ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА   ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА   ССЫЛКИ   РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКА В INTERNET


Донецкий Национальный Технический Университет





АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ


по теме : Исследование и расчет водоотливных установок с наклонными самосмывающимися водосборниками.




Мельников Вячеслав Александрович


Руководитель работы доцент, к.т.н. Малеев В.Б.


Кафедра : ГОРНАЯ МЕХАНИКА

Факультет : ЭНЕРГОМЕХАНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ



Донецк - 2003

  1. Актуальность темы.
  2. Цели и задачи работы.
  3. Водоотливные установки с незаиливающимися водосборниками.
  4. Водосборники с обеспечением критической скорости засчет наклона дна.
  5. Водосборники со струйно - придонным течением воды.
  6. Список литературы.

Актуальность темы.

При отработке угольных пластов сопутствующим фактором являются шахтные воды. Так, на 1 т. угля, добываемого шахтами Украины, приходится около 3 м3 воды.

Донбасс представляет собой регион старых шахт, на которых установлено 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%

В процессе проникновения поверхностных и подземных вод в выработанное пространство и горные выработки через поры в породах, движения в водоотливных канавах и трубопроводах, насосах водоотливного хозяйства шахт они метаморфизуются, превращаясь в шахтные воды. В результате обогащения посторонними примесями вода изменяет свой химический состав ( минерализацию ), загрязняется твердыми взвешенными веществами ( ВЗВ ) органического и неорганического происхождения, а также бактериологически, в некоторых случаях приобретает кислую реакцию ( рН < 6 ). Кроме того, взаимодействуя с оборудованием, из-за утечек масла из машин и механизмов, природные воды дополнительно загрязняются нефтепродуктами.

Как отмечалось выше, шахтная вода содержит большое количество нерастворимых твердых примесей, которые поступают вместе с ней в водосборник. Осветление шахтной воды осуществляется в водосборниках и сооружаемых перед ними предварительных отстойниках. В одних водосборниках поступающая вода протекает так называемыми свободными струями в среде из тех же твердых примесей, в других вода проходит русловым потоком, ограниченным стенками резервуара. В первом случае поток подчиняется законам свободной завихренной струи, во втором - законам русловых потоков.

В существующих типовых схемах шахтного водоотлива конструкция водосборников в виде горизонтальных выработок с наклонными входными участками несовершенная. Водосборники довольно быстро заиливаются ( обычно в течении 1...2 месяцев ). Заиленные водосборники не могут выполнять основную функцию - накапливание воды. Впределе они превращаются в водопроводящие каналы, и для поддержания их в рабочем состоянии требуется сравнительно часто удалять из них шлам, что весьма трудоемко и длительно. В результате чего значительное количество минеральной взвеси, в том числе крупной с весьма абразивными свойствами, выносится из водосборника и поступает в водозаборные колодцы, а затем - в насосы и нагнетательный став вызывая их быстрый абразивный износ. Вторым, существенным, недостатком водосборников существующих конструкций является неуправляемость процессом осветления воды.

Особенно тяжелые условия работы складываются на участковых водоотливных установках, располагаемые в уклонных полях шахт. При конвейерном транспорте по уклонам существует значительное просыпание угольной мелочи, которая потом смывается по уклону водой и поступает вместе с ней в водосборник. При малой производительности труда на очистке водосборники участковых водоотливных установок почти весь период эксплуатации работают в частично заиленном состоянии. При этом, работая на неосветленной воде, насосы участкового водоотлива быстро выходят из строя. Кроме того, они откачивают неосветленную воду на основные горизонты в водосборники главного водоотлива и способствуют их быстрому заилению, что также ведет к преждевременному выходу из строя насосов главного водоотлива и загрязнению окружающей среды шахтной водой, откачиваемой на поверхность.

Различные способы и средства механизации очистки шахтных водосборников существующей конструкции не могут пока координально решить данную проблему. Необходимо изменение схем шахтного водоотлива, особенно участкового, с коренной перестройкой водосборников и надежной организацией удаления из них твердого при каждом включении насосов в работу. Для этого требуется осаждать в осветляющем, небольшом по размерам, резервуаре абразивную составляющую взвеси.

