книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки
..pdfне реже одного раза в сутки осматриваться работниками, назначен ными главным механиком шахты, и не реже одного раза в неделю — главным механиком шахты;
10) своевременный ремонт водоотливных установок является условием надежной и безопасной эксплуатации оборудования. Пла новый ремонт необходимо производить в соответствии с «Положе нием о планово-предупредительном ремонте оборудования и транс портных средств угольной и горнорудной промышленности».
При проведении ревизий, наладок и эксплуатационных испыта ний необходимо соблюдать следующие требования по технике без опасности [35] :
1)контрольно-измерительные приборы должны устанавливаться
вместах, наиболее безопасных для их обслуживания;
2)перед установкой приборов закрывается задвижка на нагне тательном трубопроводе и выключается электродвигатель;
3)включение дифференциальных манометров следует произ водить медленным открыванием кранов для того, чтобы избежать разрыва стеклянных трубок;
4)измерение мощности, потребляемой из сети электрической
энергии, должно производиться с участием мастера-электрика и с соблюдением всех правил техники безопасности при работе на установках, находящихся под током высокого и низкого напряжения; 5) особое внимание должно быть обращено на исправное состо яние механизмов и приспособлений для сборки и разборки насосов
(лебедок, талей, домкратов, тросов и т. д.).
Г л а в а X
ПЕРЕДВИЖНЫЕ ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ § 1. Водоотлив при проходке горных выработок
Для водоотлива при проходке горных выработок применяются передвижные водоотливные установки. Темпы проходки горных выработок в значительной степени зависят от правильного выбора водоотливных средств.
Проходческий водоотлив имеет следующие особенности:
1)переменный приток воды;
2)постоянное перемещение водоотливных средств, обусловлен
ное производством взрывных работ и продвиганием забоя проходки; 3) переменная длина всасывающего и нагнетательного трубо
проводов; 4) размещение водоотливной установки на ограниченной пло
щади;
5) отсутствие водосборника и предварительной очистки воды от механических примесей;
6) водоотливная установка работает во влажной атмосфере. Вышеперечисленные особенности работы проходческих установок определяют применение в качестве водоотливных средств насосов с износоустойчивыми деталями, без сложных регулировочных уст
ройств и не требующих особого ухода.
Откачка воды из забоя проходки на поверхность осуществляется следующими способами.
1. Водоотлив бадьями. Бадьи заполняются водой с помощью переносных низконапорных насосов и затем поднимаются на по верхность для разгрузки. Этот способ водоотлива применяется при притоках воды не более 3—6 м3!ч.
2. Гидроэлеваторный и эрлифтный водоотлив. Гидроэлеваторы при проходке имеют ограниченное применение ввиду малой эконо мичности. Их можно использовать при проходке стволов малого сечения, где размещение насосов затруднительно. В некоторых случаях, при наличии на шахте сжатого воздуха, возможно приме нение эрлифтов. Для этого необходимо иметь в забое достаточно глубокую буровую скважину.
3. Водоотлив с помощью насосов. В качестве проходческих на сосов применяют горизонтальные и вертикальные центробежные, поршневые и винтовые насосы. Поршневые насосы используют при проходке и углубке шахт с притоками до 30—40 м31ч и напоре до 200 м вод. cm. При притоках более 30—40 м3/ч широко исполь зуют центробежные насосы. При этом чаще используют вертикаль ные подвесные насосы (см. рис. 72), которые монтируют на специаль ной раме и подвешивают на канате, а иногда и горизонтальные, устанавливаемые на подвесных полках. Для уменьшения притока воды в забой применяют предварительное осушение, а также улавли вание воды в стволе выше забоя.
§ 2ШСхемы проходческого водоотлива
Основные схемы водоотлива при проходке стволов представлены на рис. 124. Водоотливная установка (рис. 124, а) состоит из водоулавливающего желоба 2, эрлифта с петлей 2, трубопровода сжа того воздуха 5, смесителя эрлифта 4. Одноступенчатая схема водо отлива с использованием подвесного насоса 1 показана на рис. 124, б. Если глубина ствола больше напора насоса, применяют двухсту пенчатую схему водоотлива (рис. 124, в). Подвесной насос 1 подает воду в водосборник перекачной станции, оборудованной горизон тальными центробежными насосами 2, которые транспортируют ее на поверхность. Иногда применяют последовательную работу двух насосов (рис. 124, г) при достаточном сечении ствола. На рис. 124, д показана двухступенчатая схема водоотлива с буферным
Рис. 124. Основные схемы водоотлива при проходке стволов
баком. Забойный насос 1 подает воду в бак 2, откуда она с помощью подвесного насоса 3 выдается на поверхность. Многоступенчатые схемы водоотлива (рис. 124, е) используют при проходке стволов глубоких шахт.
