Расчет главной водоотливной установки шахты, выбор оборудования

1. Общая часть

1.1 Общие сведения о Шахте Воргашорская

1.2 Геологическое строение шахтного поля

1.3 Вскрытие и подготовка шахтного поля

1.4 Система разработки угольного пласта

1.5 Технология и механизация проведения горных выработок

1.6 Стационарные установки

1.7 Шахтный транспорт

1.8 Электроснабжение шахты

2 Специальная часть

2.1 Общие сведения о главной водоотливной установке

2.2 Обоснование необходимости применения водоотливной установки на шахте

2.3 Выбор основных величин для расчета водоотливной установки

2.4 Расчет главной водоотливной установки и выбор оборудования

2.4.1 Выбор типа насоса

2.4.2 Составить схему трубопровода и рассчитать его

2.4.3 Графическое определения режима работы насоса

2.4.4 Расчет необходимой мощности, выбор электродвигателя и определения расхода электроэнергии

2.4.5 Выбор необходимого оборудования и аппаратуры управления и контроля

2.4.6 Размеры насосной камеры, способы чистки водосборника

3 Охрана труда

3.1 Меры зашиты людей от поражения электрическим током

3.2 Мероприятия по борьбе с пылью

3.3 Контроль состава рудничной атмосферы, мероприятия по борьбе с газом метаном

3.4 Планово — предупредительный ремонт

3.5 План ликвидации аварий

4 Экономическая часть

4.1 Расчет капитальных и эксплуатационных затрат по технологическому процессу на 1 т. добычи Список используемой литературы

1. Общая часть

1.1 Общие сведения об ЗАО «Шахта Воргашорская 2»

Шахта «Воргашорская» была сдана в эксплуатацию 23 декабря 1975 года с проектной мощностью 4.500 тыс. тонн угля в год.

В дальнейшем при развитии горных работ ее производственная мощность была доведена до 5.200 тыс. тонн угля в год, а фактическая добыча достигала в период 1987;90 гг. 6.300 тыс. тонн в год при 350 — дневном режиме работы.

В настоящее время шахта испытывает значительные трудности, но до недавнего времени она являлась одной из крупнейших в мире, с наибольшим уровнем производительности труда и среднесуточной нагрузкой на очистной забой.

Снижение этих показателей за последние годы произошло по объективным для всех предприятий страны причинам и этот процесс будет продолжаться, если не предпринять мер по оказанию государственной поддержки шахте по техническому перевооружению в части замены изношенного и морально устаревшего очистного и проходческого оборудования и его модернизации, реконструкции отдельных звеньев технологической схемы производства.

Имеющаяся технологическая структура шахты, развитый фронт горных работ, трудовые ресурсы, хозяйственная инфраструктура развития месторождения, достаточно выгодный географический ареал потребителей воргашорских углей при разумном объеме инвестиций в модернизацию и обновление горно-шахтного оборудования, частичную реконструкцию технологического комплекса поверхности и строительство II-го горизонта позволит «Шахта Воргашорская» остаться в ряду экономически эффективных предприятий с хорошими перспективами дальнейшей деятельности.

Шахта относится к высокоприоритетным предприятиям для выделения средств господдержки, а также для привлечения потенциальных инвесторов.

Уголь шахты используется для коксования и энергетических целей. Основными потребителями являются Череповецкий металлургический комбинат АО «Северсталь», Череповецкая ГРЭС, Рязанская ГРЭС, Владимирская ТЭЦ, Министерство энергетики, уголь поставляется в Архангельскую, Мурманскую, Вологодскую, Ленинградскую области. А также осуществляются поставки угля на экспорт.

1.2 Геологическое строение шахтного поля

Район Воргашорского месторождения сложен осадками девонского, каменноугольного, пермского и триасового возрастов, покрытых повсеместно распространенными четвертичными отложениями мощностью в среднем около 90 м.

Продуктивной толщей являются пермские отложения, которые содержат продуктивную рудницкую подсвиту, в состав которой на поле шахты «Воргашорская» распространен один рабочий пласт угля Мощный (n14+13+12+11).

Углевмещающие породы характеризуются непостоянством литологического состава. Представлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами средней крепости (коэффициент крепости по Протодьяконову от 4 аргиллиты до 9 песчаники) и обрушаемости. Четвертичные отложения сложены суглинками с галькой до 10−30%, супесями, песками, валунно-гравийно-галечными осадками.

Непосредственная кровля представлена породами, относящимися к категории от весьма неустойчивых до устойчивых.

Участки с «ложной» кровлей мощностью 0,2−0,5 м и неустойчивой непосредственной кровлей (с учетом зон у геологических нарушений) составляют около 20% площади II-го горизонта.

Аргиллиты почвы некрепкие, довольно сильно трещиноватые, склонны к пучению.

Тектоника.

Шахтное поле признано сложным и отнесено ко II-ой группе, а южная часть поля к III-й группе сложности главным образом по обилию разрывных нарушений, в основном широтного простирания с амплитудами до 15−40 м.

В структурном отношении поле шахты «Воргашорская» приурочено к восточной части Воргашорской брахисинклинали, имеющей сложную конфигурацию, что определяется развитием на севере месторождения горстообразного поднятия Чернова, на юге проявлением серии крупных разрывных нарушений, в частности Воргашорского взброса и тем, что шахтное поле между блоками №-1,2 на западе и блоком №-3 на востоке осложнено пологим антиклинальным перегибом меридионального простирания. Этот перегиб отделяет структуру собственно Воргашорской брахисиклинали на западе от Восточно-Воргашорской синклинали. На антиклинальном перегибе угленосные породы залегают почти горизонтально с легкой волнистостью.

Общая структура шахтного поля осложнена многочисленными разрывными нарушениями, существенно влияющими на ведение горных работ. Особое значение для поля шахты имеет разрывная тектоника, которая определяется в первую очередь крупнои среднеамплитудными нарушениями.

К числу крупных дизъюнктивов относится Воргашорский взброс, проходящий на юге шахтного поля. Все среднеамплитудные нарушения относятся к типу сбросов, в основном имеют широтную ориентировку.

Малоамплитудные нарушения имеют наиболее широкое развитие, причем распространены они как на верхних горизонтах, так и на нижних отметках. Именно малоамплитудная нарушенность создает основные сложности при ведении горных работ.

