68

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.