630
.pdf
|
|
|
|
KН Qфакт . |
|
|
|
(5.25) |
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
Затем находят отношение KН /Кр (рис. 5.4). |
|
|
|||||||
H, |
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
KН |
f h |
|
|
|
|
|
|
|
a1 |
Kр |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
wH f h |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
w |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
KН |
b1 |
wH |
b > B |
|
|
|
|
В, м |
|
Kр |
w |
|
|
|
Рис. |
5.4. |
Схема |
определения |
параметров |
затопления |
|
||
3. После этого по установленному отношению находят степень наполнения сечения водой: a1 = h /D. Зная D, можно найти фактическую глубину потока hфакт:
|
|
hфакт = a1D. |
(5.26) |
|||||
4. |
Расчетом находят скоростную характеристику для всего |
|||||||
сечения |
тоннеля (при h /D = 1): |
|
|
|
|
|
||
|
|
w Cm |
|
|
, |
|
|
(5.27) |
|
|
|
Ri |
|||||
где Ri |
= |
D / 4; С = (1/ n)(D / 4)1/6 . |
|
|||||
5. |
По графику рис. 5.4 при известном a1 = h /D находят |
|||||||
отношение |
|
|
|
|
|
|||
6. |
|
b1 = wн / w. |
(5.28) |
|||||
Находят скоростную характеристику для частичного за- |
||||||||
полнения сечения тоннеля (при |
h /D < |
1): |
||||||
7. |
|
wн = b1w. |
(5.29) |
|||||
Находят скорость потока в |
тоннеле: |
|||||||
|
|
v wH |
|
. |
(5.30) |
|||
|
|
i |
||||||
131
5.2.5. Расчет объемов и времени затопления нисходящей неограниченно протяженной тоннельной выработки
Исходные данные : проходка выработки постоянного сечения под уклон. Прорыв воды с постоянным дебитом известной величины. Требуется определить параметры интенсивности подтопления (зависимость нарастания глубины Hi от времени), время полного затопления забоя и скорости продвижения фронта полного затопления сечения по длине выработки.
Объем как функцию уровня затопления может быть определен по зависимостям, приведенным ниже.
5.2.5.1. Выработка круглого сечения
Исходные данные: R – радиус выработки, м; h – глубина (высота столба) воды в сечении забоя, м; i — уклон (тангенс угла наклона) выработки.
Объем можно вычислить как кратный интеграл от f (x, y, z ) по области , ограниченной поверхностью воды, контуром выработки и плоскостью забоя. Для затопления в пределах от нуля до высоты забоя кратный интеграл сводится к повторному:
|
hi |
iy h R |
|
R2 z2 |
|
|
||
V(h) f (x, y,z)dxdydz dy |
dz |
|
|
dx, |
(5.31) |
|||
|
0 |
R |
|
|
R2 z2 |
|
|
|
где ось y совпадает с продольной осью выработки, ось z направлена перпендикулярно, ось x – параллельно поверхности воды, начало координат находится в центре симметрии плоскости забоя.