В пласте угля Мощном и во вмещающих его породах наблюдаются три группы естественных трещин, которые разделяются на нормально-секущие (эндогенные), кососекущие и послойные (экзогенные).

В породах кровли выделяются две взаимно перпендикулярные системы трещин с простиранием. В аргиллитах частота трещин наибольшая — до 20−22 шт. на 1 п.м., алевролитах — до 10 шт. на 1 п.м. и песчаниках — до 3−5 шт. на 1 .м. Трещины закрытые, большей частью прямолинейные.

Породы почвы пласта также трещиноваты. Трещины по своему характеру аналогичны с трещинами кровли.

Характеристики угольного пласта.

На поле шахты «Воргашорская» промышленное значение имеет только один пласт Мощный, запасы которого в настоящее время отрабатываются шахтой.

Пласт является выдержанным на всей оцениваемой площади. Его мощность колеблется в основном от 2,6 м до 3,2 м, при минимальной 1,34 м и максимальной 5,47 м. Уменьшение мощности происходит в северном и западном направлениях от центра шахтного поля. Средняя мощность пласта на II-ом горизонте — 2,9 м. В пределах поля шахты падение пласта изменяется от 10 до 130.

Залегание пласта характеризуется сложной гипсометрией, которая местами имеет веерообразный характер.

Строение пласта в основном простое и в то же время на незначительной части (14%) оцениваемой площади его строение сложное. Сложное строение пласта из-за расслоения его тонкими (до 0,05 м) породными прослоями на 5−7 угольных пачек зафиксировано горными работами. Такие прослои представлены углисто-глинистым материалом, часто ожелезненным, реже аргиллитом, алевролитами, глинисто-железистыми конкрециями удлиненно-овальной формы. Прослои представлены тонкими вытянутыми линзами и фиксируются в пределах пласта на разных расстояниях от его кровли.

Горно-геологические условия.

На II-ом горизонте шахта относится:

к III категории по метану;

к опасной по взрыву угольной пыли;

к угрожаемым по горным ударам;

к силикозоопасным (вмещающие породы).

Пласт Мощный не относится к опасным по внезапным выбросам угля и газа и не склонен к самовозгоранию.

Относительная метанообильность шахты составляет:

отметка -140 м — 12,8 м3/т отметка -350 м — 20,0 м3/т.

Гидрогеологические условия.

В гидрогеологическом строении шахтного поля принимают участие два водоносных комплекса, приуроченных к четвертичным и пермским отложениям. Водоносный комплекс четвертичных отложений имеет повсеместное распространение и по отношению к толще многолетней мерзлоты выделяются над-, межи подмерзлотные водоносные горизонты.

Нади межмерзлотные воды приурочены к талым песчано-гравийным отложениям, пескам и супесям. Запасы подземных вод в них ограничены, коэффициенты водопроводимости низкие.

Подмерзлотные воды приурочены к песчано-гравийно-галечным отложениям, залегающим в почве четвертичных отложений на контакте с пермскими коренными породами.

К настоящему времени подмерзлотный водоносный горизонт, первоначально обладавший значительным напором, существенно сдренирован при осушении бремсбергового и уклонного поля I-го горизонта шахты.

Водоносный комплекс пермских отложений в пределах шахтного поля развит повсеместно. Водовмещающими породами являются слои песчаников рудницкой подсвиты (горизонты Mf, Ma — Mh суммарной мощностью 40 м) и интинской свиты (средняя мощность слоев 30 м).

Водообильность и водоотдача песчаников в зависимости от их трещиноватости неоднородна по площади и существенно уменьшается с глубиной их залегания. Наибольшая обводненность характерна для песчаников, залегающих в верхней части коренных пород до глубины 200−250 м.

Качество продукции.

Уголь ЗАО «Шахта Воргашорская 2» является малозольным, малосернистым и малофосфористым.

По показателям в соответствии с ГОСТом 25 543−88 угли относятся к марке ГЖО, группе 2ГЖО (газово-жирные отощенные).

При индивидуальном коксовании воргашорские угли дают малопрочный кокс. Использование их для коксования возможно лишь в шахте с углями марок Ж и К в количестве до 15−20%.

Контроль качества ведет отдел технического контроля (ОТК), основными задачами которого являются:

Предотвращение добычи и поставки угля, не соответствующих требованиям стандартов, технических условий или временным нормам.

Повышение ответственности структурных подразделений шахты за качество добываемого и отгружаемого угля.

1.3 Вскрытие и подготовка шахтного поля

Общая схема вскрытия шахтного поля, количество и отметки горизонтов.

Способ вскрытия — это качественная характеристика шахты, отражающая особенности вида и взаимного расположения главных и вспомогательных выработок, проводимых в период строительства и эксплуатации горного предприятия для создания доступа с поверхности земли к шахтному полю или к его части.

Основные решения первоначального проекта по вскрытию шахтного поля сохраняются:

разработка шахтного поля двумя горизонтами с отработкой каждого их них бремсберговыми и уклонными полями;

вскрытие вертикальными стволами, а также горизонтальными квершлагами на I-ом горизонте и капитальными конвейерными уклонами до II-го горизонта.

Ориентировочно намечалось по два ствола (вентиляционных) на каждый рабочий горизонт.

Отметки I-го горизонта:

+20 м — бремсберговое поле на данный момент отработано,

+20 м — уклонное поле на данный момент отработано.

Отметки II-го горизонта:

— 140 м — бремсберговое поле отрабатывается,

— 140 м — уклонное поле подготовлено к отработке.

Отметки III-го горизонта:

— 350 м — бремсберговое поле — ведутся работы по вскрытию и подготовке,

— 350м — уклонное поле ввиду отсутствия финансирования к отработке не планируется.

Принятая отметка II-го откаточного горизонта позволяет максимально использовать возможности комплексов нового технического уровня, обеспечивая срок отработки выемочного столба порядка двух лет и более.

Общий срок службы шахты не менее 50 лет.

ВСКРЫТИЕ I-го ГОРИЗОНТА.

По условиям вентиляции и развития горных работ площадь I-го горизонта делится на три одновременно отрабатываемых эксплуатационных блока, соответствующих по существу крыльям шахтного поля. Наличие блока № 3 связано с особенностями геологического строения шахтного поля на площади I-го горизонта. На площади II-го горизонта этот блок отсутствует.

