Водоотливные установки

Глубина шахты – 550 метров

Расстояние между  горизонтами – 60 метров

Приток воды по верхнему горизонту – 250 м³/ч

Приток воды по нижнему  горизонту – 180 м³/ч

Высота всасывания насосов положительная 
 

1.Схема водоотлива:

При ведении горных работ, одновременно на нескольких горизонтах, выбор схемы для конкретных условий обуславливается созданием надёжного водоотлива при возможно меньших затратах.

Исходя из условия  задания: приток воды по нижнему горизонту меньше притока воды по верхнему горизонту, главную водоотливную установку  размещаем на верхнем горизонте, а подъём воды с нижнего горизонта производим в водосборник верхнего горизонта вспомогательной установкой.

Достоинство этой схемы: в стволе прокладывается лишь два  става труб.

К недостаткам относится: опасность затопления всей шахты при отказах верхней установки, сложность обслуживания и контроля из-за наличия установок на каждом горизонте.   

2.Расчёт и выбор  механического оборудования. 

2.1 Предварительный  выбор насоса вспомогательного  водоотлива 

Номинальная подача насоса при максимальном числе часов его работы в сутки

             

                                  Qн.= 24×Qн.ч.∕ t = 24×180 ∕ 20 = 216м³/ч 

Где, Qн.ч.- нормальный часовой приток, м³/ч

        t =20 ч.—максимальное число часов  работы насоса в сутки, в соответствии с правилами безопасности. 

2.2 Геодезическая высота  подъёма воды 

      Нг = Нперепуска +Нвсасывания +Нвн = 60 +3+0,5=63,5 метра

        

       Нпереп. – расстояние между горизонтами

                 Нвсасыв. – высота  всасывания насоса

                 Нвн – положение оси вала  относительно головки рельса  руддвора 

2.3. Ориентировочный  необходимый манометрический напор  насоса 

                Нор. = 1.1× 63.5 =70 метра 

Исходя из этих расчётов, выбираю насос 6НДС – 6 : одноступенчатый, центробежный с полуспиральным подводом  жидкости к двухстороннему рабочему колесу, имеющий хорошую всасывающую способность и разгруженность вала от осевых гидравлических сил в следствии раздвоения общего потока на входе в насос и симметричности конструкции рабочего колеса. 

Насос двусторонний, средненапорный : Q – 250 м³/ч  Н – 77,5 м.  n – 2950  об/м.

                                                                     Кпд – 78%   ns – 60

( А.А.Топорков стр.131)                            Диаметр нагнетательного патрубка 150 мм 
 

2.4 Предварительный  выбор насоса  главного водоотлива 

Номинальная подача насоса при максимальном числе часов  его работы в сутки

        

Qн.= 24× Qн.ч.п.∕ 20 = 24× 430 ∕ 20 = 516м³/ч   Qн.ч.п.= Qверхнего горизонта + Qнижнего горизонта 

                                                                                          Qн.ч.п.= 250 + 180 = 430м³∕ ч 

      

2.5. Геодезическая высота подъёма воды

 

Ηг.= Ηшахты + Hвсасыв Hпревышения + Hвн.    490 + 5 +1.5 + 0.5 = 497метров  

Hшахты = 550м – Hмежду горизонтами = 550 – 60 =490метров 

Hвсасыв. – высота всасывания насоса ;

Hпревышения – превышение слива воды на поверхности относительно устья ствола

Hвн. – положение оси вала относительно головки рельса руддвора 

2.6. Ориентировочный  необходимый манометрический напор  насоса 

            Hор =1.1× Hг.        Hор= 1.1 × 497 = 547метров

  

2.7. На основании ранее вычисленных : номинальной подачи насоса Qн. и ориентировочного напора Hор. – по каталогу насосов и универсальной характеристики насосов (В.М.Попов рис. 2.16) выбираем подходящий тип и марку насоса. 

Выбираю насос: ЦНС  3OO - 6OO  ( два насоса соединяем параллельно ), имеющий следующие параметры : H = 600 метров   Q = 300 м³∕ ч. КПД – 71 %   Нк. – 60 метров

Нк.о – 67 метров 

2.8. Определяем число  рабочих колёс : 

                                 Z =Hор. ∕ Hк. = 547∕ 60 = 9.11  Принимаем  Z= 9 

2.9. Напор насоса  при закрытой задвижке  

                                Hо = Z × Hко = 9 × 67 = 603метра

 

2.10. Выбранный насос проверяем на устойчивость 

         Нг. ≤ 0.95 × Нор.    497 ≤ 0.95 × 547 т.к.  497 м. ≤ 519 м. Следовательно работа насоса  устойчивая.  
 

