Способ осветления шахтной воды Советский патент 1992 года по МПК E02D19/10 

Изобретение относится к понижению уровня грунтовых вод в строительстве, в частности к водоотливуИЗ шахтных выработок.

Повсеместно распространен способ 1 осветления шахтной воды на водоотливной установке с горизонтальным водосборником. Основной его недостаток обусловлен тем. что ветви водосборников служат одноВ:ременно для накопления воды и осаждения содержащегося в ней шлама.- -В процессе ее откачки при снижении уровня воды в водосборнике все более повыша1отсй скорости течения потока вдоль днища водосборника и ранее осевшее твердое взмучивается и выносится в приемные колодцы. В результате замучиваются всасы насосов, развиваются кавитационные режимы их работы и гидроэбразивный износ проточной части.

Известен способ 2 осветления шахтной воды с образованием в днище водосборника на его входу углубления, являющегося предварительным отстойником. В зтом случае часть твердого задерживается в отстойнике, однако заиление водосборника и колодцев при этом совершейно не исключается. Кроме того образование такого отстойника связано с существенными дополнительными капзатратами. причем в условиях действующих водоотливов его выполнение весьма затруднительно. Известен также способ, в котором предварительный отстойник на входе в водосборник образован путем установки водонепроницаемой переливной перемычки. В этом случае днища отстойника и водосборника находятся на одном уровне. Однако и в этом случае при некотором наполнении отстойника шламом имеет место интенсивный вынос его в водосборник. Обусловлено это тем. что использование упомянутой перемычки обуславливает перелив притока через нее. что в свою очередь приводит к неравномерному распределению скоростей потока в самом отстойнике. Причем в поверхностных

слоях поток имеет скорости, близкие к нулевым, а в средних слоях, ближе к днищу отстойника, скорости максимальны, что является основной причиной взмучивания и выноса шлама сверх перемычки в водосборник.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является способ осветления шахтной воды, включающий забор воды из общешахтного притока с подачей ее в виде узкого потока на горизонтальную или наклон1 ую щелевидную площадку, размещаемую выше потолка водосборника перед входом в него. Далее осуществляется перелив осветленной воды в водосборник и в водозаборный колодец с выдачей ее насосами водоотлива на поверхность. Способ оперативен в реализации, что весьма важно для действующих установок с горизонтальными водосборниками, Однако одновременно ему присущи и существенные недостатки. Прежде всего, его применение обуславливает некоторую повышенную напряженность работы водоотлива,-так как использование щелевидной перегородки перед самым входом в водосборник (действующей установки) не позволяет .обеспечитьдостаточнойемкостишламоприемника. В этой связи требуется постоянная и непрерывная уборка накапливающегося шлама, что в свою очередь требует постоянного наличия транспортных средств, а это не всегда возможно. Кроме того, способ усложнен, так как требует кроме наличия самой перегородки использова ния шламоприемника, ряда перемычек, уступа, определенного угла наклона. И, наконец, способ не обеспечивает достаточной эффективности очистки воды, поскольку практически все частицы твердого с размерами, меньшими величины щелей перегородки, уносятся в водосборник и приемные колодцы.

Цель изобретения - повышение эффекТ1/ЮНОСТИ.

Цель достигается тем, что в способе осветления шахтной воды, включающем забор воды из общешахтного притока, подачу ее в водосборник-отстойник в виде узкого потока и перелив осветленной воды в водозаборный колодец, подачу воды в водосборник-отстойник ведут путем разделения ее потока на отдельные струи, а перелив осветленной воды осуществляют посредством по крайней мере одного фильтра-перемычки с оборудованием перепада уровня воды в водосборном колодце, равном 0,30,6 м.

На фиг.1 приведена схема водоотливной установки с одним фильтром-перемычкой; на фиг.2 - то же, с двумя фильтрами-перемычками.