Для отработки юго-западного крыла блока № 2 I-го горизонта в соответствии с утвержденным проектом уклонного поля I-го горизонта была определена необходимость проходки воздухоподающего вентствола № 1 до горизонта -140 м.

В пределах I горизонта пласт «Мощный» вскрыт:

тремя центрально-расположенными вертикальными стволами:

главным скиповым для выдачи угля, пройденным до горизонта +20м, и двумя вспомогательными: клетевым для грузов и людей и скиповым для породы, пройденным до горизонта -140 м;

отнесенным по падению вспомогательным клетевым стволом (для подачи воздуха и вспомогательных грузов), пройденным до горизонта -140м;

4-мя вентиляционными шурфами (№-1,2,3,4), из них №-2 в настоящее время не действует, №-4 достраивается;

на горизонтах +20м и -140м пласт «Мощный» вскрыт горизонтальными квершлагами, капитальными конвейерными уклонами, пройденными по пласту «Мощному» от скипового ствола до горизонта -350м;

на северном крыле шахты проходится вентствол №-2 до горизонта -350м, который кроме подачи свежего воздуха предназначается для спуска-подъма людей, вспомогательных грузов и породы.

Запасы I-го выемочного горизонта +20м отработаны. С 1994 года начата отработка запасов II горизонта по временной схеме.

ВСКРЫТИЕ II-го ГОРИЗОНТА.

Вскрытие II-го горизонта предусматривалось вентиляционными стволами № 1 (ВКС-2) и № 2 (ведется проходка), главным откаточным квершлагом и капитальными конвейерными уклонами.

Вентствол № 2 располагается примерно в 1 км севернее капитальных уклонов и служит для подачи в шахту свежего воздуха, а также для спуска-подъема людей, вспомогательных грузов, в том числе тяжелых, и выдачи породы.

Два капитальных конвейерных уклона проходятся по пласту до горизонта -140 м примерно в центре шахтного поля и являются продолжением существующих капитальных уклонов для выдачи угля.

Существующие и вновь проходимые стволы и шурфы I-го горизонта используются при отработке запасов II-го горизонта по следующей схеме:

технологические скиповые и клетевые стволы по своему назначению;

вентиляционные шурфы № 1, 3, 4 в разные периоды работы II-го горизонта будут использоваться для вывода исходящей струи воздуха.

ВСКРЫТИЕ III-го ГОРИЗОНТА.

Вскрытие III-го горизонта предусматривается вентиляционным стволом №-2 (ведется проходка) и капитальными конвейерными уклонами, которые в настоящий момент пройдены до горизонта -350 м.

Существующие и вновь проходимые стволы и шурфы I-го горизонта используются при отработке запасов III-го горизонта по следующей схеме:

технологические скиповые и клетевые стволы по своему назначению;

вентиляционные шурфы № 3, 4 — для вывода исходящей струи воздуха.

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШАХТНОГО ПОЛЯ.

Способ подготовки является качественной характеристикой шахты, от которой зависят планировка работ и ТЭП ее работы. Исходя из горно-геологических условий шахты «Воргашорская»:

угол падения пласта 0 — 6 градусов;

газоносность пласта — III категория (12,8 м3/т);

водообильность умеренная;

средняя мощность пласта — 2,9 м, принят погоризонтный способ подготовки шахтного поля с отработкой пласта столбами по падению (при высокой газоносности пласта необходимо, чтобы схема проветривания выработок была прямоточной, то есть исходящая струя воздуха, обогащенная метаном, двигалась вверх). Отдельные участки отрабатываются длинными столбами по простиранию. Длина выемочного столба 1500 — 2800 м.

Достоинства погоризонтного способа подготовки:

1. Минимальные затраты на вскрытие месторождения.

2. Возможность периодического обновления горного хозяйства шахт.

3. Однотипность применяемого транспорта.

4. Надежная и эффективная схема проветривания шахты и выемочных полей.

5. Снижение капитальных затрат на подготовку новых горизонтов.

Упрощенная схема подземного транспорта.

Расширенный объем применения механизированных комплексов.

Недостатки связаны с дополнительными трудностями, обусловленными проведением, особенно на шахтах, сверхкатегорных по газу метану, и эксплуатацией длинных наклонных выработок.

При погоризонтной подготовке выемочные столбы бремсберговой части отрабатываются последовательно от центра шахтного поля к его границам. Отработка выемочных столбов в уклонной части производится в той же последовательности, что и в бремсберговой, поскольку, воздухоподающий вентиляционный ствол и вентиляционно-дренажный штрек сооружаются у нижней границы в средней части шахтного поля.

На шахте «Воргашорская» подготовка шахтного поля ведется магистральными штреками.

На отметках I горизонта +20 м и -140 м пройдены откаточные, конвейерные и вентиляционные штреки.

Для подготовки II горизонта предусматриваются:

на горизонте -350 м штреки откаточный, конвейерный, а также вентиляционный для свежего воздуха;

на горизонтах -140 м и +20 м дополнительно к существующим магистральным штрекам предусматривается проходка на отдельных участках, по мере необходимости, вентиляционного штрека для исходящей струи воздуха из очистных работ II горизонта;

для связи между горизонтами, учитывая опыт работы шахты, предусматриваются участковые бремсберги, проходимые через каждые 1,5 — 2,0 км.

В соответствии с заключениями ВНИМИ в части удароопасности горных выработок подготовка II горизонта предусматривается по пластовой схеме вскрытия с проведением капитальных уклонов и магистральных штреков по пласту Мощному.

Охрана основных магистральных и участковых выработок предусматривается временными целиками угля, рассчитанными по действующей инструкции «По безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к горным ударам». Размеры целиков с каждой стороны выработок приняты не менее ширины зоны опорного давления. Минимальный размер целиков между выработками — 35 м.

1.4 Система разработки угольного пласта

Система разработки угольных пластов — совокупность подготовительных и очистных выработок, проводимых в определенном порядке во времени и пространстве, и комплекс работ по извлечению полезного ископаемого из недр.

Требования к системе разработки:

1. Безопасность ведения горных работ.

2. Экономичность разработки.

Минимальные потери полезного ископаемого.

Охрана окружающей среды.

