Лекция 11.7 шахтный водоотлив

ЛЕКЦИЯ 11.7  ШАХТНЫЙ ВОДООТЛИВ

План

Виды водопритоков. Схемы водоотлива на шахте. Водоотлив при открытой разработке.

1        Виды водопритоков.

Водоотлив – удаление шахтных и карьерных вод из шахтных выработок. При подземной разработке месторождений твердых горючих ископаемых различают главный водоотлив, предназначенный для откачки общешахтного притока воды и участковый - для перекачки воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива (реже на поверхность земли). В редких случаях применяются центральный водоотлив, когда несколько шахт имеют общую водоотливную установку и региональный, обеспечивающий водоотлив всего района в целом.

Водоприток – поступление подземных и поверхностных вод в горные выработки. Водоприток подземных горных выработок зависит от обводненности месторождения и напора вод во вмещающих породах, от времени года. Приток воды в подземные горноразведочных выработки обычно не превышает 10 м3/час, в ряде случаев он может быть значительно меньшим, реже он достигает 40-50 м3/час и более.

Различают общий, участковый и забойный водопритоки.

общий водоприток в шахты и карьеры складывается: из притока подземных вод (водоносных горизонтов, дренируемых горными выработками); шахтных вод, поступающих из затопленных выработок и соседних шахт, технических вод, подаваемых для орошения, бурения скважин и др.; поверхностных вод и атмосферных осадков. Режим поступления воды в выработки зависит от совокупности взаимодействия природных (климатических, геоморфологических, геологических и гидрогеологических) и технологических (форма и размеры участка горных работ, глубина и интенсивность разработки месторождений, системы разработки) факторов. участковый водоприток на шахтах складывается из притоков в подготовительные выработки и в выработанное пространство выемочного участка. В подготовительные выработки вода поступает из залежей полезного ископаемого, водоносных горизонтов, залегающих непосредственно в кровле и в почве выработок или из дренажных скважин. В выработанное пространство вода поступает в основном из водоносных горизонтов, попадающих в зону водопроводящих трещин, из соседних отработанных участков и иногда с поверхности земли. забойный водоприток на шахтах складывается из притоков подземных вод и вод, поступающих из выработанного пространства непосредственно в призабойное пространство подготовительных и очистных выработок. Наибольший забойный водоприток наблюдается в случае, когда забой находится гипсометрически ниже, чем выработанное пространство.

2                Схемы водоотлива на шахте

ВОДООТЛИВ — удаление шахтных и карьерных вод из горных выработок.

Вода в забое выработки является одним из основных факторов, снижающих скорость и производительность горных работ, увеличивающих стоимость проходки горных выработок. Успешная работа с водой в значительной мере решает успех проходческих работ

Совокупность мероприятий и устройств, служащих для удалении воды ив выработки на дневную поверхность, называется водоотливом при проходке выработки или сокращенно - водоотливом.

Самотеком вода удаляется из наклонных выработок, проходимых снизу вверх (восстающих), а также из горизонтальных выработок, подошве которых придается продольный уклон от 0,002 до 0,008 в сторону устья. При этом в подошве горизонтальной выработки устраивают водоотводные канавки.

При вскрытии разведочного поля штольнями вся вода, поступившая в подземные выработки, уровень которых расположен выше высотной отметки устья штольни, удаляется на поверхность самотеком.

При значительных водопритоках в процессе проведения шурфов и стволов шахт вода удаляется из забоя выработки проходческими электрическими или пневматическими насосами по трубопроводам. Наибольшей подачей характеризуются стационарные насосные установки, которые размещают в подземных выработках, расположенных на разведочных горизонтах около стволов. Такие установки предназначены для откачки на поверхность по трубопроводам всей воды, поступающей из выработок горизонта.

При небольших водопритоках вода из вертикальной выработки может удаляться вместе с отработанной породой, для сбора просачивающейся воды в таком случае можно также устроить небольшой зумпф.

При подземной разработке различают главный водоотлив, предназначенный для откачки общешахтного притока воды, и участковый водоотлив — для перекачки воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива (реже непосредственно на поверхность земли). В редких случаях применяется центральный водоотлив, когда несколько шахт имеют общую водоотливную установку, и региональный, обеспечивающий водоотлив всего района в целом.

Водоотлив по схеме откачки воды на поверхность разделяется на прямой, когда откачка воды из главного водосборника производится сразу на поверхность, и ступенчатый, когда из нижних горизонтов через стволы (реже скважины) вода перекачивается в промежуточные водосборники вышележащих горизонтов и затем на поверхность (рис. 1).

Реже применяются другие схемы водоотлива: например, с передачей воды в расположенную выше (у ствола) насосную камеру, с перепуском воды из вышележащего горизонта и др.

В систему шахтного водоотлива входят:

устройства для регулирования внутришахтного стока (водоотводные канавки, трубопроводы, перекачные насосы), водосборники, насосные станции с водозаборными колодцами и водоотливными установками, с всасывающими и нагнетательными трубопроводами.

Устройства для регулирования стока внутришахтных вод включают трубопроводы и канавки для отвода воды в участковые и главные водосборники.

