Тема 6.8 Трубопровод и насосные камеры

Тема 6.8  Трубопровод и насосные камеры.

План.

Устройство трубопроводов. Прокладка трубопроводов. Насосные камеры. Устройство трубопроводов

Для трубопроводов насосов применяются стандартные стальные бесшовные горячедеформированные трубы (данные о некоторых трубах приведены в  приложении  5 , Горная механика. М.: Недра, 1982 с.).

Трубы между собой, а также с фасонными частями (колена, тройники, переходы и т. д.) и арматурой (компенсаторы, задвижки и т. д.)  соединяются с помощью фланцев и болтов.

Подвижные фланцы 1 (рис. 1, а) упираются в наварные кольца труб 2 и стягиваются болтами 3. Число болтов (от 8 до 16) зависит от диаметра труб. Между кольцами, имеющими заточку и выточку 4, укладывается уплотнительная прокладка из резины или прорезиненного материала. При больших напорах применяют прокладки из мягких металлов (свинец, красная медь).

Рисунок 1. Фланцевое соединение труб (а) и арматура трубопровода:

б – приемная сетка с клапаном; в – задвижка; е – обратный клапан;  д – компенсатор.

На подводящем трубопроводе устанавливают приемную сетку с клапаном, на напорном трубопроводе – задвижку, обратный клапан и компенсаторы.

Приемная сетка (рис. 1, б) 1 с круглыми отверстиями и клапан 2 конструктивно объединены в одно целое. Для соединения с подводящим трубопроводом сетка имеет фланец 3. Приемный клапан бывает шарнирным, тарельчатым, шаровым. Суммарная площадь отверстий в сетке должна быть в 3ч4 раза больше площади поперечного сечения подводящего трубопровода.

Задвижка (рис. 1, в) состоит из запорной части 1, нарезного шпинделя 2, соединенного с запорной частью, крышки 3, сальника 4, маховичка 5 и фланцев 6 для соединения с трубами. При вращении маховичка в определенном направлении шпиндель перемещается вверх и запорное устройство поднимается, открывая проход воде.

Обратный клапан (рис. 1, г) состоит из корпуса 1 с фланцами 2 для присоединения к трубам, крышки 3, прикрывающей смотровое окно, и шарнирного клапана 4.

При изменении температуры в стволе и значительной длине напорного трубопровода в нем возникают температурные напряжения, для устранения которых применяются телескопические (сальниковые) компенсаторы. Такой компенсатор (рис. 1, д) состоит из двух входящих одна в другую труб 1 и 2. Сальнйковая набивка 3 из просмоленной пеньки или кожи удерживается втулкой 4. Участки трубопровода присоединяются к фланцам компенсатора.

При прокладке трубопровода используются фасонные части (рис. 2). В местах поворота трубопровода применяются колена (рис. 2, а), при ответвлениях – тройники (рис. 2, б), при переходе с одного диаметра на другой – конусные переходы (рис. 2,е).

При применении кислотоупорных насосов для перекачивания воды повышенной кислотности, содержащей свыше 50 мг свободной серной кислоты на 1 л воды, трубопроводы и их арматура должны быть изготовлены из кислотоупорных хромоникелевых сталей или защищены изнутри и снаружи от коррозии. Защитные покрытия внутренних поверхностей трубопроводов могут быть свинцовые, деревянные или пластмассовые. Толщина свинцовой футеровки 8ч15  мм,  деревянной – 25 мм.

Рисунок 2. Фасонные части трубопровода: а – колено; б – тройник: в – конусный переход.

Трубы, проложенные в выработках, подвергаются коррозии. Считается, что среда, в которой находятся трубы, при скорости коррозии до 0,5 мм в год – малоагрессивная, при большей скорости  коррозии – высокоагрессивная.

Для предохранения наружной поверхности труб от коррозии используется антикоррозионное полимерное покрытие или защитная краска.

Перспективно применение пластмассовых труб – винипластовых и полиэтиленовых. По сравнению со стальными трубами они отличаются стойкостью к воздействию агрессивных вод, имеют меньшие гидравлические сопротивления и меньшую массу. Имеется опыт эксплуатации их при давлениях 1,5 ч 2 МПа.

Трубопроводы в выработках должны прокладываться так, чтобы они были доступны для наблюдения за их состоянием и для ремонта.

Прокладка трубопроводов.