В настоящем ТЭО для отработки запасов II горизонта принимается как система разработки длинными столбами с выемкой их по падению и простиранию с прямоточной схемой проветривания выемочного участка и бесцеликовой технологией охраны выемочных выработок так и спаренная система разработки с проведением двух спаренных выработок и оставлением целика между ними.

В результате произведенного анализа система разработки по восстанию не рекомендуется по следующим основным факторам:

разработка столбов по восстанию на пластах мощностью более 2,0 м опасна в связи с возможностью травматизма из-за отслоения угля от груди забоя вследствие его отжима;

выемка столбов по восстанию по сравнению с выемкой их по падению характеризуется более сложными условиями работы выемочных машин и механизированных крепей по горнотехническому фактору (за счет уменьшения скорости подвигания крепи и уменьшения ширины захвата комбайна сокращается нагрузка на очистной забой, общее количество лав увеличивается).

Разработка столбов по простиранию является наиболее трудоемкой со значительно большим объемом подготовки, с более тяжелым и сложным участковым транспортом по панельным уклонам и штрекам, с худшими технико-экономическими показателями в связи со снижением нагрузки на лавы из-за необходимости пересечения лавами тектонических нарушений, расположенных преимущественно по падению пласта. Поэтому система разработки по простиранию возможна лишь на отдельных участках.

1.5 Технология и механизация проведения горных выработок

Добыча угля на ЗАО «Шахта Воргашорская 2» за I квартал 2004 год составила 1.784.000 тонн, из них из подготовительных забоев — 180.600 тонн.

На данный момент действующим является II-ой горизонт (-140 м), на котором работают три проходческих участка.

Проведение выработок осуществляется проходческими комбайнами 4ПП-2 и ГПКС по пласту Мощному. Отбитая горная масса перегружателем грузится на скребковые конвейера 2СР-70 и ленточные конвейера 1ЛТП-80. Их может быть от 2 (ленточных) до 5−7 (скребковых) в зависимости от протяженности выработки. Далее горная масса поступает на магистральные ленточные конвейера: 2ЛТ100, «Гварек». Проведенные выработки крепятся следующими видами крепи: КСТ, КМТ, КМП-А3, МТПШ, сталеполимерная анкерная крепь.

Выемочные выработки проходятся спаренными забоями, с полным погашением за проходом лавы.

Для проведения выработок по крепким породам (при пересечении нарушений) рекомендуется буровзрывной способ с применением погрузочных машин МПК-3 и двухманипуляторных бурильных установок типа УБШ.

Выход угля от проходки подготовительных выработок составляет около 7% от добычи.

Уровень механизированной проходки 100%, в том числе уровень комбайновой проходки 98%.

1.6 Стационарные установки

Подъёмные установки.

Главный скиповой ствол оборудован двумя 2-х скиповыми подъемными установками. Подъемная установка № 1 оборудована машиной типа 2Ц-52,7 и приводным электродвигателем постоянного тока типа П-23−11−1,8 мощность1800 квт.

Подъемная установка № 2 оборудована машиной типа 2Ц-52,8 и приводным электродвигателем постоянного тока типа П2−25/105−55У4 мощностью 2800 кВт. Оба подъема работают с горизонта +20 м.

Подъемы оснащены скипами типа 1СН20−1 геометрической емкостью 20 м³, допустимая загрузка до 25 т. Производительность двух подъемных установок по горной массе, при 18 часах работы в сутки составит свыше 20 тыс.т. Это обеспечивает годовую производительность шахты в 5,73 млн. т при 300 рабочих днях за год.

Вспомогательный клетьевой ствол № 1 оснащен двумя однотипными подъемными установками типа ЦР-43,2/0,6 по схеме клеть-противовес, клеть двухэтажная на 54 человека работает с горизонта +20м и -140м.

Подъемная установка вспомогательного клетьевого ствола № 2 двухклетьевая с машиной типа 2Ц-42,3. Клети одноэтажные грузоподъемностью 9 тонн работают с горизонта -140м предназначены для спуска-подъема людей, материала и оборудования.

Вент шурф № 1 оборудован одноклетьевой с противовесом аварийно-ремонтной подъемной установкой типа 132У и одноэтажной клетью на 23 человека.

Вент шурф № 3 оборудован двух клетьевой аварийно-ремонтной подъемной установкой с машиной типа 2Ц-31,5; клеть одноэтажная на 27 человек.

Вент шурф № 4 оборудован двух клетьевой аварийно-ремонтной подъемной установкой с машиной типа 2Ц-31,5; клеть одноэтажная на 27 человек.

Вентиляторные установки.

Для проветривания шахты согласно схемы вентиляции проектом предусмотрены четыре вентиляционные установки. В настоящее время в работе находятся только две, так как вентиляционный шурф № 2 закрыт, а № 4 еще не сдан в эксплуатацию.

Вентиляционный шурфы № 1 оборудован вентиляторам типа ВЦД-32м с приводным электродвигателям типа СДВ15−64−10 мощностью 1250 кВт.

Вентиляционный шурф № 3 оборудован вентилятором типа ВЦД-31 с приводным электродвигателем типа АКН 12−16−69 мощностью 1250 кВт.

Вентиляционный шурф № 4 оборудуется вентилятором типа ВЦД-45 «А» с электродвигателем типа АКС 17−76−12 мощностью 2×3200 кВт. Каждая вентиляционная установка состоит из 2-х вентиляторов: рабочего и резервного. Принятые вентиляционные установки обеспечивают максимальные расчетные нагрузки во все периоды работы шахты.

Вентиляторы имеют компоновочную схему с размещением рабочих колес на приводных валах между их подшипниковыми опорами. Рабочее колесо сварное, состоящее из коренного несущего и двух сварно-литых покрывных дисков, между которыми вварены лопатки. Рабочие лопатки пустотелые, с выпукло-плоским профилем, их жесткость обеспечивается за счет более массивных носовых и хвостовых частей лонжеронов, связанных в ферму. Имеется возможность для поворота лопаток.

Вакуум — насосная и компрессорная станции.

Существующая вакуум-насосная станция расположена на основной промплощадке и оборудована десятью вакуум-насосами типа ВН-50 (7 из которых — рабочие). Выдача метановоздушной смеси из шахты производится по имеющимся на шахте трем скважинам диаметром 300 мм каждая.

Компрессорная станция также расположена на промплрщадке шахты и оборудована четырьмя компрессорами типа 305ВП-30/8.