Схема включает насосную камеру 1 с

насосами 2, водосборник 3, канавку 4, приемный колодец 5, предварительный отстойник 6, являющийся частью самой выработки водосборника 3 и образованный щелевид0 ной перегородкой, установленной в промежуточном его участке в виде вертикального или наклонного переливного фильтра-перемычки 7 с образованием зазора между ним и потолком водосборника.

5На фиг.2 представлен вариант с оснащением двумя установленными последовательно друг за другом вдоль водосборника 3 фильтрами-перемычками 7,

Кроме того, в обоих вариантах к выходу

0 из канавки 4 подключен трубопровод 8. выход из которого размещен в промежуточном сечении участка между канавкой 4 и фильтром-перемычкой 7, т.е. во второй половине отстойника 6. Выход из трубопровода 8 вы5 полней дырчатым с образованием на части его длины отверстий 9,

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

После очередного осушения водосборника 3 и очистки отстойника 6 снова осуществляют забор воды из общешахтного притока, поступающей по канавке 4, подачу ее в отстойник 6 и водосборник 3 в виде узкого потока с помощью трубопровода 8 и

5 перелив осветленной воды в колодец 5. При этом подачу воды ведут путем разделения ее потока на отдельные струи, образуемые на выходе из отверстий 9, а перелив осветленной воды осуществляют посредством по

0 крайней мере одного фильтра-перемычки 7 с образованием перепада Ah уровня воды, равном 0,3-0,6 м. Последний образуется вследствие некоторого определенного сопротивления движению потока по выработке водосборника 3, оказываемого фильтром-перемычкой 7, Благодаря этому уровень воды в отстойнике 6 в первый момент заполнения резко повышается (до 0,30,6 м). За счет соответствующего выбора

0 сопротивления фильтра-перемычки 7 поперечное сечение потока в отстойнике 6 в начальный период наполнения может быть заметно больше, а скорости меньше, чем в остальной части водосборника 3 (за фильт5 ром-перемычкой 7). А это наряду с равномерным полем скоростей потока в сечениях отстойника 6 (обуславливаемым равномерным распределением щелей) является одним из основных факторов, обеспечивающих эффективное осаждение

твердого в отстойнике 6. в том числе ив моменты минимальных заполнений водосборника 3. Дальнейшее увеличение наполнения его участка за фильтром-перемычкой 7 осуществляется путем проникновения во-. ды сквозь щели последнего, при этом уровень ho будет оставаться выше уровня he в водосборнике 3 за фильтром-перемычкой 7.

Однако в процессе увеличения he сама величина Ah постепенно снижается благодаря общему снижению скоростей потока при протекании его через фильтр-перемычку 7. В случае же возможного увеличения притока, при любом наполнении водосборника 3 (но самое главное при минимальном его наполнении) величина А h автоматически повысится, что весьма важно для поддержания требуемого уровня скоростей в пределах отстойника 6. При предельном заполнении водосборника 3, когда вода будет поступать уже и сверху фильтра-перемычки 7, уровни в обеих частях водосборника 3 могут сравняться. (Однако последний случай на практике будет реализовываться редко, поскольку обычно при нормальной работе водоотлива водосборники не заполняются более, чем на 50-70% их высоты).

