книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки

жине или стволе каких-либо механизмов; малые размеры в плане; отсутствие специального резервуара для сбора воды.

цилиндр через приемный клапан 2. Управление вентилями 3 и 6 можно автоматизировать. Геометрическая высота подачи зависит от давления сжатого воздуха.

Пневматические насосы отличаются простотой устройства, не требуют большого ухода, пригодны для перекачки загрязненных жидкостей, их к. п. д. достигает 50%.

§ 3. Гидроэлеваторы (водоструйные насосы)

Принцип действия водоструйного насоса (гидроэлеватора) осно­ ван на использовании кинетической энергии вспомогательной рабо­ чей жидкости для отсасывания и перемещения различных жидкостей.

В водоструйном насосе (рис. 81) вода под большим давлением подается по трубо­ проводу 7, проходит через сходящийся на­ садок 5. В сходящемся насадке энергия давления потока рабочей жидкости превра­ щается в кинетическую энергию. Благо­ даря вакууму вода из колодца по всасы­ вающей трубе 6 поступает в смесительную камеру 4, где поток рабочей жидкости от­ дает часть своей энергии воде, засасывае­ мой из колодца. Затем через горловину 3 вода поступает в расширяющийся канал (диффузор) 2, где кинетическая энергия жидкости превращается в энергию давления.

Для работы гидроэлеватора необходимо иметь высоконапорный насос для подачи рабочей воды, который устанавливается на поверхности. Полезная работа пропорцио­ нальна расходу поднимаемой воды Qx и высоте подъема Н 1ч а затрачиваемая работа пропорциональна расходу рабочей воды Ç2 и напору Н 2, создаваемому насосом. К. п. д. гидроэлеватора определяется по формуле

Наибольшие потери имеют место в сопле (сходящемся насадке), •смесительной камере, при движении откачиваемой воды в кольцевом зазоре и в диффузоре. К. п. д. гидроэлеваторной установки учиты­ вает также потери энергии в насосном агрегате. К. п. д. установки обычно равен 0,15—0,25.

Кдостоинствам гидроэлеватора относятся: простота и надежность

вработе: отсутствие вращающихся деталей; возможность беспере­

Сравним достоинства и недостатки непосредственного (рис. 82, а, б)

Рис. 82. Схемы водоот­ лива при разработке ме­ сторождения на одном горизонте

давление. Однако достоинства непосредственного водоотлива столь велики, что к нему всегда следует прибегать при наличии соответ­ ствующего оборудования.

Семинар по шахтному водоотливу в Донецке в 1964 г. рекомендо­ вал максимальную высоту ступени водоотлива 600—700 м.

Схемы водоотлива при разработке месторождения одновременно на нескольких горизонтах. Водоотлив может осуществляться уста­ новками, расположенными:

1) на каждом горизонте и откачивающими воду на поверхность (рис. 83, а) на верхнем горизонте, при этом с нижних горизонтов вода подается вспомогательными насосами (рис. 83, б);

2)на нижнем горизонте, в водосборник которого вода поступает со всех горизонтов (рис. 83, в);

3)на нижнем горизонте и откачивающими воду со всех горизон­ тов (рис. 83, г, ô).

Рис. 83. Схемы водоотлива при разработке месторождения одновременно на двух горизонтах

Оценка той или иной схемы определяется надежностью и эконо­ мичностью. Так, например, в случае использования схемы рис. 83, в бесполезно тратится энергия воды верхнего горизонта, а в схемах рис. 83, г, д эта энергия используется за счет применения более сложной и, следовательно, менее надежной системы. Достоинством схемы рис. 83, а является независимость работы установок, но при этом требуется прокладывать в стволе большое количество трубо­ проводов. Последний недостаток устраняется в схеме рис. 83, б.

В конечном счете выбор той или другой схемы зависит от относи­ тельной величины притоков. Если притоки верхних горизонтов велики по сравнению с нижним, то предпочтение следует отдать

схеме рис. 83, а. Наоборот, если притоки нижележащих горизонтов относительно велики, то целесообразнее использовать схему рис. 83, в подавая воду непосредственно на земную поверхность.

§ 2. Насосные камеры и водосборники

Насосные камеры и водосборники главного водоотлива нахо­ дятся вблизи ствола шахты и примыкают к подземной подстанции.

По данным И. И. Куренкова, проводившего исследования в условиях Донбасса и Подмосковья, содержание твердых примесей в шахтной воде свыше 3 кг!м3 [20]. В твердых примесях шахтных вод преобла­ дают минеральные зерна крупностью более 0,1 мм, поэтому насосы необходимо защищать от абразивного износа. Для борьбы с абра­ зивным износом шахтных центробежных насосов обычно рекомен­ дуется «приспособление» насосов для откачки неосветленной от твердых частиц воды и предварительное осветление шахтных вод.

В первом случае предлагается упрочнить материал основных деталей насоса с тем, чтобы они противостояли истиранию и разру­

шению. Это требует применения более дорогостоящих материалов, а также увеличения зазоров между рабочим колесом и корпусом (для возможности прохода крупных твердых зерен), что приведет к снижению к. п. д. насоса.