Водоотливные установки.

Главный водоотлив горизонта +20 состоит из семи насосов ЦНС-300/240 с высоковольтными электродвигателями серии ВАО, мощностью 315 кВт. В работе всегда находится только один насос.

Насосная установка на горизонте -350 оборудована тремя насосами типа ЦНС-300/240 (один в работе, один в ремонте и один резервный), с электродвигателями ВАО-560 L 4, на 6кВ Главная водоотливная установка горизонта -140 будет работать до конца отработки запасов II горизонта, а насосная установка хозяйственно-питьевого водоснабжения будет выдавать чистую воду на поверхность до тех пор, пока организованный водоприток будет не меньше 50 м3/ч.

1.7 Шахтный транспорт

На уклонном поле выемочного горизонта -140 м шахты действует два добычных участка, отрабатывающие лавы 223-ю и 613-с, в бремсберговом поле — 2 участка, отрабатывающие лавы 452-с, 452-ю.

Прямой грузопоток угля осуществляется по лавам скребковыми конвейерами СУОКП-70Б, «Анжера-26» и немецким конвейером DMKF3F74V, вхо-дящими соответственно в комплексы: 2ОКП-70Б, КМ144 и немецкий комплекс MV-7, затем угольная масса поступает на скребковые перегружатели СП-301 или подлавный конвейер «Анжера-26», далее на ленточные конвейера 2ЛТ100, «Гварек-1000».

Основным транспортом, доставляющим горную массу от очистных и проходческих забоев ЗАО «Шахта Воргашорская 2» к комплексу главного скипового ствола на горизонте +20, является конвейерный транспорт.

Горная масса из очистных и проходческих забоев по системе участковых ленточных конвейеров попадает на магистральные конвейерные штреки горизонта -140. Магистральные штреки горизонта -140 делятся на две половины: южную и северную. Это обусловлено большой протяженностью шахтного поля. Южный конвейерный штрек состоит из двух последовательно расположенных конвейеров 2ЛУ120 В с направлением движения от края поля к центру и длинами соответственно 2050 и 1600 м.

Северный конвейерный штрек состоит из трех последовательно расположенных конвейеров 2ЛУ120 В с направлением движения от края поля к центру и протяженностью соответственно 1570, 2000, 1150 м.

С магистральных конвейерных штреков горная масса передается через аккумулирующий бункер диаметром 8 м и объемом 1000 м³ двумя качающимися питателями КЛ16 на капитальные конвейерные уклоны № 1 и № 2. Оба уклона оборудованы двумя последовательно расположенными конвейерами 2ЛУ120 В, общая протяженность которых составляет около 2500 м, мощность приводов 3000 кВт. ККУ № 1 является грузо-людским и оборудован площадками для посадки и схода людей, ККУ № 2 является только грузовым.

Далее через систему разгрузочных комплексов ККУ № 1 и ККУ № 2 на горизонте +20 угольная масса попадает в загрузочные скиповые устройства главного скипового ствола, откуда выдается на поверхность.

Для доставки людей, оборудования и материалов на горизонте +20 служат выработки: квершлаг гор. +20, южный и северный откаточные штреки гор. +20; на горизонте -140: квершлаг гор. -140, южный и северный откаточные штреки гор. -140.

Спуск-подъем людей предусмотрен по клетьевому, шахтно-проходческому и вентиляционному №-2 стволам. Для доставки оборудования, материалов в очистные забои используются канатные напочвенные дороги 1ДНГ-1.

Для откатки породы и транспортировки людей, материалов и оборудования по откаточным выработкам горизонтов +20 и -140м осуществляется откатка аккумуляторными электровозами типа АМ8Д-900.

1.8 Электроснабжение шахты

Электроснабжение потребителей шахты осуществляется от подстанции «Воргашорская» 110/6 кВ, расположенной на промплощадке.

Электроснабжение осуществляется от районной ПС «Воркута» 220 кВ по двум одноцепным ВЛ-110 кВ на металлических опорах с проводом АС-150, протяжённостью 12 км.

На подстанции «Воргашорская» 110/6кВ установлены два трансформатора 110/6кВ типа ТРДМ-2500/10 с устройством РПВ, с расщеплёнными обмотками 6 кВ, мощностью по 25 000 кВА. Загрузка трансформаторов не превышает 50% в часы максимальной нагрузки, что соответствует параллельной работе двух трансформаторов.

Конструктивно подстанция «Воргашорская» 110/6 кВ состоит из закрытых РУ-110 и 6 кВ, размещённых в отдельных зданиях и открытой установки силовых трансформаторов 110/6 кВ. РУ-110 кВ выполнено по типовой схеме, два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линии.

РУ-6 кВ состоит из 4-х одиночных секции, секционированных попарно масляными выключателями. Две секции РУ-6кВ предназначены для обособленного питания подземных потребителей, а две другие — для питания потребителей поверхности.

Распределение электроэнергии между потребителями осуществляется по кабельным линиям 6 кВ к вентстволам и вентшурфам.

Для подключения дополнительных электрических нагрузок подземных и поверхностных потребителей проектом предусмотрена установка дополнительных камер КРУ-6 кВ в соответствующих РУ-6 кВ подстанции «Воргашарская» 10/6 кВ, а так же камер КСО-285 в РУ-6кВ при здании подъёмной машины вспомогательного клетевого ствола.

Для новых потребителей основной промплощадки предусматривается устройство КТП 6/0,4−0,23 кВ в станции очистки шахтных вод, в расширяемой части котельной в перегрузочном пункте.

Для компенсации реактивной мощности, в связи с увеличением нагрузки подземных потребителей на подстанции «Воргашарская» 110/6 кВ предусматривается дополнительная установка конденсаторных батарей.

Электроснабжение потребителей вентствола № 2 принято на напряжение 6 кВ от подстанции 100/6 кВ на площадке вентшурфа № 4.

Электроснабжение подземных потребителей принято с использованием существующей схемы электроснабжения — ЦПП горизонта +20м, ЦПП горизонта -140м, а также РПП 6 кВ блока № 2 горизонта -140.

2. Специальная часть

2.1 Общие сведения о главной водоотливной установке

Главный водоотлив горизонта +20 состоит из семи насосов ЦНС-300/240 с высоковольтными электродвигателями серии ВАО, мощностью 315 кВт. В работе всегда находится только один насос.

