ДонНТУ   Портал магистров

Терёхин Александр Сергеевич

Факультет инженерной механики и машиностроения

Кафедра энергомеханических систем

Специальность «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика»

Обоснование рациональных параметров установки с незаиливающимися водосборниками

Научный руководитель: к. т. н., доцент Яковлев Виктор Михайлович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Обзор исследований и разработок
• 4. Обоснование структуры и выбор рациональных параметров установки с незаиливающимися водосборниками
• Выводы
• Список источников

Введение

Основной недостаток водоотливных установок действующих и проектируемых угольных шахт - заиливание водосборников и приемных колодцев. Очистка от твердого материала этих емкостей существующих конструкций связана со значительной затратой ручного труда. Несвоевременная их очистка обуславливает наличие в откачиваемой воде твердых частиц, иногда недопустимой крупности, что приводит к ускоренному износу насосов.

В Донецком национальном техническом университете (ДонНТУ) разработана для участковых и главных водоотливных установок, в водосборники которых поступает шахтная вода с высокой концентрацией твердых частиц, следует применять установку НУО-1, которая исключает необходимость очистки от твердого водосборников и приемных колодцев. Смыв осевшего шлама осуществляеться за счет того, что заполнение его происходит снизу вверх. Поэтому, шлам оседает, в основном, в приямке колодца емкости.

1. Актуальность темы

Горно-геологические условия Донецкого бассейна являются одними из наиболее сложных в мировой угольной промышленности. Главными причинами сложностей горно-геологических условий на Донбассе являются: большая глубина разработки, наличие в шахтах метана, высокий уклон залегания пластов. Более 30% составляют коксующиеся угли, 15% – антрациты. Добыча ведется более чем в 150 шахтах. Почти 80% пластов имеют малую мощность - до 1 м. При отработке угольных пластов сопутствующим фактором являются шахтные воды. Так, на 1 т. угля, добываемого шахтами Донецка, приходится около 3 м3 воды.

Донбасс представляет собой регион старых шахт, на которых установилось относительно стабильное соотношение между водопритоками в различные горные выработки. Так, для шахт Донбасса, преобладающими являются притоки до 200 м3/ч, в том числе до 50 м3/ч - 11%, 50…100 м3/ч - 28%, 100…200 м3/ч - 31%, 200…500 м3/ч - 27% и 500…1000 м3/ч - 3% [1].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель исследования- установление основных закономерностей рабочего процесса и разработка техники проходческой гидроэлеваторной установки, обеспечивающей снижение влияния притока воды на производительность труда проходчикоа и улучшение условий их работы, обоснование рациональных параметров и минимальных размеров установки.[2]

Основные задачи исследования:

1. Анализ методов откачки шахтных вод.
2. Оценка способов откачки.
3. Составление математической модели и поиск рациональных
4. Проверка адекватности полученных результатов.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по следующим направлениям:

1. Разработка принципиальной схемы для установки с незаиливающимися водозборниками.
2. Составление математической модели и использование ее для определения рациональных параметров установки.
3. Исключение применение ручного неквалифицированного труда по очистке емкости от шлама.
4. Подобрать минимальные габариты водосборников.
5. Выбрать систему управления для гидроэлеватора.

3. Обзор исследований и разработок

Изучение методов очистки водосборника от крупных твердых тел в воде наиболее активно проводилось в СССР, Российской Федерации и Украине, в частности в нашем университете ДонНТУ. Поэтому совершить обзор международных источников, кроме СССР и Российской Федерации, достаточно сложная задача. Так как, данная установка была придумана и спроектирована в ДонНТУ.

Вопросы использования для проходческого водоотлива рассмотрены в работах В.М. Яковлева, П.Н. Каменева, Б.Э. Фридмана, Н.Н. Чернавкина, Н.С. Болотских, В.Г. Гейера.

Схемы в которых гидроэлеватор откачивает воду в небольшую емкость, а далее вода откачивается насосом, выполнена установка забойного вакуумного водопонижения УЗВ [3], предложеные Н.С. Болотских.

Схемы применения для забойного водоотлива при проведении наклоных выработок приведены Чернавкиным Н.Н. и В.Г. Гейером [4].

4. Обоснование структуры и выбор рациональных параметров установки с незаиливающимися водосборниками

Водоотливная установка ( рис.1 ) состоит из насосной камеры, регулировочного и аварийного водосборников, предварительного отстойника и приемного колодца.