При регулярной очистке осветляющих резервуаров будет исключено попадание шлама в центральный водосборник. Это удлинит срок службы насосов и позволит выдавать из водосборника в процессе водоотлива мелкие неабразивные твердые частицы непоредственно на поверхность.

Шахтная водоотливная система должна удовлетворять следующим основным условиям:

  1. Водосборник должен состоять из основного резервуара и предшествующих ему осветляющих по числу источников поступления воды.
  2. В конструкции осветляющего резервуара должно быть предусмотрено удаление накапливающихся в нем примесей водой гидромеханическим путем. Осветляющий резервуар должен иметь два или более независимые один от другого отделения - рабочее и резервное.
  3. Собственно водосборник должен рассчитываться, с одной стороны, в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации угольных шахт в отношении приема шахтного притока при прекращении водоотлива и, с другой - с учетом необходимости размыва нормальным потоком неабразивных механических примесей, выпадающих на дно в период накапливания воды. Онможет состоять из одного или более отделений.

Цели и задачи работы.

Основной недостаток водоотливных установок действующих и проектируемых угольных шахт - заиливание водосборников и приемных колодцев. Очистка от твердого 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.

На основании приведенного выше анализа работы водоотливных установок целью работы является совершенствование шахтного водоотливного хозяйства путем выбора рациональных схем очистки воды в подземных условиях и реконструкции действующих водосборников.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать схему водоотлива, требующую:

  1. предварительный отстойник непрерывного действия ( в котором оседает твердое крупностью более 0,1 мм );
  2. смывающийся водосборник;
  3. приемный колодец с непрерывным удалением частиц менее 0,1 мм перед каждым запуском насосов в работу;
  4. систему и средства автоматического удаления твердого из бункера предварительного отстойника.

Водоотливные установки с незаиливающимися водосборниками.

Наиболее надежно водоотливные установки работают только в том случае, если с одновременным удалением твердых частиц из предварительного отстойника происходит непрерывное удаление шлама из водосборника.

Наиболее прогрессивный способ - это накапливать шлам в приемном колодце, но, чтобы он не попадал в насос. Шлам, поступивший в приемный колодец, перед каждым включением основного насоса в работу, должен удаляться специальным средством.

Для смыва шлама с почвы водосборника в приемный колодец необходимо обеспечить соответствующую критическую скорость, при которой не происходит выпадение взвешенных в воде нерастворимых примесей. Критическая скорость должна возрастать по мере увеличения крупности частиц, концентрации их в воде, глубины потока и по мере уменьшения угла наклона почвы водосборника. Шероховатость стен и дна водосборника также влияют на критическую скорость.

Критическую скорость воды в водосборнике можно обеспечить следующими способами:

Водосборники с обеспечением критической скорости засчет наклона дна.

Одним из примеров водоостливных установок со смывающимися водосборниками является установка НУО-1,исключающая необходимость очистки от твердого водосборников и приемных колодцев. НУО-1 рекомендуется применять для участковых и главных водоотливных установок, при притоках свыше 50 м3/ч, со сроком эксплуатации не менее трех лет, в водосборники которых поступает шахтная вода с высокой концентрацией твердого.

Установка НУО-1

Рисунок 1 Схема расположения подземных водоотливных сооружений установки НУО-1.

Водоотливная установка ( рис.1 ) состоит из насосной камеры, регулировочного и аварийного водосборников, предварительного отстойника и приемного колодца. Порядок работы установки следующий. Шахтная вода по водосточной канавке 4 поступает в предварительный отстойник 5. Где освобождается от твердых частиц крупностью более 0,1 мм. Осадившиеся в предварительном отстойнике твердые частицы удаляются из него при помощи специального шламового конвейера ( багерзумпфа ) 3 на конвейер или в вагонетки 7, 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 8 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.

Характерной особенностью регулировочного и аварийного водосборников в схеме НУО-1 является то, что они выполняются самосмывающимися и не заиливаются в процессе эксплуатации. Это достигается двумя особенностями их конструкции:

Такая конструкция водосборников стала возможной вследствие того, что глубина их заложения не связана с ограничивающей геометрической высотой всасывания насоса.