Насосная установка на горизонте -350 оборудована тремя насосами типа ЦНС-300/240 (один в работе, один в ремонте и один резервный), с электродвигателями ВАО-500 L 4, на 6кВ Главная водоотливная установка горизонта -140 будет работать до конца отработки запасов II горизонта, а насосная установка хозяйственно-питьевого водоснабжения будет выдавать чистую воду на поверхность до тех пор, пока организованный водоприток будет не меньше 50 м³/ч.

2.2 Обоснование необходимости применения водоотливной установки на шахте

Шахтные водоотливные установки служат для откачки воды из горных выработок. По назначению они разделяются на главные и вспомогательные (участковые) установки. Главные водоотливные установки предназначены для выдачи воды из шахты на поверхность, а вспомогательные подают воду из отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива.

2.3 Выбор основных величин для расчета водоотливной установки

Для расчета водоотливной установки необходимы следующие исходные данные:

величина нормального Q_норм и максимального притока Q_{пр maх} воды;

геометрический напор насосной установки, т. е. полная высота водоподъема по вертикали Н_г.

Q_норм = 220 м³/ч — нормальный приток воды;

Q_макс = 300 м³/ч — максимальный приток воды;

Н_г = 210 м.- с гор.-350м. на гор.-140м;

2.4 Расчёт водоотливной установки

2.4.1 Выбор насоса

Согласно правил безопасности в угольных шахтах подача каждого агрегата или группы рабочих агрегатов, не считая резервных, должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды не более чем за 20ч. Количество насосов в рабочей камере рассчитывается как 2n + 1, где n — число рабочих насосов.

Требуемая расчетная производительность насоса согласно ПБ:

Q_p =

Q_p = = 360 м³/час

Ориентировочный напор насоса: Н_ОР=1,1 Н_Г

где Н_Г — геометрический напор, определяемый по формуле:

Н_Г = Н_Ш + h_BC + h_ПР = 210+3+1=214м

где Н_Ш =210 м — высота до горизонта — 140 м;

h_BC =3 м — высота всасывания;

h_ПР = 1 м — превышение расположения труб над уровнем устья ствола шахты

Н_ОР = 1,1*214 = 235,4 м м

В соответствии с полученным условием предусматривается установка трех насосов ЦНС, из них один насос в работе, один — резервные и один в ремонте.

В оптимальном режиме подача насоса Q_ОПТ = 300 м³/час при напоре на колесо Н_К = 60 м. Напор колеса при нулевой подаче Н_КО = 66,9 м, частота вращения n=1500 об/мин.

Необходимое число последовательно соединенных рабочих колес насоса:

Z_K.P. =

Z_K.P= = 3,91

принимается Z_K.P.= 4

Оптимальный напор насоса:

Н_опт = Z_K.P.Н_K

Н_опт= 460 = 240 м

Окончательно принимается насос типа ЦНС 300−240 .

Напор насоса при нулевой подаче (закрытая задвижка)

Н_о = Z_KH_КО

Н_о = 466,9 = 267,6 м

Проверка насоса по условию устойчивой работы

;

= 214? 254,22

2.4.2 Составить схему трубопровода и рассчитать его

Для получения правильного результата необходимо гидравлическую схему разбить на три участка, отличающихся или могущих отличаться по диаметру трубопровода:

1. всасывающий трубопровод;

2. трубопровод в насосной камере;

3. напорный трубопровод.

Расчетная схема трубопровода представлена на рисунке:

Диаметр подводящего трубопровода выбирают из расчета, чтобы скорость в нем не превышала 0,9−1,0м/с.

В коллекторе и напорном ставе скорость движения потока ограничена величиной 2,0−2,5м/с. Схема коллектора должна позволять включать насосные агрегаты в любой последовательности.

Расчётная схема трубопровода

Первый участок. Всасывающий трубопровод.

где:

— скорость движения во всасывающем трубопроводе;

Q = 300 м³/ч — нормальная подача насоса.

По ГОСТ 8732– — 78 такой диаметр находится в пределах 245 — 273 мм. Выбираем ближайший по значению стандартный диаметр трубопровода: Наружный диаметр D_вс.опт = 273 мм.

Фактическая скорость жидкости во всасывающем трубопроводе:

Второй участок: Трубопровод в насосной камере.

где:

— скорость движения в нагнетательном трубопроводе;

Q = 300 м³/ч — нормальная подача насоса.

По ГОСТ 8732– — 78 такой диаметр находится в пределах 203 — 219 мм. Выбираем ближайший по значению стандартный диаметр трубопровода: Наружный диаметр D_н.опт = 219 мм.

Фактическая скорость жидкости в нагнетательном трубопроводе:

Напорный трубопровод:

где:

— скорость движения в нагнетательном трубопроводе;

Q =600 м³/ч — нормальная подача двух одновременно работающих насосов.

По ГОСТ 8732– — 78 такой диаметр находится в пределах 299 — 325 мм. Выбираем ближайший по значению стандартный диаметр трубопровода: Наружный диаметр D_{колл. опт} = 325 мм .

Фактическая скорость жидкости в напорном трубопроводе:

Характеристика трубопровода, берётся с учётом местных сопротивлений:

Элементы и их гидравлические сопротивления по, всасывающего трубопровода приведены в таблице.

Сумма гидравлических сопротивлений .

Гидравлическое сопротивление прямого трубопровода определяется при мм и м. Сопротивление всасывающего трубопровода:

где:

А_дл = 0,125 ч²/м⁶ — удельное сопротивление по длине при мм.

А_м=0,1147 ч²/м⁵ — удельное местное сопротивление трубопроводной арматуры.

Элементы и их гидравлические сопротивления, трубопровода в насосной камере приведены в таблице.

Сумма гидравлических сопротивлений:

.

Гидравлическое сопротивление прямого трубопровода определяется при и .

Сопротивление нагнетательного трубопровода с учетом прибавки 10% на местные сопротивления:

где:

А_дл = 0,363 ч²/м⁶ — удельное сопротивление по длине при мм.

А_м =2,487 ч²/м⁵ — удельное местное сопротивление трубопроводной арматуры.

Элементы и их гидравлические сопротивления напорного трубопровода приведены в таблице.

Сумма гидравлических сопротивлений:

Гидравлическое сопротивление прямого трубопровода определяется при и .

