«Карьерные водоотливные установки»

Водоотливные установки
Водоотливные установки (рис. 1) оборудуются в основном центробежными насосами. Установка состоит из насоса 1 с двигателем, всасывающего трубопровода 9 с приемной сеткой 11 и клапаном 10, нагнетательного трубопровода 5 с задвижкой 3 и обратным клапаном 4, трубки 6 с вентилем 7 для заливки водой насоса перед его пуском. Давление во всасывающем 9 и нагнетательном 5 трубопроводах измеряется вакуумметром 8 и манометром 2.

Рис. 1:

Вертикальное расстояние от уровня воды в заборном резервуаре (колодце) до оси насоса называется геодезической (геометрической) высотой всасывания hвс, а вертикальное расстояние от оси насоса до сливного отверстия трубопровода - геодезической (геометрической) высотой нагнетания hн. Сумма геодезических высот всасывания и нагнетания есть геодезическая (геометрическая) высота подачи Hг, которая по существу является полной геодезической высотой водоподъема.

Схемы водоотливных установок
Как видно из изложенного выше, конкретные задачи, выполняемые отдельными водоотливными установками дренажной системы горного предприятия, весьма различны. Это предопределяет разнообразие конструкций водоотливных установок, которые можно подразделить по двум основным признакам: назначению (значимости в единой дренажной системе шахты или карьера) и расположению основного оборудования относительно осушаемого горного массива.
По назначению водоотливные установки подразделяют на главные (центральные), вспомогательные (участковые) и временные (проходческие).
Главные водоотливные установки предназначены для перехвата и откачки всего или большей части ожидаемого притока воды в горные выработки. При большой протяженности шахтных и карьерных полей может использоваться несколько главных водоотливных установок. Однако известны также примеры эффективного использования одной главной установки для откачки воды из дренажных систем группы близлежащих шахт.
Вспомогательные установки служат для местного водопонижения в отдельных забоях и для откачки воды с участков, расположенных ниже водосборника главной водоотливной установки или существенно удаленных от последней. Причем откачка воды может производиться или непосредственно на поверхность, или в водосборные сооружения главной водоотливной установки.
Временные установки используются на период проходки капитальных горных выработок строящегося предприятия или на период чрезвычайных ситуаций по водопритоку.
По расположению основного оборудования относительно осушаемого массива или способу сбора и откачки воды из него водоотливные установки можно подразделить на три группы: зумпфовые, скважинные и иглофилътровые.
Зумпфовые водоотливные установки (рис. 6.1), основное оборудование которых располагается вне осушаемого массива у водосборника относительно большой вместимости, являются наиболее распространенными на горных предприятиях. По местоположению водосборника относительно дневной поверхности зумпфовые водоотливные установки подразделяются на открытые и подземные, или шахтные. Первые применяются только для водоотлива на карьерах, а вторые — на шахтах и подземных рудниках, а также на карьерах при подземном способе осушения карьерных полей.

Рис.1. Схемы расположения насосов относительно приемного зумпфа.

В зависимости от расположения насосов относительно водосборника и уровня воды в последнем различают четыре типа зумпфовых водоотливных установок (см. рис.1). Наиболее распространенными являются установки, в которых насосы располагаются около водосборника выше уровня воды в приемном зумпфе (рис.1, а). Насос 4 соединен с приемным зумпфом 1 посредством всасывающего трубопровода 3 и заборного наконечника 2, снабженного предохранительной сеткой, которая предотвращает попадание в насос крупных механических включений. При работе водоотливной установки вода перемещается по нагнетательному трубопроводу (ставу) 5 к водоотводному устройству 7 на поверхности, в которое она свободно изливается через сбросной наконечник 6.

Размещение насосов на высоте 4—5 м над уровнем воды в водосборнике и 1—1,5 м над почвой прилегающих к насосной камере горных выработок в определенной степени предохраняет насосную станцию от аварийного затопления и не требует специальной гидроизоляции ее помещения. Однако для откачки воды с относительно большой глубины необходимы насосы с повышенной всасывающей способностью. У центробежных насосов, наиболее часто используемых на водоотливных установках, с увеличением номинальной производительности, как правило, уменьшается всасывающая способность. Кроме того, при таком расположении насосов необходима их предварительная заливка перед очередным пуском.
Откачка воды из затопленных шахт и открытых котлованов часто производится насосными станциями, располагаемыми на плаву на специальных понтонах. По мере откачки воды и понижения ее уровня опускается и плавучая насосная станция. В таких случаях насосы соединяют с магистральным участком трубопровода при помощи гибких или шарнирно-поворотных труб.
Условия всасывания воды насосами значительно улучшаются при их расположении у водосборника ниже уровня воды в приемном зумпфе (рис.1,б). Водоотливные установки с таким расположением насосов часто называют установками с заглубленными или погружными насосными станциями (ПНС). Помещение насосной станции в этом случае имеет специальную гидроизоляцию от водосборника 1 и близлежащих горных выработок.
Разновидностью предыдущего типа установок являются зумпфовые водоотливные установки с расположением насосов под водой или их погружением (рис. 1, в). При этом варианте используются специальные насосы с вертикальной ориентацией приводного вала. Крупные модели указанных насосов изготовляют с удлиненным приводным валом, обеспечивающим передачу насосу 4 крутящего момента от двигателя 8, смонтированного над приемным зумпфом 1. Малые модели насосов, используемые на вспомогательных установках такого типа, имеют погружной электродвигатель, размещаемый вместе с насосом под водой в зумпфе на нагнетательном трубном ставе или на специальных подвесках (рис. 6.1, г).
Недостатком насосов погружного типа с удлиненным приводным валом является сложность их ремонтного обслуживания в стесненных условиях, в связи с чем в последнее время на водоотливных установках подземного типа такое расположение насосов становится все более редким.
В зависимости от количества насосов в последовательном соединении водоотливные установки и системы водоотлива подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые (рис.2). В первом случае (рис. 2, а) откачка воды из водосборника на поверхность обеспечивается одним насосным агрегатом. При многоступенчатых установках возможно размещение насосных агрегатов в одной насосной камере (рис. 2, б) или их рассредоточение по трассе трубопроводов. Причем рассредоточение может быть выполнено без разрыва сплошности потока воды (рис. 2, в) или с ее разрывом и применением промежуточного зумпфа-водосборника (рис. 2, г).