Опыт эксплуатации водоотливных установок, выполненных по схеме НУО-1, показал, что применение смывающихся водосборников позволяет поддерживать неизменной запроектированную аварийную емкость, повышает надежность водоотлива, уменьшает вероятность отказа насосов из-за зашламления приемных устройств, исключает трудоемкий процесс чистки водосборников, позволяет работать насосам с малой положительной геометрической высотой всасывания и сохраняет возможность регулирования 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.

Расчет и выбор смывающихся водосборников предваряется выбором технологической схемы водоотливного комплекса. С этой целью производится оценка целесообразности откачивания принятыми насосами неосветленной воды. Для такой оценки вычисляется значение приведенного притока:

R - стоимость капитального ремонта насоса, грн;
Тт - технический ресурс насоса, ч;
Св - стоимость очистки водосборника от шлама, грн;
Ст - стоимость транспортировки одной тонны шлама на поверхность, грн;
q - концентрация твердых частиц в шахтной воде, кг/м3;
к - коэффициент относительной подачи насоса.

Если полученное расчетным путем значение приведенного притока не превышает среднечасового нормального притока по исходным данным, то технологической схемой водоотливного комплекса следует предусматривать откачивание неосветленной воды, в противном случае необходимо принять технологическую схему со смывающимся водосборником, предусматривающую предварительное осветление.

Существенным препятствием для применения некоторых технологических схем со смывающимися водосборниками при незаглубленной насосной камере может быть ограниченная всасывающая способность насосов ( в отсутствие бустерных ). Поэтому в случае работы насосов без бустерных и в незаглубленных насосных камерах до выбора технологической схемы необходимо выполнить расчет допустимого перепада уровней воды в водосборниках ( приемном колодце ).

Средняя регулировочная вместимость в м3:

Qч - часовой приток воды по шахте, м3/ч;
Qмс - суммарная подача параллельно работающих насосов менее притока, м3/ч;
Qбс - суммарная подача параллельно работающих насосов более притока, м3/ч;
Nр - общее число насосов;
Nмс - количество параллельно работающих насосов когда суммарная подача менее притока;
Nбс - количество параллельно работающих насосов когда суммарная подача более притока;
tс - минимальное время стоянки насосного агрегата, обеспечивающее достаточное предпусковое охлаждение электродвигателя, ч.

Для электродвигателей мощностью более 800 кВт принимается время стоянки tс = 3 ч.

Водосборники со струйно - придонным течением воды.

Один из простых и эффективный способ практической реализации второго направления является установка поперечных перегородок в водосборнике ( рис. 2 ) с зазором в придонной части ( для обеспечения необходимой скорости потока ) и в верхней части водосборника ( для обеспечения проветривания водосборника ).

Принципиальной отличительной чертой такого решения является постоянное поддержание в процессе работы водосборника повышенного уровня скорости потока в придонной его части, что обеспечивает безостановочное гидравлическое транспортирование частиц твердого ( крупностью в основном не более 0,1 мм ) во взвешенном состоянии в области приемного колодца.

Схема водосборника с перемычками.

Рисунок 2 Схема водосборника с перемычками.

Расчеты показывают, что для того, чтобы транспортировать частицы размером менее 0,1 мм, скорость потока должна составлять 0,25…0,3 м/с. Величина перепада воды в водосборнике не должна превышать 1 м, если более 1 м, то применение перегородок в данном водосборнике неприемлемо.

Скорость движения потока в щели:

Если принять расстояние между перегородками L = 5...15 м, то при перепаде равном 1 м количество перегородок Z = 10...20 в зависимости от расхода.


Список литературы.

  1. Куренков И.И. Расчет шахтных осветляющих резервуаров и водосборников. -М.:Углетехиздат, -1951.
  2. Матлак Е.С., Малеев В.Б. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях. -К.:Техника, -1991.
  3. Кузьмич И.А., Панченко В.П. Оценка факторов, влияющих на выбор способов и средств очистки шахтных водосборников.// Уголь Украины. -1986. -№1. -с.32...33.
  4. Горшков В.А. Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промышленности. -М.:Недра, -1981.
  5. Малеев В.Б.,Малашкина В.А. Водоотлив и дегазация угольных шахт. -М.:Недра, -1995.
  6. Методика выбора технологической схемы и расчета смывающихся водосборников главной водоотливной установки. / ВНИИГМ им. М. М. Федорова. -Донецк. -1985. -38 с.


В НАЧАЛО СТРАНИЦЫ