Сопротивление коллектора и става с учетом прибавки 10% на местные сопротивления:

где:

А_дл=0,51 730 ч²/м⁶ — удельное сопротивление по длине при мм.

А_м =0,57 145 ч²/м⁵ — удельное местное сопротивление трубопроводной арматуры.

Суммарное сопротивление трубопровода:

Rc = (3,55 + 54,47 + 20,4) · 10^-6 = 0,7 842 ч²/м⁵

2.4.3 Графическое определение режима работы насоса

Характеристика трубопровода.

Н_{м =}Н_г+RQ² ,

Н_г =214+0,78ЧQ²

Задаваясь различными значениями Q, получаем параметры для построения характеристики шахтного трубопровода, приведенные в таблице

Характеристики шахтного трубопровода

На характеристику насоса ЦНС300−600 наносим характеристику трубопровода.

Точка пересечения характеристик насосов и трубопровода определяет рабочий режим насоса Q_р=330м/ч, Н_м=220м, з=0,69, Н_вс=5,0 м

2.4.4 Расчет необходимой мощности, выбор эл. двигателя и определение расхода электроэнергии

Расчетная мощность двигателя:

Принимаем электродвигатель BAO-500−4

(N = 400 кВт, n = 1500 об/мин,).

Коэффициент запаса мощности двигателя:

Число часов работы насосов в сутки при откачивании нормального притока:

То же при максимальном притоке:

Годовой расход электроэнергии:

Где: и — КПД двигателя и электрической сети;

n_gн и n_gм — число дней соответственно с нормальным и максимальным притоком (зa год).

кВт/ч

Установленная мощность двигателя:

Годовой приток воды: м³

Удельный расход электроэнергии (на 1 м³ откачиваемой воды):

W_уд =

W_уд = = 0.64 кВт. ч/м³

Полезный расход электроэнергии (на 1 м³ откачиваемой воды):

кВт.ч/м³

КПД водоотливной установки

2.4.5 Выбор необходимого оборудования и аппаратуры управления и контроля

Для автоматизации водоотлива применим аппаратуру ВАВ. Аппаратура управления контроля и защиты служит для поддержания параметров работы водоотливных установок в заданных условиях и предохранения установок от аварийных режимов. В установке ВАВ применяется типовая аппаратура: реле уровня, реле давления, реле подачи и температурное реле.

Электродное реле уровня ЭД — одноцепное подвесное устройство на гибком кабеле (рис. слева). В корпус 1 встроена свинцовая обкладка 5, прикрепленная к контактной шайбе 2. Между втулкой З и кабельным вводом образуется кабельная полость 4, которая заливается кабельной массой. Электродные датчики характеризуются большим диапазоном регулирования уровня воды в приемном колодце водоотливной установки. Они не имеют подвижных частей, что повышает надежность их работы.

С помощью реле давления происходит контроль давления в насосе и нагнетательном трубопроводе, а также проверка правильности последовательности пуска насосного агрегата и подача импульса на управление автоматизированной задвижкой. Чувствительными элементами реле давления являются уплотненный и неуплотненный поршни, плоская мембрана и сильфон, которые имеют нестабильную жесткость и требуют тщательной наладки и проверки в работе.

Реле давления РДВ, предназначенные для контроля заливки насоса, устанавливают на всасывающем патрубке (рис. справа). Чувствительный элемент реле — резиновая мембрана 7 — передает давление столба воды малому 9 и большому 8 поршням. Для уменьшения площади мембраны большой поршень может быть зафиксирован регулировочными винтами 6. Давление столба жидкости передается штоку 4, который воздействует на микропереключатель 2. Натяжение пружины 5 регулируется штоком 4, который в верхней части имеет шестигранник З, регулирующий зазор между штоком и переключателем.

Для регулировки реле служит гайка 10, а для герметизации — гетинаксовая шайба 1. Реле имеет высокую чувствительность, быстро реагирует на изменение разряжения, имеет длительный межремонтный срок.

Реле производительности РПН (рис. слева) контролирует скорость потока жидкости во всасывающем трубопроводе. Чувствительный элемент — флажок 7 под действием струи жидкости поворачивается на угол, при котором замыкаются контакты 3. При отсутствии струи жидкости пружина 5 возвращает флажок в исходное положение. Натяжение пружины регулируется винтом 6. Реле имеет высокую чувствительность и при уменьшении подачи насоса на 5—8% отключает насосный агрегат.

Термодатчик ТДЛ-2 (рис. справа) контролирует температуру подшипников. При нагреве подшипника насосного агрегата расплавляется сплав Вуда, и пружина размыкает контакт. По истечении 10 мин сплав остывает, после чего поворотом ручки датчик устанавливают в исходное положение.

Для измерения напора насоса применяют манометры с верхним пределом измерения на градацию выше номинального. Манометры устанавливают на нагнетательном патрубке каждого насоса. При откачке кислотных шахтных вод манометры присоединяют через разделительный сосуд, заполненный машинным маслом. Проверочные измерения проводят контрольным двухстрелочным манометром и самопишущим манометром класса 0,5.

Приборы для измерения напора тарируют на грузопоршневом манометре МП-6О класса точности 0,5.

Всасывающая способность насосов контролируется мановакуумметром с верхним пределом шкалы, соответствующим максимальному давлению заливочного насоса. Установка приборов и их эксплуатация осуществляются согласно инструкциям заводов-изготовителей.

Для измерения производительности применяют прибор «Акустрон» или дифманометры, которые устанавливают на каждом ставе. Верхний предел шкалы прибора определяется суммарной подачей двух насосов с учетом их параллельной работы.

Применение аппаратуры позволяет автоматизировать работу до девяти насосных агрегатов с высоковольтными и низковольтными короткозамкнутыми электродвигателями.

В одной взрывобезопасной оболочке размещаются три панели управления насосами. Аппаратура поставляется с дополнительными блоками управления.

Схема автоматизации одного насосного агрегата при наличии управляемых задвижек, заливке основных насосов вспомогательными и контроле заливки по давлению. При включении схемы снимают перемычки 11—23, 44—57, 45—59, 73—74. Переключатель установлен в позиции «В», при этом реле защиты 1Р3 и его повторитель РЗ включены, а с остальных элементов схемы напряжение снято.