Далее получаем:
|
|
|
hi |
iy h R |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
V(h) dy |
|
2 R2 z2dz |
|
|||||||||||
|
|
h |
0 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z iy h R |
|
|||
|
2 |
|
|
2 |
2 |
|
||||||||||
|
|
z |
|
R |
z |
|
R |
arcsin |
|
|
|
|z R |
dy I1 I2 I3. |
|||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|||
I1 |
и I2 находятся с помощью замены переменных t = –iy + h – R |
|||||||||||||||
и |
t |
iy h R |
|
|
соответственно: |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
132
h
i
I1 iy h R |
R2 ( iy h R)2 dy |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
(h R)2 32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
1 |
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
t |
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
2i h R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h R |
|
|
|
|
|
|
|
2 i |
|
|
|
|
iy h R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
R |
|||||||||||||||
I2 R |
|
arcsin |
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
tarcsint |
1 t |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
i |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t 1 |
|||
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
3 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
(h R)arcsin |
|
|
R |
2 |
(h R) |
2 |
|
; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
i |
|
R |
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
I3 |
hR2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Искомый объем определяем выражением:
(5.32)
V(h) |
(R2 (h R)2 )32 |
|
R2 |
(h R)arcsin |
h R |
|
||||||
3i |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
i |
|
R |
||||||
|
|
|
|
(h R) R |
2 |
|
(5.33) |
|||||
R2 (h R)2 |
. |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
Если допустить, что дебит постоянен во времени, то время
затопления, мин, находится |
по формуле |
|
||
|
t |
V h |
, |
(5.34) |
|
|
|||
|
|
q |
|
|
где q — дебит водопритока, |
м3/мин. |
|
||
Для высоты затопления, превышающей высоту забоя, объем
определяется следующей |
функцией: |
|
|
|
|
|
|
V1(h) R2 |
i2 1(h 2R)/i V(2R), |
(5.35) |
|
где V (2R ) может быть определена по формуле (5.33):
V(2R) R3 . i
Окончательно получаем:
V |
(h) |
R2h i2 |
1 |
|
R3 |
|
|
|
|
|
|
. |
(5.36) |
||
|
|
|
|||||
1 |
|
i |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|||
133
5.2.5.2. Выработка трапециевидного сечения
Аналогично рассмотренному выше случаю для трапециевидного сечения кратный интеграл по области для высоты затопления в пределах от нуля до высоты сечения при y = 0 представляется в виде повторного:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
|
|
b z(b c) |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iy h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2a |
|
|
|
|
|||||||||
V(h) f (x, y,z)dxdydz dy |
dz |
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
b |
|
z(b c) |
|
|
|
||||||||
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
2 |
|
|
|
2a |
|
|
|
|||||
iy h |
b |
|
z(b c) |
|
|
|
z2 |
(b c) z iy h |
|
|||||||||||||||
|
i |
|
i |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
dy |
|
|
|
|
|
|
|
dz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy (5.37) |
||
|
2 |
|
|
|
bz |
2a |
|
|
||||||||||||||||
0 |
0 |
|
2 |
|
|
2a |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z 0 |
|
||||||
|
bh2 |
|
|
(c b)h3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
12ai |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где b – ширина выработки понизу, м; c – ширина выработки поверху, м; a – высота выработки, м; i – уклон.
Для глубин затопления, превышающих высоту выработки, объем рассчитывается по формуле
|
|
a(b c) |
i2 1(h a) |
|
|
V |
(h) |
|
|
V(a), |
(5.38) |
|
|
||||
1 |
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
||
где V (a ) определяется по формуле (5.37).
5.2.5.3. Выработка составного сечения с верхней сводчатой (по дуге окружности), нижней трапециевидной частями
Исходные данные : b, c, a – геометрические параметры нижней части сечения; R – радиус верхней части выработки; h – глубина воды (высота столба воды) в сечении забоя; I – уклон выработки (тангенс угла наклона).
Для глубины затопления в пределах от нуля до уровня верха трапециевидной части (a ) сечения при y = 0 справедлива
формула (5.37). |
|
|
|
Для a h a R |
R2 c2 4 объем определяется |
следующим |
|
образом: |
|
|
|
|
V(h) V1(h) V2(h), |
(5.39) |
|
где V1(h ) вычисляется, как в предыдущем пункте, а V2(h) находится аналогично п. 5.2.5.1:
134
|
|
|
|
|
|
|
|
hi |
|
iy h |
|
R2 z2 |
|
hi |
|
|
|
iy h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
V2 (h) dy |
|
dz |
|
|
dx dy |
2 |
|
R2 z2 dz |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 c2 |
R2 z2 |
|
|
|
R2 c2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
h |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(z |
|
R2 z2 R2 arcsin |
)|z |
iy h |
dy I1 I2 I3 ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
R2 c2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
0 |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
i |
iy h |
|
|
|
|
|
dy |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
I1 |
|
R2 |
( iy h)2 |
|
R2 t2 dt2 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
2i |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
R2 h2 32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
R |
3 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
3i |
|
h |
3i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
iy h |
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
R |
|
||||||||||||||||
I2 |
R |
|
|
arcsin |
|
|
|
|
dy |
|
|
|
tarcsint |
1 t |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t 0 |
(5.40) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
R2 |
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
3 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
harcsin |
|
|
R |
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
||||||||
i |
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
c |
2 |
|
||
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|||
|
|
|
|
|
c2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
I |
|
|
R2 |
|
R2 arcsin |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
R |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
3 |
|
|
i |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При h a R R2 |
c2 |
4 |
|
функция |
V (h ) |
|
|||||||||||||||||||||
ной:
.