Шахтные водосборники и насосные камеры располагают с учётом гипсометрии подошвы полезных ископаемых, состава горных пород, схем вскрытия и других горно-геологических и горнотехнических условий. Насосная камера с водоотливными установками помещается у водосборника и соединяется с ним выработками. При притоке воды более 50 м3/ч главная водоотливная установка состоит из 3 одинаковых насосов (рабочего, резервного и находящегося в ремонте), каждый из которых рассчитывается на откачку за 20 часов суточного нормального притока. Всасывающая труба каждого из насосов при притоке воды до 100 м3/ч опускается в один общий водозаборный колодец, а при притоке более 100 м3/ч — в отдельные колодцы. Для главного водоотлива на шахтах (рис. 2) применяются в основном центробежные многоступенчатые секционные насосы в горизонтальном исполнении, допускающие содержание механических примесей в воде (частицы до 0,1-0,2 мм) до 0,1-0,2%.

КПД насосов изменяется в пределах 68-78%. Кислотоупорные насосы применяются при pH воды менее 5 или при содержании в ней свыше 100 мг/л свободной серной кислоты. Они могут соединяться параллельно и последовательно с заливочным и бустерным насосами.

Для участкового водоотлива в шахтах, кроме многоступенчатых центробежных насосов, используются также консольные центробежные, моноблочные и вспомогательные насосы (турбонасосы, электронасосные одновинтовые агрегаты, одноступенчатые центробежные горизонтальные насосы, центробежные горизонтальные консольные насосы). При откачке неосветлённых шахтных вод (с твёрдыми включениями крупностью до 20мм), очистке водосборников от шлама и на участковом водоотливе применяются шламовые насосы (вертикальные, суспензионные, магнетитошламовые и др.). Для подачи воды на поверхность в стволе шахты прокладываются минимум два става нагнетательных труб — один рабочий и один резервный; при двух одновременно работающих насосах прокладываются три става труб. Каждый став рассчитывается на выдачу нормального суточного притока не более чем за 20 часов; при повышенных притоках используются все ставы.

Водоотливные установки оборудуются аппаратурой автоматизации, контроля и защиты. Аппаратура автоматизации обеспечивает автоматическую заливку, пуск и остановку насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике, поочерёдную работу насосов, автоматических включение резервных насосов при аварийном подъёме уровня воды в водосборнике и неисправности работающего насоса, дистанционный контроль и сигнализацию об уровне воды в водосборнике. На угольных шахтах, опасных по газу и пыли, применяется аппаратура автоматизации во взрыво - и пылебезопасном исполнении. В качестве приборов контроля гидравлических показателей используются манометры и расходомеры. Для защиты насосов от гидравлических ударов при их остановке применяются специальные гасители ударов. Основные пути дальнейшего совершенствования водоотлива на шахтах: сокращение объёма и упрощение конструкции водосборников или применение бескамерного водоотлива с вертикальными погружными насосами и эрлифтами; совершенствование средств водоотлива для откачки на поверхность загрязнённой воды; полная механизация труда по транспорту оборудования, монтажу насосных агрегатов и трубопроводов, чистке водосборников и т. д.

3        Водоотлив при открытой разработке

Приток воды в поверхностные горние выработки (канавы, расчистки и т. п.) обусловливается исключительно атмосферными осадками. Водоотлив из таких выработок, в тех случаях, когда им приходится заниматься, обычно серьезных трудностей не представляет.

При открытой разработке система водоотлива состоит из устройства для регулирования внутрикарьерного стока, водосборников, насосных станций с водоотливными установками и с нагнетательными трубопроводами. Устройства для регулирования внутрикарьерного стока включают пригрузки для предотвращения деформаций рыхлых пород на участках просачивания подземных вод на откосах, водоотводные канавы или трубы для сбора воды на всех уступах и в выработанном пространстве и отвода воды вначале к участковым, а затем к главным

водосборникам.

В зависимости от местоположения главных водосборников карьерный водоотлив разделяется на:

открытый, подземный и комбинированный, включающий элементы открытого и подземного.

При открытом водоотливе водосборники с насосными станциями располагают на самых низких отметках карьера. Водосборники главных водоотливов сооружаются при притоках воды более 50 м3/ч и рассчитываются на приём не менее 3-часового нормального притока воды. Насосные станции сооружают у водосборников и оборудуют водоотливными установками, производительность которых должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды за 20 часов; дополнительно предусматриваются резервные насосы. В районах, где притоки ливневых вод могут в несколько раз превышать нормальные, насосы главных водоотливов выполняют плавучими.

При открытом водоотливе на обводнённых карьерах применяют в основном высокопроизводительные низконапорные насосы. Нагнетательные трубопроводы прокладываются на нерабочих бортах карьеров. В зимнее время водоотливные установки, нагнетательные трубопроводы, а также водоотводные канавы защищаются от промерзания. При подземном водоотливе в карьере вода перекачивается или отводится в специальные дренажно-водоотводные выработки (штреки), пройденные с уклоном в сторону водосборника с насосной камерой, откуда она откачивается насосами на поверхность через водоотливные стволы или скважины в поверхностные водотоки или водоёмы. При этом используются в основном те же насосы, что и при шахтном водоотливе. При проходе шахтных стволов и разрезных траншей применяются вспомогательные насосы (центробежные спиральные, секционные, консольные, турбонасосы и др.) производительностью 5-130 м3/ч и напором 30-100 м.