Перечень компонентов, указанных на принципиальной схеме:

1. Регулировочный водосборник;
2. Аварийный водосборник;
3. Основные насосы;
4. Канавка;
5. Предварительный отстойник;
6. Водозаборный колодец;
7. Шламовый конвейер;
8. Вагонетка;
9. Гидроэлеватор регулировочного водосборника;
10. Гидроэлеватор аварийного водосборника;

Схема НУО-1 работает следующим образом[8]. Шахтная вода по водосточной канавке 4 поступает в предварительный отстойник 5. Где освобождается от твердых частиц крупностью более 0,1 мм. Осевшие в предварительном отстойнике твердые частицы удаляются из него при помощи специального шламового конвейера 7 на конвейер или в вагонетки 8, которые направляются на скиповой или клетевой подъем. Из предварительного отстойника частично осветленная вода поступает в центральный приемный колодец 6. Заполнив его до уровня переливного канала, она начинает переливаться через него в регулировочный водосборник 1. После его заполнения включается основной насос 3 водоотлива и начинает откачивать воду из приемного колодца на вышележащий горизонт или на поверхность. При этом вода из регулировочного водосборника должна перекачиваться в центральный приемный колодец при помощи специального перекачного насоса или гидроэлеватора 9.

В соответствии с правилами безопасности в схеме НУО-1 предусмотрен и аварийный водосборник 2, переливной канал которого расположен выше, чем регулировочный водосборник, и поэтому вода начинает поступать в него только после того, как полностью заполнится регулировочный водосборник. Вода из него также перекачивается в приемный колодец при помощи специального перекачного насоса или гидроэлеватора 10.

Регулировочный и аварийный водосборники выполнены незаиливающимися и самосмывающимися. Это обеспечиваеться двумя факторами:

1. вода заполняет емкости снизу вверх с малой скоростью, поэтому угольная мелочь оседает в приямках регулировочного и аварийного водосборников, откуда гидроэлеваторами откачивается в центральный колодец и удаляется основными насосами;
2. смыв осевшего твердого осуществляется водой в период откачки емкостей, для чего угол наклона почвы водосборников делается не менее 50, а емкость полностью осушается, так как почва водосборника находится на 0,5 м выше уровня воды в приямке, обеспечивая свободный слив.

Расчет основной водоотливной установки с центробежными насосами.

Для надежности откачки воды из шахты согласно ПБ/71, подача каждого насосного агрегата должна обеспечивать откачку суточного притока не более,чем за 20 часов[12]. Поэтому подача насоса должна быть не менее:

Q_пр – нормальный часовой приток.

Необходимый напор насоса ориентировочно определяется по зависимости:

где H_г – геометрический напор.

L – длина нагнетательного трубопровода.

где a – угол наклона ствола, град; l₁ – длина труб в насосной камере от приемного устройства наиболее удаленного насоса до трубного ходка; l₂ – длина труб в трубном ходке; l₃ – длина труб на поверхности от ствола к месту слива;

Для гидроимпульсатора:

i – оптимальный гидравлический уклон, который принимается в интервале 0,025…0,05;

Сумма lэкв – эквивалентная длина всех местных сопротивлений трубопровода, определяется по зависимости: где 25…30 – сумма коэффициентов местных сопротивлений трубопровода.

Определение размеров водосборника

1) Объем регулировочной емкости:

Минимальный объем центрального водосборного колодца определяется из условий обеспечения устойчивости работы насоса и гидроэлеваторов и применяется равноценно.

Площадь сечения центрального колодца Sцк выбирается из условий размещения всасывающих трубопроводов и удобства их обслуживания. Глубина заложения центрального колодца hцк определяется по формуле:

Объем аварийной емкости рассчитывается в соответствии с ПБ на прием 4-х часового нормального притока.

Принимая типовые сечения выработки, и определив объем аварийной емкости:

Находим длину водосборников:

Приемки в колодце, где установлены гидроэлеваторы, выполняем глубиной 1,5 м, а поперечное сечение принимаем равным сечению колодцев. Диаметры колодцев определяются конструктивно из условия обеспечения в них монтажа перекачных гидроэлеваторов и соблюдения необходимых зазоров для перемещения людей по монтажной лестнице.

Расчет предварительного отстойника

Предварительный отстойник имеет форму усеченной пирамиды. Ширина зеркала воды в нем на 20…30% меньше ширины выработки, в которой он сооружается (рис. 2). Приняв ширину отстойника B = 3 м, определяем среднюю скорость движения воды в отстойнике.