При проектировании проходческих водоотливных установок часовую подачу насоса Q определяют по формуле
Q = ^ ( h + ^ ) - W i |
(155) |
где к — коэффициент неравномерности притока воды в забой (к =
= 1,3 |
+ 1,5); |
q — средний приток воды, м3/ч; |
|
11 — время |
останова насоса, необходимое для подъема насоса |
перед взрыванием шпуров, проветривания забоя и спуска |
|
насоса |
= 0,75 — 1,25 ч); |
12 — время откачки воды насосом;
W — количество воды, находящейся в порах взорванной породы,
м®.
§3. Электрооборудование и автоматизация проходческих водоотливных установок *
Вкачестве привода насосов проходческого водоотлива приме
няются асинхронные короткозамкнутые двигатели вертикального и горизонтального исполнения. Их пуск осуществляется прямым включением в сеть. В качестве пусковой аппаратуры используют серийные магнитные пускатели взрывобезопасного или защищенного исполнения. Автоматизация насосных агрегатов проходческого во доотлива осуществляется по типовым, а в некоторых случаях и по индивидуальным проектам. Для условий угольной промышленности разработаны две типовые схемы автоматизации АВ-7 и АВ-5. Аппа ратура АВ-7 предназначена для автоматического управления про ходческими подвесными и перекачными водоотливными установками, состоящими из одного или двух насосов с короткозамкнутыми дви гателями мощностью до 120 кет. Аппарат управления изготавли вается в нормальном исполнении; он предназначен для установки на поверхности.
Гидравлическая схема упрощенная — обратный клапан и упра вляемая задвижка на нагнетательном трубопроводе не устанавли ваются.
Для заливки насосы располагают ниже верхнего уровня воды в водосборнике или используют баковые аккумуляторы.
Схема и аппаратура АВ-7 обеспечивают выполнение основных функций, предъявляемых к автоматизированным водоотливным уста новкам.
* § 3 написан доц. Ю. Г. Весниным.
Контроль за уровнем воды в водосборнике осуществляется про ходческим реле уровня типа РУНП-1 (рис. 125). В герметический корпус 1 из листовой стали встроена резиновая мембрана 2. Внутри корпуса помещен шток 3 с противодействующими пружинами 4
ирычагом 5, воздействующими на штыри микропереключателей НУ
иВУ . Реле подвешивается в водосборнике на требуемом уровне. При заполнении водосборника резиновая мембрана давлением воды прогибается и перемещает шток, рычаг которого воздействует на микропереключатель ВУ. После откачки воды рычаг штока воздей ствует на микропереключатель НУ. Контакты микропереключателей В У и НУ кабелем (на схеме не указаны) включены в схему управления.
Рис. 125. Схема реле уровня типа РУНП-1
Настройка реле на требуемые уровни срабатывания осуществляется предварительным сжатием пружин 4. Контроль за подачей насоса осуществляется реле подачи флажкового типа РПФВ-1, которое устанавливается на поверхности в конце напорного става. При этом гидравлическая защита срабатывает не только при снижении подачи, но и при повреждении напорного трубопровода. В качестве пусковых аппаратов применяются магнитные пускатели ПМВ-57 или ПМВ-65.
Выбор режима работы схемы автоматизации АВ-7 осуществляется тумблером Т (рис. 126). При перестановке его в положение А (авто матическое) промежуточное реле ПР не возбуждено и своими кон тактами готовит цепи автоматического управления. При повышении уровня воды до верхнего замыкается контакт ВУ в цепи катушки реле напряжения PH , последнее возбуждается, создает цепь самопитания через контакт НУ, готовит цепи питания реле автомати ческого включения насосных агрегатов 1РА, 2РА и реле гидравли ческой защиты 1РГ, 2РГ, а также включает двигатель программного реле времени СД. При повороте дисков программного реле на 15°
замыкается контакт К 3> возбуждается реле |
1РА, которое |
вклю |
|
чает магнитный пускатель первого |
насоса. |
При повороте |
дисков |
на 150° (через 1,5 мин) размыкается |
контакт Къ — двигатель СД |
отключается и замыкается контакт /Гв, который готовит цепь реле
гидравлической защиты 1РГ. Если к моменту замыкания контакта К в насос развил нормальную производительность, контакт РПФВ разомкнется и реле 1РГ не возбудится. Система войдет в нормальный режим работы. В конце цикла размыкается контакт #У , реле PH теряет питание, отключает двигатель насоса и включает двигатель
^3808
ЬПР
г2РА
Диаграмма замыканий контакmod программ ного реле
программного реле. Диски совершают доворот до 180°, схема при ходит в исходное состояние для пуска второго насоса.