В насосной камере трубопровод прокладывается по схеме (рис. 3, а), предусматривающей наличие в стволе двух напорных ставов 1 и 2 (рабочий и резервный) закольцованных в насосной камере коллектором 3. Каждый из трех насосов (№ 1, № 2 и № 3) имеет свой подводящий трубопровод 4. Напорные трубопроводы 5 насосов снабжены обратными клапанами 6 и подсоединены к кол­лектору. Посредством управляемых распределительных задвижек 7 насос может быть соединен с любым напорным ставом. По трубе 8 с помощью задвижек 9 можно выпустить воду в колодец 10 из ставов 1 и 2 в случае их ремонта. Крепление труб к стенкам камеры производится на закрепленных в этих стенках кронштей­нах или балках.

Рисунок 3. Схемы расположения трубопроводов в насосной камере при двух напор­ных ставах в стволе (а) и трубный коллектор при трех напорных ставах в ство­ле (б).

При больших притоках воды, когда для откачки нормального притока воды по шахте в работе находятся два насоса, а также на шахтах с кислотной водой, в стволе предусматриваются три напорных става 1, 2 и 3, закольцованные в коллекторе (рис. 3, б), и пять насосов, соединенных с патрубками 4, 5, 6, 7 и 8.

Из насосной камеры напорные ставы выходят в наклонный соединительный ходок, далее в трубное отделение ствола шахты, оборудованного клетевым подъемом или лестничным отделением, и на поверхность.

При выходе трубопровода в ствол устанавливается опорное колено, воспринимающее вес нижней части водоотливного става. Такое колено и его крепление на балках показано на рисуноке 4, а. Для разгрузки трубопровода от собственного веса и веса воды напорный трубопровод делится на участки длиной 150 ч 250 м (рис. 5). Каждый участок труб в нижней части имеет опорный стул, а в верхней – компенсатор (рис. 5, а). На протяжении участков трубопровода он поддерживается также хомутами (рис. 4, б), которые не препятствуют продольному перемещению труб, но исключают их изгиб. Хомут крепится либо к металлическим балкам в стволе, либо непосредственно в бетонное крепление ствола (см. рис. 5). Расстояние между направляющими хомутами зависит от диаметра труб. При трубах диаметром 100 мм это расстояние составляет 8 м, 150 мм – 12 м, 200 мм – 15 м, 250 мм – 19,5 м, 300 мм – 22,5 м.

Верхний компенсатор устанавливается на 50 м ниже устья ствола. При глубине ствола до 200 м компенсаторы могут не при­меняться.

Рисунок 4. Устройства для крепления труб в стволе:

а – опорное колено; б – опорный стул; в – хомут из полосовой стали.

Толщина стенок труб каждого участка может быть различной в зависимости от увеличения давления в направлении от поверхности к околоствольному двору. Однако при любой глубине желательно иметь не более 2ч3 типов труб по толщине стенок. Рекомендуется принимать участки труб длиной (считая от устья ствола) 0ч640 м, 640ч1000 м, 1000ч1600 м.

Рисунок 5. Расположение трубопроводов в стволе шахты (а) и крепление труб к расстрелам (б) и к крепи ствола (в): 1 – трубы; 2 – опорные колена;  3 – опорные стулья; 4 – компенсаторы; 5 – хомуты; 6 – расстрелы.

Расположение и крепление напорных трубопроводов в наклонных выработках показано на рисунке 6. Опорные стулья 1 устанавливаются друг от друга на расстоянии 200 м, деревянные подкладки 2 – через 8 ч 10 м, противоугонное устройство 3 устанавливается через 50 ч 60 м, хомуты закрепляются на креплении выработки на расстоянии 6 ч 10 м. Предусмотрен сальниковый компенсатор 4.

Иногда (при наклонных стволах большой протяженности, расположении водоотливной установки по каким-либо соображениям вдали от ствола шахты или если в стволе невозможно обеспечить нормальную прокладку и т. д.) напорные трубопроводы прокладываются в специально пробуренных вертикальных скважинах.

Прокладка трубопроводов в горных выработках весьма трудоемкая, сложная и дорогостоящая работа, включающая: подготовку; доставку труб; монтаж труб и арматуры; испытания трубопроводов и составление документации по сдаче их в эксплуатацию.

Правила эксплуатации требуют, чтобы трубопроводы через каждые 200 м заземлялись. Использовать трубопроводы в качестве заземлителей запрещается.