является линей-
|
|
|
|
|
R2 c |
2 |
|
R2 c |
2 |
|
|
|
|
V (h) S i2 |
1 |
, |
|
||||||||||
h a |
4 |
|
i V a |
4 |
|
(5.41) |
|||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где S – площадь вертикального сечения выработки. Зависимости для определения параметров затопления пред-
ставлены в табл. 5.12.
Для определения высоты затопления как функции времени создана программа в среде Delphi 3, представляющая результаты расчета при заданных геометрических параметрах выработки и дебите водопритока в графическом виде.
135
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
5.12 |
||
Определение параметров затопления выработки |
|
|
|
|||||||||||||||||||
Kонфигурация |
Для глубины, не превосходящей высоту |
|
Для глубины, |
|||||||||||||||||||
забоя |
|
|
|
|
|
|
|
забоя h' |
|
|
|
|
|
превосходящей |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
высоту забоя h' |
||||
Выработка |
V h (R |
2 |
(h R) |
2 |
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
круглого |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
сечения |
|
|
|
|
|
|
|
3i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
h R |
R |
2 |
(h R) |
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
(h R)arcsin |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
(h R) R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bh2 |
|
(c b)h3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Выработка |
|
|
V(h) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
трапециевид- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
2i |
|
|
|
12ai |
|
|
|
|
|
|
S |
2 |
1 |
||
ного сечения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V (h) |
i |
||||
Выработка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a < h < h' |
|
i |
|
||||
|
|
bh |
2 |
|
(c b)h |
3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||
составного се- |
V(h) |
|
|
|
|
|
|
(Формула |
|
|
|
|
|
|||||||||
2i |
|
12ai |
|
|
|
|
|
(h h ) V(h ) |
||||||||||||||
чения с верх- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
из-за слож- |
||||||||||||
ней сводчатой |
h a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ности рас- |
|
|
|
|
|
||||
(по дуге окруж- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чета не при- |
|
|
|
|
|
||
ности), нижней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водится) |
|
|
|
|
|
||
трапециевид- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ной частями |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2.6. Расчет параметров водоотлива
Основные требования к параметрам центрального водоотлива:
а) расчет должен осуществляться по максимальному суточному притоку при условии откачки его за 20 ч;
б) емкость водосборника в насосной камере должна соответствовать получасовому максимальному притоку;
в) главный водоотлив должен иметь три группы насосов: работающие, резервные и находящиеся в ремонте.
Число и производительность работающих насосов определяют по максимальному суточному притоку воды, которая должна быть откачена за 20 ч, а число и производительность насосов всех трех групп определяют по максимальному суточному при-
току воды, с коэффициентом запаса 3, т. е. Qр.ч = 3Qфакт. Производительность насоса (объем жидкости, подаваемой насосом в
единицу времени) принято измерять в л/с или м3/ч. Производительность рабочего насоса определяют по расчетному часовому притоку воды. Так как расчетное время откачки составляет 20 ч (а не 24 ч), то расчетный часовой приток Qр.ч будет больше максимального часового притока Qч в 1,2 раза, т. е. Qр.ч = 1,2Qч.
136
Пример расчета производительности водоотлива
Исходные данные : максимальный приток воды — 2400 м3/сут; часовой приток Qч = 2400 : 24 = 100 м3/ч; расчетный часовой
приток Qр.ч = 1,2 · 100 = 120 м3/ч.
