 |
6.6. Водоотлив из шахт и карьеров
|
|
|
|
Воды, находящиеся в земной коре ниже земной поверхности, называются подземными. Вода поступает в горные выработки по трещинам, из карстов, заполненных водой, при пересечении выработками водоносных пород. Приток подземных вод в рудники колеблется в широких пределах и достигает в отдельных случаях 20—25 тыс. м3 в час. Он максимален весной и осенью и
минимален в зимний период. Иногда приток воды характеризуют коэффициентом водообильности, показывающим отношение объема откачанной за год воды к годовой производственной мощности шахты. Эта величина изменяется от долей кубометра на 1 т до 50 м3 и более.
Шахтные воды обычно загрязнены минеральными или органическими частицами,
микроорганизмами, из-за чего они непригодны для питья и часто даже для технических целей. В зависимости от химических примесей шахтные воды бывают кислотные, щелочные и пресные. Кислотная вода содержит свободную серную кислоту и газы. Серная кислота появляется в воде в результате окисления колчеданов (например, пирита FeS2, халькопирита CuFeS2, галенита PbS и др. ). Кислотные воды разрушающе действуют на чугунные и стальные детали шахтного оборудования, рельсы, трубы, бетон, обувь и одежду рабочих. Щелочные воды содержат примеси щелочей КОН и NaOH, которые разрушают трубопроводы и насосы. Вода, содержащая поваренную соль, разрушающе действует на изделия из железа. Свойства шахтных вод учитываются при выборе оборудования и средств борьбы с их вредным действием.
Рис. 6. 11. Схема центробежного насоса
Комплекс мероприятий, осуществляемых на руднике для предупреждения затопления горных выработок подземными или поверхностными водами путем откачки шахтных пород, называют рудничным водоотливом (шахтным, карьерным). Основным способом борьбы с притоком воды является ее удаление из рудника (откачка) водоотливными насосными установками (насос и электродвигатель).
|
|
|
Ц е н т р о б е ж н ы й на со с (рис. 6. 11) состоит из корпуса 5, в котором размещено рабочее колесо 1 с лопатками. Перед работой насос заливают водой. При вращении рабочее колесо выбрасывает воду через обратный клапан 3 в нагнетательный трубопровод 4. В образующееся у центра колеса разреженное пространство под действием атмосферного давления поступает вода из всасывающего трубопровода 6 через приемный клапан 7. Теоретическая высота всаса Н составляет 10 м, практическая — 4—6 м. Приемный клапан с сеткой служит для удержания воды во всасывающем трубопроводе и предотвращения попадания в насос крупных частиц. Задвижкой 2 частично или полностью перекрывают трубопровод. Обратный клапан предназначен для перекрытия трубопровода при остановке насоса для предотвращения обратного потока воды.
Центробежные насосы секционного типа для шахтного водоотлива (ЦНС) имеют подачу от 38 до 300 м3/ч и напор 0, 44—12 МПа. По назначению водоотливные установки подразделяют на главные, вспомогательные и временные. Главные установки предназначены для откачки на поверхность всей или основной части притока воды. Вспомогательные установки служат для откачки воды с отдельных участков. Временные установки применяются при проведении капитальных горных выработок.
В шахтах сооружают з у м п ф о вые в о д о о т л и в н ые у с т а н о в ки, которые располагают в районе околоствольного двора. Схема подземного комплекса шахтной* водоотливной установки показана на рис. 6. 12, а. Насосная камера 4 представляет собой специальную горную выработку, закрепленную обычно бетоном, которая выработкой 2 соединена с околостшольным двором и наклонным трубным ходком 3 со стволом шахты 1.
|
|
|
Уровень пола насосной камеры располагают на 0, 5—1 м выше уровня головки рельсов откаточных путей в околоствольном дворе, что предохраняет камеры от затопления. В ходовой выработке 2 сооружают герметичные двери 9. Размеры насосной камеры определяются числом и габаритами насосов. Устанавливают не менее трех насосов, один из которых находится в работе, второй — в резерве, а третий—в ремонте. При больших притоках воды одновременно работают несколько насосов, суммарная подача которых должна обеспечивать откачку суточного притока воды не более чем за 20 ч.
Рис. 6. 12. Схемы подземного комплекса водоотливной установки (а) и погружной насос уставки (б)
Главная водоотливная установка должна иметь не менее двух нагнетательных трубопроводов и кольцевую разводку их к насосам. Этим обеспечивается независимая работа любого насоса на любой трубопровод.
Трубопроводы прокладывают в стволе, куда они выводятся через трубный ходок. Крепление трубопроводов осуществляется с помощью неподвижных опор, устанавливаемых через 150— 250 м, и направляющих хомутов между ними.
При кислотных водах насосы и фланцы труб изготовляют из нержавеющей хромоникелевой стали, колеса насосов — из текстолита, винипласта и стекла. Для защиты от коррозии трубы футеруются изнутри бетоном на кислотоупорном цементе или пластическими массами, а снаружи покрываются кислотоупорными красками.