При повышении воды до уровня ЭВ выключаются реле 1РУ и РУ, производя следующие переключения: блокировку электрода верхнего уровня ЭВ в цепи реле 1РУ через электрод нижнего уровня ЭН; включение пускателя заливочного насоса; подготовку цепи включения реле Р1 и включение реле времени РВ. Через 5с замыкается контакт РВ-1 и включится реле РВП1, которое разомкнет цепь питания реле 1РУ через электрод верхнего уровня ЭВ. Однако реле 1РУ продолжает питаться через замкнувшийся контакт реле РУ и электрод нижнего уровня ЭП.

Через 100 с замкнется контакт РВ-4 в цепи реле основного насоса Р1. К этому моменту контакт РДВ будет замкнут и включатся реле Р1 и его повторитель Р, что приведет к пуску основного насоса.

При замыкании контакта Р в цепях управления пускателя привода задвижки включается контактор К1, открытие задвижки контролируется концевым выключателем КВО. Включение контактора К1 производится промежуточным реле РИ1, обмотка которого постоянно подключена к источнику переменного тока. С включением основного насоса реле Р шунтирует в цепи питания реле Р1 контакты РДВ и РВ-4, которые размыкаются после пуска насоса.

Через 60 с после запуска насоса замкнется контакт РВ-2 и включится реле РВП2, которое остановит реле времени и выключит пускатель заливочного насоса. В цепи реле Р1 разомкнется контакт РВП2, шунтирующий контакт РПН реле контроля подачи основного насоса. При нормальной подаче насоса контакт РПН будет замкнут и цепь питания реле Р1 сохранится. На этом пуск насосного агрегата заканчивается.

При откачке воды до нижнего уровня разрывается цепь питания реле 1РУ через электрод ЭН, обесточивается реле РУ, которое шунтирует контакт реле РПН в цепи реле Р1, включает реле времени РВ и контактор К2 пускателя привода задвижки через реле РП2. Реле времени отключается контактом РВ-1 через реле РВП1. При полном закрывании задвижки размыкаются контакты КВЗ конечного выключателя привода в собственных цепях управления и в цепи реле Р1. Это приводит к остановке основного насоса и выключению привода задвижки.

При отсутствии нормальной подачи насоса размыкаются контакты реле РПН, обесточиваются реле Р1 и Р и насос выключается. Контакт Р в цепи реле времени РВ замыкается, и его работа обеспечивается до размыкания контакта РВ-З. При этом обесточиваются реле 1РЗ и РЗ и отключается реле времени.

Замыкается контакт РЗ, шунтирующий контакт переключателя в цепи реле уровня, и на линию 7 попадает управляющий сигнал с линии 5. В момент достижения верхнего уровня включается резервный насос. Замыкается контакт РЗ в цепи сигнальной лампы ЛН, что свидетельствует о неисправности насосного агрегата.

Деблокировка осуществляется установкой переключателя в положение «Р» (Ручное управление). В дальнейшем схема работает так же, как и при действии гидравлической защиты. Контакты термодатчиков ТДЛ-2 и отключающей моментной муфты привода задвижки КАО включены в цепь управления реле 1РЗ. При срабатывании этих видов защиты схема работает аналогично описанному выше.

Если отказ при пуске насоса произошел из-за неисправности пускового высоковольтного распредустройства, то блок-контакт КСА в цепи реле 1РП окажется замкнутым, реле 1РП получает питание и размыкает свой контакт в цепи сигнальной лампы ЛП (Питание схемы). На блоке насосов БУН погаснет сигнальная лампа ЛП и зажжется лампа ЛН (Неисправность насоса). Дистанционное управление осуществляется по двум свободным жилам сигнального кабеля. Пуск насосных агрегатов, работающих при верхнем уровне воды в водосборнике, осуществляется кнопкой КВУ, дублирующей электрод верхнего уровня ЭВ. При необходимости работающие насосные агрегаты могут быть отключены при любом уровне воды в водосборнике путем выключения тумблера Т.

Комплектность аппаратуры автоматизации.

1. Блок управления насоса (БУН) — сигнализация о неисправности, выбор режима работы; 770Ч700Ч299 мм; 148 кг; 2 шт.

2. Табло сигналов (СТВ) — сигнализация о состоянии установки, включение и отключение при дистанционном управлении; 445Ч380Ч170; 16 кг; 1 шт.

3. Реле производительности (РПН) — контроль производительности и гидравлической неисправности насосов; 225Ч205Ч375; 9 кг; 4 шт.

4. Реле давления (РДВ) — контроль заливки главного насоса по давлению; 140Ч150Ч230; 7 кг; 4 шт.

5. Вспомогательный насос 1В — 20/5 — заливка насоса перед пуском; 515Ч596; 148 кг; 2 шт.

6. Электропривод задвижки (ПЗ) — открывание и закрывание на ставе; 365Ч474Ч318; 72 кг; 4 шт.

7. Пускатель электропривода (ППВ — 2) — управление приводом задвижки; 505Ч490Ч210; 30 кг; 4 шт.

8. Датчик электродный (ЭД) — включение, отключение цепи управления при колебаниях уровня воды в водосборнике; 150Ч150; 2,5 кг; 4 шт.

9. Термодатчик (ТДЛ — 2) — для контроля температуры подшипников; 80Ч150Ч200; 0,9 кг; 20 шт.

10. Фильтр низкой частоты (ФНЧ — 1) — запрет прохождения комбинационных сигналов в телефонный коммутатор; 110Ч98Ч85; 0,75 кг; 2 шт.

11. Индикатор выхода (ИВ — 65) — определение частот 14, 20 и 26 кГц; 225Ч160Ч105; 2,5 кг; 8 шт.

12. Переключатель цепей управления (ПЦУ — 3) — для управления двумя задвижками на каждом насосе; 200Ч150Ч100; 32 кг; 10 шт.

13. Кабельный ящик (КЯ — 1) — для внешней коммутации аппаратуры автоматического и дистанционного управления; исполнение РН; 180Ч150Ч100; 27 кг; 2 шт.

14. Кабельный ящик (ЯРВ — 1) — для коммутации силовых линий до 660 В; исполнение РВ; 250Ч200Ч100; 44,5 кг; 1 шт.

шахта водоотливная установка оборудование

Техническая характеристика реле, используемых в установке ВАВ.