Длина предварительного отстойника:

Полученная длина не является минимально допустимой. Исходя из конструктивных особенностей шлакового конвейера, принимаем длину отстойника равной 9,1 м.

Объем нижней части предварительного отстойника определяется по количеству твердого, выпадающего из воды в течение суток:

Очистка предварительного отстойника

В качестве способа очистки предварительного отстойника из различных способов, принимаем очистку при помощи шламового конвейера (багер-зумпф БЗ-1), смонтированного в предварительном отстойнике. Он обеспечивает погрузку шлама и одновременное обезвоживание.[7]

Багер-зумпф БЗ-1 (рис. 3) состоит из пяти секций: секции 2, включающей приводную головку 1 и редуктор с электродвигателем; двух промежуточных секций 3, 5 и двух секций 4, 6, содержащих отклоняющие ролики 7, 8. Секции охвачены конвейерной скребковой цепью, движущейся со скоростью не более 0,1 м/с.

В целях унификации и стандартизации приводная головка, отклоняющие ролики и скребковая цепь используются от серийно изготовляемого конвейера СП63, а редуктор – от лебедки типа ЛРУ1-2М. В качестве приводящего принят электродвигатель серии ВАО во взрывобезопасном исполнении.

Выводы

Магистерская диссертация посвящена обоснованию структуры и выбору рациональных параметров водоотливной установки. НУО-1 имеет ряд преимуществ: исключает очистку от твердого приемного колодца и водосборников; в процессе эксплуатации дает значительный экономический эффект; сокращается число рабочих, занятых на обслуживании водоотстойника; уменьшаются затраты при ее эксплуатации. Применение смывающихся водосборников позволяет поддерживать неизменной запроектированную аварийную емкость, повышает надежность водоотлива, уменьшает вероятность отказа насосов из-за зашламления приемных устроиств, исключает трудоемкий процесс чистки водосборников, позволяет работать насосам с малой положительной геометрической высотой всасывания и сохраняет возможность регулированя энергопотребления в часы пиковых нагрузок энергосистемы. Надежность работы водоотливной установки зависит не только от надежной работы основных насосов, но и от надежности перекачных устройств регулировочного и аварийного водосборников.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2018 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

1. Поджидаев В.Г. Горно геологические особенности разработки угольных месторождений восточного Донбасса – Научное сообщ. /УДК 553.9, М., 2000 – С. 367-369
2. Яковлев В.М. Разработка гидроэлеваторной проходческой водоотливной установки – Д., 1987. – С. 5-16
3. Болотских Н.С. Оборудовние водопонижения в угольной и горноугольной промышленности– М. Недра, 1973. – С. 101-164
4. Гейер В.Г. Шахтные водоотливные установки. – М. Углетехиздат – 1948. – С. 277
5. Братченко Б.Ф. Стационарные установки шахт – М. 2015. – С. 325-333
6. Яковлев В.М. Вляние условий всасывания на максимальную подачу гидроэлеватора // Разработка полезных ископаемых – Киев, Техника – 1975. – С. 96-99
7. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. шахтные винтеляторные и водоотливные установки –М., Недра, 1987 – С. 250-253
8. Гейер В.Г., Антонов Я.К., Боруменский А.Г., Малеев В.Б., и др. Методические екомендациипо применению средств очистки шахтных водосборных емкостей – Д. ДПИ, 1983 – С.42-45
9. Малеев В.Б., Данилов Е.И., Яковлев В.М., Специальные средства водоотлива и гидромеханизированной очистки шахтных водосборных емкостей – Д. ДПИ. 1986 – С. 16-24
10. Акопов М.Г. Основы обогощения углей в гидроциклонах – М., Недра, 1967 – С. 178
11. Гейер В.Г., Малеев В.Б., Данилов Е.И. Яковлев В.М. Методические рекомендации по применению средств механизации очистки шахтных водосборных есмкостей – Д., ДПИ, 1986 – С. 36
12. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах – М., Недра, 1986 – С. 67
13. Указания по проектированию трубопроводов, прокладываемых в подземных выработках угольных и сланцевых шахт – МЦП-СССР. – М., 1974 г.
14. Национальный открытый университет //ИНТУИТ [Электронный ресурс]: – Режим доступа: www.intuit.ru