Вода к насосам поступает из водосборников 6 через коллектор 7 и всасывающие колодцы 5. В о д о с б о р н и к состоит из нескольких выработок, сечение которых по форме и площади близко к сечению откаточных выработок. Вода в водосборник поступает через выработки 8 и 10. Конструкция водосборника должна предусматривать изоляцию отдельных выработок для
очистки их от осевших частиц горных пород. Вместимость водосборников главного водоотлива должна быть рассчитана не менее чем на четырехчасовой приток воды. Вода, скапливающаяся в зумпфе ствола, перекачивается отдельным насосом в общий водосборник.
Работа рудничных водоотливов автоматизирована так, что обеспечиваются автоматическое включение и отключение насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике, автоматическое включение резерва при неисправности рабочего агрегата, контроль за работой насосов, передача всех сведений на щит диспетчера и т. п. Схемы авоматизации предусматривают возможность ручного управления насосами.
|
|
|
Автоматизация водоотлива значительно упрощается в случае применения камер погружного типа, которые располагаются на несколько метров ниже обслуживаемого горизонта. Водосборники при этом располагаются выше насосной камеры на расстоянии 2, 5—3 м с таким расчетом, чтобы при полной откачке воды из них насосы оставались бы заполненными водой и были готовы к пуску.
В зависимости от глубины горных работ и числа рабочих горизонтов в шахте применяют различные схемы водоотлива. При значительных притоках воды и глубине шахт до 600—800 м насосные камеры устраивают на каждом горизонте. При небольших притоках воды на верхних горизонтах воду по скважинам перепускают на нижний горизонт к водосборникам главной водоотливной установки. При значительной глубине шахт находит применение ступенчатый водоотлив, при котором воду с нижних горизонтов подают к главной водоотливной установке, сооруженной ближе к поверхности на промежуточном горизонте. Необходимый напор создают также дополнительной (последовательной) установкой насосов в систему трубопроводов.
Кроме нормального притока могут быть внезапные прорывы значительных количеств воды из старых затопленных горных выработок, из подземных полостей, заполненных водой, и поверхностных водоемов. Для предупреждения внезапных затоплений все возможные источники поступления воды (старые затопленные выработки, водоемы и т. п. ) должны быть нанесены на маркшейдерские планы с указанием на планах границ барьерных целиков, устанавливаемых проектом. Поверхностные провалы по балкам, оврагам и другим водостокам должны быть ограждены водоотводящими канавами, обеспечивающими отвод поверхностных вод от проникновения их в горные выработки. Мероприятия против внезапных прорывов воды в выработки осуществляются по отдельным проектам.
|
|
|
При открытой разработке приток воды складывается из подземных вод и атмосферных осадков. При з у м п ф о в о м м е т о д е в о д о о т л и в а на нижнем горизонте карьера устраивают котлован-водосборник, около которого сооружают насосную станцию. Вода к водосборнику поступает с верхних горизонтов по поверхности уступов и путем фильтрации. Нагнетательные трубопроводы от насосов прокладывают по откосам и площадкам уступов, стремясь получить минимальную длину трассы и наименьшие число углов поворота трубопроводов. Все участки трубопровода должны укладываться с подъемом для полного их освобождения от воды при остановках насосов в зимнее время.
В настоящее время широко используется с к в а ж и н н ы й м е т о д в о д о о т л и в а, который применяют главным образом для предварительного осушения пород в пределах шахтных и карьерных полей. Роль водосборников в этом случае выполняют скважины, в которых устанавливают п о г р у ж н ы е а р т е з и а н с к и е н а с о с ы диаметром 150—400 мм и массой от 80 до 6000 кг. Водопонижающие скважины диаметром 200— 600 мм и глубиной до 500 м бурят на наиболее водоносных участках как в пределах, так и за пределами контуров карьера. После проходки скважины на проектную глубину в нее опускают колонну металлических труб 4 (рис. 6. 12, б). В агрессивных водах используются трубы из пластмассы или стекловолокна. На участках водоносных пород в обсадных трубах имеются круглые или щелевидные отверстия. Устье скважины укрепляют бетонным фундаментом 3, на котором устанавливают опорную плиту 1 с несущим звеном 2 трубного става 5. К концу трубного става крепят насос 6 с двигателем в погружном исполнении. Откачиваемая по трубопроводу вода сбрасывается в водоотводящую канаву, расположенную на таком расстоянии, чтобы исключить повторный сток воды и карьер. Управление работой насосных установок карьеров автоматизировано. Такой способ осушения применяется на многих железорудных и угольных карьерах страны (Михайловский, Лебединский, Соколовско-Сарбайский и др. ). При комбинированном открыто-подземном способе разработки иногда часть карьерных вод через
специально пробуренные скважины перепускают в подземные выработки с последующей откачкой их шахтными насосами.
|
|
|