Если к концу пуска первый насос не развил нормальную по дачу, контакт РПФВ к моменту замыкания K Qостанется замкнутым, возбуждается 1РГ, которое своими контактами создаст цепь самопитания, отключит двигатель первого насоса, включит сигнальную лампу, создаст цепь питания двигателя СД в обход контакту К 6. Программное реле обеспечит запуск второго насоса.
Аппаратура АВ-5 предназначена для автоматизации вспомога тельных установок проходческого водоотлива с одним насосом (на пример, водоулавливающих станции). В отличие от АВ-7, не имеет гидравлической защиты, что позволило предельно упростить схему автоматического управления.
Г л а в а XI
НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ ШАХТНЫХ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Задачи в области шахтного водоотлива в основном сводятся к сле дующему.
1. Повышение экономичности и срока службы шахтных центро бежных насосов. В практике шахтного водоотлива необходимо применять в обычных условиях центробежные насосы с п8 = 100— 150, так как в этом случае могут быть удовлетворены требования, предъявляемые к шахтным центробежным насосам в отношении напорности и экономичности. В особых условиях (сильно загрязнен ная вода, неблагоприятный тепловой режим, большая газообильность и др.) следует разрабатывать специальные технические сред ства водоотлива: ступенчатые эрлифтные установки, центробежные насосы с пневмоприводом и др.
2.Исследование и разработка конструкций износостойких про ходческих и глубинных насосов для откачки неосветленных шахт ных вод.
3.Механизация и автоматизация всех процессов обслуживания шахтного водоотлива (чистка водосборников, трубопроводов и др.).
4.Совершенствование гидравлических и электрических схем автоматизации с использованием блочного принципа; создание надежных технических средств для автоматизации водоотливных установок.
5. Особого внимания требует решение проблемы водоотлива из глубоких шахт. Научно-технический семинар по водоотливу глубоких шахт, состоявшийся в г. Донецке в декабре 1964 г., на основе имеющегося опыта принял рекомендации для проектных ор ганизаций с учетом современных технических возможностей, а также наметил пути дальнейшего совершенствования электромеханического оборудования глубоких шахт [И].
Раздел четвертый
РУДНИЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ УСТАНОВКИ
Г л а в а I
СВОЙСТВА ШАХТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СЕТИ
Внешней сетью рудничной вентиляторной установки главного проветривания является сложная сеть разветвленных горных выра боток, в которых вследствие движения воздуха, вызываемого ра ботой вентиляторов или естественной тягой, происходит необходи мый воздухообмен, называемый вентиляцией.
Расход воздуха на действующих угольных шахтах достигает 400 мъ!сек, а согласно проектным данным следует ожидать 700 м*1сек. На рудных шахтах расход воздуха достигает 1000 мг1сек. В процессе эксплуатации шахты расход воздуха, необходимый для проветри вания, может оставаться постоянным или меняться вследствие из менения производительности шахты или повышения газовыделения и температуры горных пород при переходе на более глубокие гори зонты. На рудных шахтах ввиду необходимости форсированного проветривания выработок после массовых взрывных работ расход воздуха может быть переменным в течение суток. По данным про ектных организаций, расход воздуха для большинства шахт (75— 80%) за время их эксплуатации остается постоянным, и только у небольшого числа шахт (20—25%) он изменяется, увеличиваясь на 30—50% и редко более.
Вентилятор перемещает воздух, не только поступающий в шахту, но проходящий через неплотности в надшахтном здании, вентиля ционном канале, перекрывающих и реверсивных устройствах и др. Отсутствие достаточной герметизации этих устройств вызывает
протечки |
воздуха. Количество воздуха, поступающего в |
шахту |
и через |
поверхностные неплотности, является подачей вентилятора |
|
|
Q = Qm+ AQ. |
(156) |
Величина поверхностных протечек воздуха согласно существу ющим нормам не должна превышать 10% производительности вен тилятора.