Рис. 2. Одноступенчатая (а) и многоступенчатые (б, в и г) схемы водоотлива.

Размещение последовательно соединенных насосов в одном помещении упрощает их обслуживание. Однако большинство применяемых в настоящее время насосов имеют ограничение по давлению на входе. Рассредоточение насосов улучшает условия работы их уплотнительных узлов. Применение промежуточного водосборника связано с дополнительными капитальными затратами. Вместе с тем его отсутствие приводит к более жесткой взаимозависимости последовательно соединенных насосных агрегатов и требует более внимательного обслуживания установки с необходимым соблюдением определенного режима пуска насосов.

В зависимости от местоположения в цепи аппаратов водоотливной установки насосы и насосные станции соответственно называют головными и перекачивающими. При больших водопритоках используют параллельное и смешанное соединения насосов на головных и перекачивающих станциях водоотливных установок. При смешанном соединении в параллельную работу на общий нагнетательный трубопровод включается несколько пар последовательно соединенных насосов.

Рис. 3. Схемы скважинной (а) и иглофильтровой (б) водоотливных установок.
Скважинные водоотливные установки (рис. 3, а) применяются главным образом для предварительного понижения уровня подземных вод в горном массиве. На таких установках силовое насосное оборудование расположено непосредственно в осушаемом массиве, в котором пройдена скважина соответствующих размеров.
Сбор воды на скважинных установках перед ее откачкой на поверхность производится в водоносной толще горного массива посредством вертикальных скважин, пробуренных с поверхности. Обсадные трубы 2 скважины 1 на участке пересечения водоносного горизонта заменены специальными фильтрами 5. Вода через фильтр поступает в скважину, откуда насосом 4, смонтированным на водоподъемном трубном ставе 6, откачивается в водоотводную канаву или трубный коллектор 8, в который подается вода от группы скважин. Насос погружен в воду, и его всасывающая магистраль формируется одним лишь заборным наконечником 3, Двигатель 7 насоса располагается на поверхности, как это показано на рис. 3, а, или погружен в скважину вместе с насосом.
Наряду со специальным трубным ставом для подъема воды могут использоваться и обсадные трубы скважины. В последнем случае насос с двигателем и заборным наконечником подвешивается на специальном канате, а всасывающий и нагнетательный участки скважины разделяются при помощи специального гидроуплотнительного устройства.
Иглофильтровые водоотливные установки (см. рис.3, б) в основном используются для предварительного водопонижения на небольших участках горных работ с ограниченной их глубиной. Основное силовое оборудование установки располагается на поверхности или в необводненной (осушенной) части горного массива, а сбор и подъем воды из скважины обеспечивается за счет разряжения, создаваемого у ее устья вакуум-насосным агрегатом. Таким образом, на иглофильтровых установках основная часть силового оборудования расположена вне осушаемого массива, а в скважину помещено только водозаборное устройство.
Вакуумная магистраль 3 (рис. 3, б) насосного агрегата 4 соединена с коллектором 2, к которому подключено несколько иглофильтров 7, погруженных в горный массив. Кольцевая магистраль 5 агрегата 4 замыкается через циркуляционный бак 6, обеспечивая непрерывную работу вакуум-насоса. В баке 6 происходит накопление воды и выделение воздуха, поступающего из скважины вместе с откачиваемой водой. Перелив бака откачивается насосом 7 по нагнетательному трубопроводу 8 к водо-отводным сооружениям.
На водоотливных установках с глубоким погружением иглофильтров разрежение создают у забоя скважины. Для этих целей используются водоструйные насосы, получающие энергию от силовых насосных агрегатов, установленных на поверхности или в горных выработках осушенной части горного массива.
По степени мобильности основного оборудования водоотливные установки подразделяются на стационарные, полустационарные и передвижные. К последним относят вспомогательные установки, перемещаемые по мере продвижения забоев.