3. Выбор трубопровода для водоотливной установки 

Трубопровод является одним из важнейших элементов водоотливной установки. К нему предъявляются следующие требования: надёжность, долговечность, безопасность обслуживания; - доступность  для осмотра и ремонта; - наличие резервных ставов и возможность быстрого переключения на резервный трубопровод в автоматическом режиме; стойкость к агрессивным воздействиям рудничной воды;  минимальные капитальные и эксплуатационные затраты; минимальные гидравлические сопротивления. 

3.1 Оптимальный диаметр напорного трубопровода 
 

                                       Dопт. = к × 0.0131× 

где,   к –  коэффициент, учитывающий количество  напорных трубопроводов,

               при 2-х  к = 1

          Оопт. – подача насоса в оптимальном режиме, м³ ∕ ч. 
 

                                    Dопт. = 1× 0.0131× = 0,275 метра 

По полученному  значению выбираем стандартный диаметр  трубопровода

                                 

                                    Dопт. = 300 мм

    

Толщина стенки напорного трубопровода ( мм)   δ = 2.67 × Dопт.× ρ + 0.35Т где ,

                

ρ – давление у  напорного патрубка насоса ( 1м.вод.ст. = 0.01МПа) = 5.47 МПа 

Выбранный диаметр  проверяем по скорости движения воды, которая должна быть в пределах от 1.5 до 2.5 м/с. 

                      Vн.=4Qопт.∕ ПDопт = 4×600 ∕ 3.14× 3600× 0.300 =2.35м/с 

Окончательно принимаем  трубы для напорного трубопровода бесшовные горячекатаные по ГОСТ8732-78  D= 300мм. 

3.2  Оптимальный диаметр всасывающего трубопровода 

Для большей надёжности всасывания принимаем диаметр труб на 25….50мм. больше диаметра труб напорного  трубопровода. 

Принимаем стандартный  диаметр D= 0.250м. который также проверим по скорости движения воды, которая должна быть в пределах 0.5….1.7м/с.

      

                      Vн.=4Q ∕  П Dопт = 4 × 300 ∕ 3.14×3600×0.250 = 1.69м/с 

Окончательно принимаем  трубы для всасывающего трубопровода по ГОСТ8732-78

   

                                                   D=  250мм.

 

3.3 Схема трубопровода в насосной камере 

Два напорных става (рабочий  и резервный согласно ЕПБ) закольцованы в коллектор. Каждый из 3-х насосных агрегатов имеет свой подводящий трубопровод. Напорные трубопроводы насосов снабжены обратными клапанами и присоединены к коллектору. Посредством управляемых задвижек каждый насосный агрегат может быть соединён с любым напорным ставом. Из насосной камеры напорные ставы выходят в наклонный соединительный ходок, далее в трубное отделение ствола шахты, оборудованного клетевым подъёмом или лестничным отделением и на поверхность.

   

3.4 Определение характеристики внешней сети водоотливной установки.

 

Характеристика трубопровода определяется схемой водоотлива с учётом местных гидравлических сопротивлений   ( табл. №1, табл. №2 ) 

•  Всасывающий  трубопровод оборудован :   
 

                  

таблица

    №1

                                        
 
 

 Суммарные потери  напора в подводящем трубопроводе

 

∑hп..=( λ × Lп. ∕ Dвн. + ∑ ) U ∕ 2g =( 0.03× 10 ∕ 0.250 + 5.78 ) = 0.733 мм. Вод. Ст. 

где: - коэффициент гидравлического трения

         Dвн. – внутренний диаметр трубы

          Lп. – длина подводящего трубопровода

          ∑ - сумма гидравлических сопротивлений в подводящем трубопроводе

          U – скорость движения воды  в подводящем трубопроводе 

Но  так как у  нас 2 насоса, соединённых параллельно, следовательно ∑hп = 1.467м.в.ст. 
 

• Напорный став оборудован :

табл.№2