Рисунок 6. Расположение и икрепление трубопроводов в наклонных выработках: а – крепление трубопровода; б – противоугонное устройство. 

Насосные камеры.

Расположение в пределах околоствольного двора насосной камеры показано на рисунке 23, а. Камера 1 водоотливной установки закреп­ляется бетоном и соединяется с околоствольным двором 2 ход­ками 3, со стволом – ходком 4, выходящим в ствол не менее чем на 7 м выше почвы околоствольного двора.

Рисунок 23. Схемы:

а – насосной камеры и водосборников;

б – сопряжения водосборни­ков с приемным колодцем.

К камере примыкают два крыла водосборника – резервуары для сбора и осветления шахтной воды. Относительно камеры крылья водосборника имеют одностороннее (крылья 5 и 6) или двустороннее (крылья 6 и 7) расположение. Крылья водосборника пройдены наклонно: при сопряжении с откаточной выработкой 8 уровни этих выработок совпадают, при сопряжении с камерой уровень их ниже на 5ч6 м уровня почвы насосной камеры. В камерах 9 устанавливаются лебедки для чистки водосборника. Сопряжение крыльев водосборника с камерой 1 показано на рисунке 23, б, где 10 – приемный колодец для подводящих трубопроводов насосов. Все резервуары отделены друг от друга бетонными стенками и могут сообщаться трубами 11 при открытии задвижек 12 маховичками, выведенными на уровень почвы камеры. Задвижки позволяют закрыть доступ воды к насосам из крыльев водосборника, открыть доступ воды к приемному колодцу из одного, другого или обоих сразу крыльев водосборника.

Приемную сетку с клапаном надо располагать ниже минимального уровня воды в колодце на 0,5 м, чтобы исключить подсасывание воздуха, и на 0,5 м выше дна колодца, чтобы уменьшить вероятность попадания в насос твердого осадка. От стенок колодца приемная сетка должна находиться на расстоянии 0,3 м.

На рисунке 24 показано расположение оборудования в насосной камере. Общие для всех камер размеры указаны в миллиметрах, остальные размеры насосной камеры определяются в зависимости от размеров насосов. Для предохранения насосов от затопления почва насосной камеры должна быть выше отметки точки сопряжения квершлага или коренного штрека с околоствольным двором не менее чем на 0,5 м.

Для предохранения камеры от затопления на выходах из нее устанавливают герметические двери; со стороны водосборников герметичность достигается задвижками 8.

Согласно ПБ водосборник главной водоотливной установки состоит не менее чем из двух самостоятельных выработок (крыльев) и его вместимость соответствует не менее чем четырехчасовому нормальному притоку, и участковой установки – не менее чем двухчасовому нормальному притоку.

Рисунок 24. Расположение оборудования в насосной камере:

1 – насосы; 2 – двигатели; 3 – заливочный погружной насос; 4 – трубный коллектор; 5 – распределительные задвижки; 6 – обратные клапаны; 7 – маслостанция гидропривода задвижек; 8 – задвижки колодца; 9 – крановая балка; 10 – кран подвесной; 11 – крылья водосборника;  12 – трубный ходок;  13 – рельсовый  путь.

Поперечное сечение водосборника соответствует сечению одно-путевого штрека, а при вместимости более 1500м3 – двухпутевого.

Приемные колодцы круглые, закреплены бетоном, причем между стенкой колодца и фундаментом насосной установки должно быть не менее 200 мм. Для осветления воды перед поступлением ее в насосы дно колодца должно находиться на 1 ч 1,5 м ниже почвы водосборника.

Целесообразно применять водосборники с осветляющими резервуарами. Резервуар состоит из трех камер. Две из них, непо­средственно примыкающие к выработке околоствольного двора, параллельны друг другу и разделены бетонной перемычкой. Третья камера, примыкающая к двум первым камерам, а с другой – к водосборнику, отделена от выработок бетонными стенками, но соединена с ними перепускными трубами. Последовательное расположение первых двух камер с третьей обеспечивает две ступени осветления.

Первые две камеры используются попеременно: при чистке от шлама одной из них во второй происходит осветление воды. При чистке третьей камеры вода попадает из первых камер непосредственно в водосборник по переливной трубе. Содержание взвешенных в воде частиц после осветления составляет 100 ч 150мг/л, при нарушениях схемы осветления оно может увеличиться до 6000 мг/л.

Литература:

, Горная механика. М.: Недра, 1982 с. 122-128; 134-136.