Для таких условий можно принять в каждой группе по одному насосу производительностью 120 м3 каждый.
Манометрический напор насоса для проектируемой водоотливной установки (выражаемый в мм вод. ст.) определяют по
формуле |
|
Нм = Нг + hп.в + hп.н , |
(5.42) |
где Нг = Нг.в + Нг.н – геометрическая высота напора, равная сумме геометрических высот всасывания (по вертикали) Нг.в и нагнетания Нг.н; hп.в и hп.н – потери напора соответственно во всасывающем и нагнетательном трубопроводах, м.
Высоту всасывания воды принимают равной 3,5...…4 м. Манометрический напор Нм насоса должен быть несколько больше расчетного на случай возможной перегрузки насоса. Общие потери напора на трение и местные сопротивления во всасыва-
ющем и нагнетательном трубопроводах |
|
Hп = hпв + hпн = LV 2/2gd, |
(5.43) |
|
|
0,02 0,002 |
|
|
||
где — коэффициент потерь в трубах |
|
|
|
|
; |
L – |
|
|
|
||||
|
|
|
||||
|
|
|
vd |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
приведенная длина трубопроводов (сумма длин прямолинейных участков и эквивалентных длин криволинейных участков, вентилей и другой арматуры), м; v – скорость движения воды в нагнетательном трубопроводе, м/с; g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; d – диаметр трубопровода, м, определяемый по формуле
d |
1 |
|
Qр.ч |
, |
(5.44) |
30 |
|
v |
|||
|
|
|
м3/ч. |
||
где Qр.ч – расчетный часовой |
|
приток, |
|||
Мощность электродвигателя насоса определяют по формуле
N = Q Нм / |
102 •3,6, |
(5.45) |
где Q – производительность насоса, м3/ч; Нм – манометрический напор, м; — плотность перекачиваемой жидкости, т/м3; — коэффициент запаса мощности электродвигателя; — коэффициент полезного действия насоса, равный 0,85...…0,95.
Коэффициент запаса мощности зависит от производительности Q насоса. Частота вращения рабочего колеса насоса
137
должна быть постоянной, для того чтобы его производительность Q, напор Н и мощность N не менялись. С изменением частоты вращения с n до n1 изменяются производительность, напор и мощность Q, Н и N до величин Q1, Н1 и N1 по следующим зависимостям:
Q1 = Q n1/n; |
(5.46) |
Н1 = Н (n1/n)2. |
(5.47) |
А так как КПД насоса почти не изменяется, то |
|
N1 = N (n1/n)3. |
(5.48) |
Если необходимо повысить напор или производительность водоотливной установки, то насосы соединяют. При параллельном соединении насосов складываются их производительности, а при последовательном – напоры. Это относится только к насосам, имеющим одинаковые характеристики и режимы эксплуатации.
Проектирование параметров водопонижения с методиками и примерами расчета иглофильтровых установок, глубинного вакуумного водопонижения, скважинных водопонизительных систем приведено в [52]. Там же даются методики расчета параметров замораживания грунтов.
5.2.7. Расчет времени эвакуации людей
Время эвакуации людей определяется, исходя из протяженности эвакуационных путей и скорости движения людских потоков на всех участках пути от наиболее удаленных мест до эвакуационных выходов.
Расчетное время эвакуации людей tр, мин, определяют как сумму времени движения людского потока по отдельным учас-
ткам пути: |
|
tр = ti, |
(5.49) |
где ti = li /vi – время движения на i-м участке; li – длина i-го участка, м; vi – средняя скорость движения на участке, м/мин.
Выводы по главе 5
Знание методик и математических зависимостей параметров жизнеобеспечения позволяет рассчитывать технологические параметры работы в аварийных ситуациях, повысить обоснованность принятия решений при разработке Планов ликвидации аварий, технических мероприятий.
138
Контрольные вопросы к главе 5
1.По каким параметрам оценивают степень устойчивости подземной выработки?
