Выбор оборудования для водоотлива и расчет водоотливной установки

Проходку вертикальных стволов шахт в устойчивых породах обычным способом рекомендуется осуществлять при притоках воды в забой не более 8 м³/ч. Если приток до 20 м³/ч, то обычный способ можно использовать при условии доведения притока воды в стволы шахт до нормальной величины вышеперечисленными методами.

Количество воды, выдаваемой бадьями (вагонетками) на поверхность, можно рассчитать по формуле.

где Кз — коэффициент заполнения бадьи (вагонетки), К₃ = 0,9; К_н — коэффициент неравномерности работы подъема, К" = 1,3… 1,5; р₍₎ — коэффициент заполнения водой пустот в загруженной породой бадье, р₀ ⁼ 0,45…0,50. Подставив в формулу значения К₃ = 0,9; р₀ ⁼ 0,5; /С"=1,3, получим 06 = 2100 У_б/Т_н.

При откачке воды в бадье, не загруженной породой, р₀ = 1; 7ц — продолжительность цикла подъема, с.

где Q — приток воды в забой ствола, м/ч.

Граничными условиями применения приведенных формул является неравенство 0_И > Р_э р₀, где Р_э — эксплуатационная производительность погрузочной машины по разрыхленной породе, м³/ч; Q_u — подача забойного насоса, м³/ч. Производительность водоотлива бадьями изменяется от 5 до 30 м³/ч.

Оновными техническими параметрами, характеризующими работу насоса, являются: подача Q; напор 7/; напор при нулевой подаче Я₀ — напор насоса при закрытой задвижке; вакуумметрическая высота всасывания Я_вак; допустимая вакуумметрическая высота Н_{в доп} — высота, при которой обеспечивается работа насоса без изменения его основных технических параметров; мощность на валу N и КПД насоса.

Требуемая часовая производительность насоса (подача) для откачки нормального часового притока О (м³/ч) определяется по формуле.

Приток воды в вертикальные выработки определяется по формулам:

• при безнапорном движении вод.

• при напорном

где К — коэффициент фильтрации, м³/ч; Н — высота столба воды от почвы водоносного слоя до уровня воды перед откачкой (первоначальный напор), м; S=(H-h) — достигнутое стационарное понижение уровня воды при откачке, м; h — высота столба воды от почвы водоносного слоя до уровня воды при откачке, м; R — радиус депрессионной воронки (влияния), м; г — радиус выработки, м; т — мощность напорного водоносного пласта, м.

Систему околоствольных выработок можно рассматривать как «большой колодец» и, исходя из этого, суммарный приток рассчитывать по формулам:

• при безнапорном движении подземных вод.

• при напорном

где S₀ — понижение в центре «большого колодца», м; R_a — радиус влияния «большого колодца», м; г₀ — радиус «большого колодца», к которому приведена площадь F, занятая околоствольными выработками, м:

Определение ожидаемого притока воды по приведенным формулам возможно, когда произведены гидрогеологические наблюдения и определены входящие в формулу величины.

Ориентировочно напор насоса Н_н = 1,1 //", где Н_н — глубина выработки по вертикали, м. По величинам Q и Н_н из каталога выбирают тип насоса.

Техническая характеристика некоторых типов насосов приведена в табл. 96.

Таблица 96.

Водоотлив из горизонтальных подземных выработок производится с помощью водоотливных канавок, сооружаемых вместе с проведением выработок под уклоном 0,003°…0,005° (рис. 122). Площадь сечения водоотливных канав зависит от притока воды, уклона выработки и шероховатости стенок.

Расход воды в канаве (м³/ч).

где F — площадь живого сечения потока, м²; К₃ = 0,75 — коэффициент заполнения канавки; v = 0,25…0,50 м/с — средняя скорость течения воды в канавке.

Допустимая скорость течения воды в незакрепленных канавах приведена в табл. 97, значения углов откоса стенок — в табл. 98, площадь сечения канавок — в табл. 99.

Таблица 97.

Таблица 98.

Примечание, а — горизонтальная проекция борта канавы; И — глубина канавы.

Рис. 122. Водоотводные канавки: а-в неразмываемых породах (без закрепления); б, в-в породах неустойчивых, подверженных размыванию (с закреплением деревом, бетоном)

Таблица 99.

Если горизонтальные выработки имеют выход на поверхность через ствол шахты (шурф), то вода по сети водоотливных канавок собирается в водосборнике главного (стационарного) водоотлива, который расположен рядом с насосной камерой.

Поступающая в ствол или шурф вода распределяется по площади сечения неравномерно: около 65…80% воды распределяется на расстоянии 30 см от стенок и лишь 5% - в центральной ее части.

Наличие воды в забое выработки затрудняет выполнение всех работ по ее прохождению, снижает скорость горнопроходческих работ и приводит к их удорожанию.

Водопритоки в забой могут быть уменьшены путем применения водоулавливания. Суть его в том, что на определенных участках выработки устанавливаются водосборные желоба (водоулавливающие кольца). Из желоба вода перепускается в нижерасположенную вспомогательную перекачную станцию по трубопроводу. В перекачной станции устанавливаются баки для сбора воды.

Подземные водоотливные выработки состоят из водосборников и насосных камер. Водосборники выполняют роль резервуаров для сбора шахтной воды и отстойников.

Рис. 123. Схема расположения насосной станции:

• 1 — ствол; 2 — насосная станция; 3 — водосборный колодец;
• 4 — ходки к водосборнику >;
• 5 — обходная выработка;
• 6 — ходок к насосной станции; 7 — откаточная выработка

Водосборник, в свою очередь, состоит из двух выработок, соединенных между собой водосливным ходком, устраиваемым у кровли водосборника, или одной выработки, перегороженной на 2/3 высоты водосборника на две части. Вода, поступающая в первую часть водосборника, отстаивается и переливается самотеком во вторую часть уже более чистая, без крупных частиц породы. Во второй части водосборника вода еще раз отстаивается от мелких, глинистых частиц. Осветленная вода поступает по коллектору в приемные колодцы главного водоотлива и насосами перекачивается на поверхность.

На рис. 123 показан вариант схемы расположения насосной станции. В насосной камере устанавливают (в зависимости от величины притока воды) два или три насоса. Емкость водосборника главного водоотлива должна обеспечивать прием восьмичасового нормального притока воды.

Каждая насосная станция главного водоотлива должна иметь два или три насосных агрегата со следующей арматурой и контрольноизмерительными приборами: приемный клапан с сеткой на всасывающем трубопроводе, задвижку и обратный клапан на нагнетательном трубопроводе, манометр в начале нагнетательного трубопровода, вакуумметр на всасывающем трубопроводе, воронку с вентилем для заливки насоса при отсутствии воды в нагнетательном трубопроводе. Главную насосную станцию оборудуют двумя ставами нагнетательного трубопровода, каждый из которых должен обеспечивать выдачу воды нормального суточного притока за 20 ч.