньях предусмотрены специальные отвер­ стия, куда вставляются сливные шланги, идущие от эжекторных подъемников вакуум-концентрических скважин.

Из циркуляционного резервуара вода по сбросному трубопро­ воду самотеком либо специальным насосом отводится за пределы осушаемого участка.

При выборе насоса для отвода воды целесообразно, чтобы его производительность была не менее суммарного расхода воды, от­ качиваемой из грунта всеми вакуум-концентрическими сква­ жинами.

Эжекторная вакуумная водопонизительиая установка работает следующим образом. Из первоначально заполненного водой цир­ куляционного резервуара центробежным насосом забирается вода и по распределительному напорному трубопроводу и шлангам подво­ дится к вакуум-концентрическим скважинам. Затем по межтруб­ ному пространству рабочая вода поступает к насадку эжектора. Эта вода в виде мощной струи выходит из насадка эжектора и да­ лее через горловину и диффузор по внутренней трубе на поверх-

70

ность. При истечении воды из насадка в приемной части эжектора создается разрежение, благодаря которому из внутреннего про­ странства фильтра производится подсасывание воды, которая вме­ сте с рабочей водой поднимается на поверхность в слнвнои коллек­ тор, откуда самотеком поступает в циркуляционный резервуар.

Из резервуара часть воды по сбросному трубопроводу отво­ дится за пределы строительной площадки, а часть ее снова посту­

Установки ЭВВУ, оборудованные ленточными фильтрами, успешно применяются для водопонижения на объектах треста «Союзшахтоосушение» и треста «Строймеханизация».

Установки ЭВВУ по сравнению с установками ЭИ-2,5 являются более совершенными.

Эжекторные иглофильтровые установки ЭИ-2,5 из-за небольшого участка отбора воды из грунта (около 1 м) не дают необходимого водопонизительного эффекта при мощностях водоносных пород, превышающих 10 м. Кроме того, при использовании установок ЭИ-2,5 для водопонижения в слоистых грунтах с песчано-гравийной обсыпкой не обеспечивается свободная гидравлическая связь ме­ жду слоями вследствие наличия больших гидравлических сопро­ тивлений движению воды по обсыпке от вышележащих водоносных слоев к фильтровому звену, расположенному в нижней части сква­ жины. В процессе длительной работы установки эти гидравличес­ кие сопротивления растут из-за проникновения в песчано-гравий- ную обсыпку частиц и последующего кольматажа, что приводит к изоляции вышележащих обводненных слоев грунта от фильтро­ вого звена скважины.

тирует со всеми слоями грунта в пределах глубины скважины. При этом грунтовая вода преодолевает сопротивления только при входе в фильтр.

Далее она по кольцевому водоприемному зазору, оборудован­ ному между фильтровой оболочкой и концентрически расположен­ ным в ней эжекторным водоподъемником, свободно стекает к при­ емной сетке.

Таким образом, под действием поддерживаемого по всей высоте скважины вакуума производится отсасывание воды из всех пересе­ каемых слоев. При интенсивном отсосе воды из наиболее прони­ цаемых слоев в ряде случаев исключается их действие как источ­

71

грунтовых вод, приводит к увеличению вакуума в кольцевом зазоре скважины, а это в свою очередь вызывает еще более интенсивный отсос воды из слабопроницаемых грунтов.

При работе эжекторных водоподъемников установки ЭВВУ значительно уменьшается разность между расходом циркуляцион­ ной воды, идущей на питание эжекторов, и откачиваемой воды вследствие наличия высокого притока воды в скважине. Это может позволить уменьшить в два-три раза число необходимых скважин или сократить общий расход циркуляционной воды.

Указанные выше преимущества установок ЭВВУ по сравнению с установками ЭИ-2,5 на практике реализуются еще быстрее, если будет повышаться качество выполнения песчано-гравийной об­ сыпки с учетом специфических условий, имеющих место при соору­ жении вакуум-концентрических скважин.

Эжекторные установки имеют ряд недостатков: громоздкость оборудования; значительные трудовые затраты на монтаж и де­ монтаж; малый коэффициент полезного действия; высокая стои­ мость откачки воды.

Однако несмотря на это эжекторные установки широко приме­ няются в промышленности.

Наиболее часто встречающиеся схемы размещения эжекторных иглофильтровых установок ЭИ-2,5 как при сооружении траншеи и котлованов, так и подземных выработок, расположенных на не­

При сооружении широких траншей пли котлованов в безнапор­ ных условиях возможно использование схемы линейных установок (рис. 54,6). В этом случае иглофильтры располагают с обеих сто­ рон широкой траншеи либо котлована. При этом может быть до­ стигнуто как частичное, так и полное осушение разрабатываемых грунтов.

лагают с одной стороны вдоль проводимой выработки. При этом может быть достигнуто снятие избыточного напора на забой про­ водимой выработки.

При сооружении котлованов в безнапорных условиях можно использовать схему контурной установки (рис. 54, г). Согласно этой схеме иглофильтры располагают по периметру котлована. Это позволит произвести частичное или полное осушение разрабаты­ ваемых грунтов.

При сооружении котлована в напорных условиях также может быть использована схема контурной установки (рис. 54, д). По этой схеме иглофильтры также располагают по периметру котлована.

72