Разность статических давлений в устьях стволов шахты, равная потерям давления потока воздуха в выработках шахты, называется депрессией шахты. Канал, соединяющий ствол шахты с вентиля тором, являясь частью внешней вентиляционной сети, также об ладает аэродинамическим сопротивлением. Сумма потерь давления потока воздуха в выработках шахты hm и в канале йк называется депрессией всей шахтной вентиляционной сети:
h = hmJr Ав. |
(157) |
Депрессия угольных шахт, особенно при большой глубине, ма лой мощности пластов, большой производительности, при централь ной схеме проветривания и ведении горных работ у границ шахтного поля, может достигать 4500—5000 н/м2, а в некоторых случаях и больших значений. Депрессия рудных шахт при форсированном проветривании достигает 7000 н/м2.
В процессе эксплуатации шахты величина депрессии шахтной вентиляционной сети изменяется как в связи с изменением расхода воздуха, так и вследствие изменения длины и конфигурации горных выработок и состояния их крепления, достигая максимального
Рпс. 127. График изменения эквивалентного от верстия шахты
своего значения при ведении горных работ у границ шахтного поля на наиболее глубоком горизонте.
При наличии естественной тяги, в зависимости от ее направления в шахтной вентиляционной сети, может возникнуть положительное или отрицательное противодавление. В большинстве случаев про тиводавление в вентиляционной сети шахты, вызываемое естествен ной тягой, незначительно и им обычно пренебрегают. Тогда харак теристика сети выражается уравнением (16).
Величина эквивалентного отверстия вентиляционной сети зави сит от конфигурации, длины, формы поперечных размеров и состоя ния горных выработок, по которым перемещается воздух. Характер ной особенностью шахтной вентиляционной сети является непрерыв ное изменение эквивалентного отверстия. На рис. 127 представлен график изменения эквивалентного отверстия во времени при отра ботке шахтного поля от ствола к границам. Резкое увеличение эквивалентного отверстия соответствует времени перехода работ на новый горизонт. При прямой отработке шахтного поля эквива лентное отверстие бывает максимальным в начале эксплуатации шахты и минимальным в конце эксплуатации, а при обратной отра ботке поля — наоборот.
Амплитуда колебаний эквивалентного отверстия X, равная отно шению максимального его значения к минимальному, за время эксплуатации шахты оказывает существенное влияние на выбор вентиляторов, двигателей, способов регулирования и на расход энергии вентиляторной установкой. Для действующих и проекти руемых шахт значение X при центральной схеме проветривания равно 1,8—2,3, при диагональной схеме проветривания 1,2—1,5.
Величина эквивалентного отверстия вентиляционных сетей суще
ствующих шахт лежит в пределах А = 0,5 -г- 5 м2. |
|
|
|
отвер |
||||||||
|
|
Различным |
эквивалентным |
|||||||||
|
стиям |
соответствуют |
разные |
характе |
||||||||
|
ристики |
вентиляционной |
сети. |
На |
||||||||
|
рис. 128 построены три характеристики |
|||||||||||
|
при эквивалентных |
отверстиях |
А, А г |
|||||||||
|
и |
А 2, |
причем |
А г ^> A, |
a |
i |
2 < 4 , |
|||||
|
т. е. чем |
меньше эквивалентное отвер |
||||||||||
|
стие сети, |
тем |
круче |
располагаются |
||||||||
|
характеристики. |
|
параметров |
вен |
||||||||
|
|
При |
изменении |
|||||||||
|
тиляционной сети — расхода |
и |
экви |
|||||||||
|
валентного |
отверстия — необходимая |
||||||||||
|
депрессия |
|
при |
новом вентиляционном |
||||||||
|
режиме может быть определена по |
|||||||||||
|
уравнению (15) или из соотношения |
|||||||||||
|
старой и новой депрессий, получаемого |
|||||||||||
|
из того же |
уравнения. |
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 128. |
Характеристики |
Изменение параметров внешней сети |
||||||||||
шахтной вентиляционной сети за |
время |
|
эксплуатации |
шахты может |
||||||||
|
быть следующим: |
|
|
|
|
|
|
1) увеличение расхода воздуха при постоянном эквивалентном отверстии сети (режимы в точках 1 и 2), при этом новая депрессия сети будет
A2 = 4 ç r ) 2; |
(158) |
2) увеличение или уменьшение эквивалентного отверстия сети при постоянном расходе воздуха (режимы в точках 1 и 3 или 1 и 4). Этот случай наиболее распространен на практике, при этом депрес
сия сети будет |
|
|
h3 = h l ( ^ T |
или ^4= /li('^ r)2; |
(159) |
3) увеличение или уменьшение эквивалентного отверстия сети при увеличении расхода воздуха (режимы в точках 1 и 5 или 1 и 6). Новая депрессия сети будет