2.Какие параметры определяют опасность и скорость затопления подземной выработки?
3.Как рассчитывают время эвакуации людей?
4.Какие параметры определяют для проходки вспомогательных выработок?
ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИИ ПРОХОДКИ И ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТА ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ
6.1. Общие сведения
При возникновении опасности обрушения выработки или прорыва водогрунтовых масс применяют технические решения, обеспечивающие уменьшение динамических воздействий и использование несущей способности грунтового массива [52–57 и др.]: безвзрывную разработку грунтов (комбайны, безвзрывные разрушающие составы и др.), податливые крепи (анкеры, набрызгбетон), опережающие экраны из труб, быстроустанавливаемых анкеров, бетона; технологии продавливания, проталкивания конструкций, специальные способы проходческих работ. Эффективными технологическими мерами обеспечения безопасности являются при горном способе – дозированный отбор грунта и закрепление лба забоя (грунтовым пригрузом, анкерами, набрызгбетоном), замыкание крепи обратным сводом (в том числе калотты), сокращение отставания постоянной обделки от забоя; при щитовом способе – применение рассекающих полков, выдвижных или поворотных плит, забойных диафрагм, пригрузочных камер; при врезке – стабилизация откосов нагелями, анкерами, буровыми сваями и подпорными стенами, специальные способы работ. В настоящее время тоннелестроение развивается в направлении замены специальных способов проходки путем использования: при строительстве тоннелей горным способом – так называемого новоавстрийского способа (НАТМ), при строительстве тоннелей щитовым способом –
полностью механизированных щитовых комплексов с грунтовым (шламовым) или гидравлическим (тиксотропным) пригрузом.
139
6.2. Прогрессивные безвзрывные технологии разработки грунтов
6.2.1. Разработка грунтов комбайнами
Комбайновая разработка грунта обеспечивает [53–54 и др.] совмещение процессов разрушения и погрузки грунта, увеличение скорости проходки по сравнению с буровзрывной на 20–40 %, достижение ровного контура выработки, максимально приближающегося к проектному, устранение вредного воздействия взрыва на окружающий грунтовый массив. По конструкции различают комбайны бурового (роторного) и избирательного действия. У комбайнов роторного действия, так называемых тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК), режущий орган представляет собой круговую платформу, вращающуюся с частотой до 14,5 об./мин, на которой размещены резцы различных конструкций, разрушение грунта осуществляется одновременно по всей площади забоя. К такому типу относят ТПМК «Роббинс» (США), «Вирт», «Демаг» (Германия), ШМР-1, КТ1-5,6, КТ-5,6Е21, КТ-6А21, КЩМ-11 (Россия) и другие.
Проходку ТПМК ведут с устройством сборной обделки из высокоточных железобетонных блоков. Гидроизоляцию обеспечивают установкой резиновых уплотнителей в стыках и нагнетанием специальных растворов за обделку. ТПМК обеспечивают высокие скорости проходки. Так, при проходке гидротехнического тоннеля Оахи (США) ТПМК диаметром 8,0 м достигнута средняя скорость 760 м/мес., тоннеля Гарднер (Канада) D = 7,82 м – 812 м/мес., коммунального тоннеля D = 10,8 м в Чикаго (США) – 552 м/мес. При строительстве Лефортовского тоннеля D = 14,2 м в Москве скорость проходки достигала 200 м/мес. Недостатками ТПМК являются высокая стоимость комплексов и высокоточной обделки, значительная продолжительность подготовительного периода, большое энергопотребление (до 4500 кВт/ч), невозможность применения разных сечений и типов обделки, малая сдвиговая жесткость сборных обделок (при сейсмических нагрузках возникает опасность нарушения их гидроизоляции и целостности).
Горнопроходческие комбайны избирательного действия маневренны и разрабатывают выработки любой формы. В зависимости от условий проходки и размеров выработки разработку грунта такими комбайнами производят сразу по всей площади забоя либо сначала калотты максимально возможной высоты, а затем нижней части выработки. Отечественные комбайны 4ПП-2м,
140