Во втором случае, для предварительного осветления шахтных вод перед водосборниками, на горизонтальных участках выработки устраиваются отстойники. Шахтные воды движутся через отстойники в горизонтальном направлении с небольшой скоростью, при которой происходит оседание твердых частиц. Отстойники рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить оседание частиц диаметром 0,1 мм

где а — коэффициент, величина которого определяется по формуле

1>5^о .

0,75 + i^o ’

(127)

и — скорость воды в проточной части отстойника;

i?0 — гидравлическая крупность частиц, т. е. скорость падения частиц в неподвижной воде, мм!сек.

Сечение водосборника принимается типовым (для однопутевых откаточных выработок).

Водосборник обычно состоит из двух отделений. При чистке одного из них водоотливная установка продолжает работать. Емкость водосборника должна быть по возможности большей, чтобы обеспечить нормальную работу шахты при вынужденной остановке насосов. Чем больше емкость водосборников, тем легче выравнивать график нагрузки шахтной подстанции.

Однако устройство больших водосборников связано с крупными капитальными затратами. Сопоставляя эти факторы, обычно считают, что емкость главных водосборников на основных горизонтах шахт должна быть равна четырехчасовому нормальному притоку воды [50].

Уровень подошвы водосборника по отношению к соседним выра­ боткам (рис. 84) определяется следующим образом: ось насоса возвышается приблизительно на 0,5—1 м над полом насосной камеры, а уровень пола насосной камеры должен быть не менее чем на 0,5 м выше отметки головки рельсов околоствольного двора в месте сопряжения его со стволом. Разность отметок пола насосной камеры и почвы водозаборного колодца не должна превышать 4— 4,5 м, а глубина колодца должна быть на 1,5 м ниже уровня головки рельсов в водосборнике. Сопоставление вышеприведенных цифр показывает, что подошва водосборника должна быть приблизительно на 2,5—3 м ниже пола насосной камеры и на 2—2,5 м ниже прилега­ ющих откаточных выработок.

Высоту и ширину водосборника принимают равной 1,8—3 м. Крепление водосборника — бетонное, а при сроке их службы меньше 5 лет допускается деревянное крепление. Проф. В. Г. Гейер предложил сооружать вертикальные водосборники [14].

Отстойники должны систематически очищаться, и удаление осевших в них твердых частиц должно быть механизировано.

На практике применяют следующие способы чистки отстой­ ников:

1)удаление ила в вагонетках. Ил в вагонетки грузится скрепе­ ром, диафрагмовыми насосами, водоструйными насосами, с помощью специальных шнековых грузчиков;

2)откачка ила шламовыми насосами или гидроэлеваторами

ввыработанное пространство;

3)непрерывная очистка специальными шламовыми насосами, подающими пульпу в нагнетательный трубопровод главной водо­ отливной установки при работающем основном насосе;

4)механическая чистка с помощью эрлифта.

Насосные камеры. Насосные камеры располагаются в зависи­ мости от местных условий выше или ниже уровня воды в водо­ сборнике.

На рис. 85 показана широко распространенная насосная камера главной водоотливной установки. Насосы 1 с электродвигателями 2 для удобства их обслуживания расположены вдоль насосной станции. Из водосборников вода поступает к распределительному колодцу б, который через коллектор 4 с помощью задвижек 3 соеди­ няется со всасывающими колодцами 5 отдельных насосов. В послед­ нее время делается обычно один всасывающий колодец для всех насосов.

Насосная камера должна быть соединена с околоствольным двором двумя ходками с герметически закрывающимися дверями и наклонным ходком под углом 25—30° со стволом, на высоте не менее 7 м от уровня пола насосной камеры. По наклонному ходку выводятся в ствол трубы и кабели, а также осуществляется связь камеры с поверхностью при затоплении.

--------- 111-------- Водосборные резервуары

А

Расположение насосной камеры ниже уровня воды в водо­ сборнике (рис. 86) позволяет применять насосы с большим числом оборотов (3000 об/мин и более), что обеспечивает надежную работу о подпором и упрощает их автоматизацию [8]. При создании заглуб­ ленных насосных камер сталкиваются с трудностями герметизации перемычек и стенок, затрудняется доставка оборудования и венти­ ляция камеры, а также увеличиваются капитальные затраты на вооружение камеры.

Рис. 86. Заглубленная насосная камера:

л — насос; 2 — балочный монтажный кран; 3 — приемные водопроводы; 4 — перемычка; 5 — водосборник

Заглубленные насосные камеры встречаются в СССР на поли­ металлических рудниках и в Кизеловском бассейне, а также в зару­ бежной практике. Величина заглубления камеры определяется расчетом.

Применение погружных насосов не требует оборудования под­ земных насосных станций (рис. 87). Имеется два типа стационар­ ных скважинных водоотливных установок [8]. В первом случае водосборником является участок выработанного пространства (рис. 87, а). Скважина бурится такой глубины, чтобы насос нахо­ дился ниже подошвы выработанного пласта и расстояние от всасы­ вающей сетки до дна было не менее 5—6 м. Во втором случае, когда не представляется возможным использовать выработанное простран­