После заданного наполнения водосборника 3 включаются насосы 2 и происходит его осушение. При этом одновременно со снижением he уменьшается и ho, но теперь с постепенным повышением величины Ah, которая снова становится максимальной (в пределах 0,3-0,6 м) в момент полного осушения водосборника 3 за фильтром-перемычкой 7. Таким образом скорости течения в пределах отстойника 6 сохраняются на заданном уровне, а вся часть отстойника 6 выше ho Ah осушается и является таким образом активной частью водосборника 3Если полностью прекратить поступление притока в отстойник 6, что необходимо, например, для целей его периодической очистки или ремонта водосборника 3, вода из отстойника 6 при любом заполнении его шламом постепенно (в течение нескольких часов или суток в зависимости от объема отстойника 6 и массы накопленного в нем шлама) уходит-через фильтр-перемычку 7 в сторону колодца с обезвоживанием шлама, за счет чего весь объем в принципе быть обезвожен; таким образом в подобном отстойнике 6 (в условиях постоянно меняющего уровня воды в водосборнике 3) обеспечиваются достаточно благоприятные условия для осаждения (улавливания) твердого. Одновременно сохраняется достаточно свободная гидравлическая связь с остальной частью водосборника 3, позволяющая осушать значительный объем отстойника 6 и при необходимости обезвоживать шлам в нем. Функция фильтра-перемычки 7 заметно расширяется. С одной стороны, в определенный период эксплуатации он обеспечивает поддержание благоприятных условий для гравитационного осаждения твердого, без включения в работу функции отфилътровывания твердого, с другой, после некоторого наполнения шлама в отстойнике 6 будет иметь место перенос частиц твердого из глубины отстойника 6 в направлении к фильтру-перемычке 7. В этом случде последний будет обеспечивать непосредственное задерживание твердого, т.е. выполнять непосредственную функцию фильтрующей перемычки. При этом, естественно, будут иметь место процессы забивания щелей фильтра-перемычки 7, отложения твердого перед ним, охватывающий (по мере увеличения массы шлама в отстойнике 6) все большую площадь фильтра-перемычки 7 (начиная от днища отстойника б). В данном способе этот процесс не является недостатком, поскольку автоматически по мере роста массы и высоты Н осаждаемого шлама будет расти и сопротивление фильтра-перемычки 7 с увеличением при этом hp. Данный фактор следует считать положительным, поскольку для поддержания низких скоростей в отстойнике 6 при возрастании высоты Н шлама требуется и соответствующее повышение-ho уровня воды в отстойнике 6. Это целесообразно и в том плане, что по мере заполнения отстойника 6 шламом все большая его часть как бы все равно отнимается у водосборника 3 и уже нет необходимости в ее непосредственной гидравлической связи сквозь фильтрперемычку 7 с осушаемой частью водосборника 3.

Очистка отстойника 6 осуществляется с помощью одного из известных способов, после чего фильтр-перемычка 7 очищается и его первоначальные функции, заключающиеся в частности в гидравлическом сообщении отстойника 6 с остальной частью водосборника 3, восстанавливаются.

При очищенном состоянии отстойника 6 часть его объема свыше А h как бы сновЗ возвращается водосборнику 3 и может длительное время использоваться как активная, наполняемая и осушаемая, его емкость, для чего и целесообразна очистка фильтра-перемычки 7. При этом одновременно следует подчеркнуть, что в принципе путем соответствующего выбора длинь( отстойника 6, сопротивление сита фильтра-перемычки 7 и режима эксплуатации и очистки отстойника 6 можно обеспечить, чтобы забивание щелей фильтра-перемычки 7 полностью предотвращалось или оно происходило бы весьма медленно. Одним из главных условий в данном способе для этого является то. что для осаждения и накапливания массы шлама можно использовать только нижнюю, малую по высоте часть отстойника 6. Возможность эффективного осаждения твердых частиц и накопления больших масс шлама может быть обеспечена за счет принятия соответствующей длины отстойника 6. Сама же возможность принятия повышенной его длины (а значит, и площади осаждения) обеспечивается именно тем, что верхняя часть емкости отстойника 6 (объем которой можно Обеспечить не менее 50-70% от общей его емкости) осушается одновременно с остальной частью водосборника 3. Последнее же обусловлено возможностью выбора приемлемого уровня сопротивления фильтра-перемычки 7 (т.е. сопротивления щелевого сита), что в конечном итоге является основным фактором, обеспечивающим возможность эффективной работы установки по данной схеме.

Вторым важным условием, естественно, является своевременное удаление накапливающегося шлама, что в принципе достижимо путем применения ряда известных способов (наиболее эффективно использование гидроэлеваторных установок). В общем случае все же при выборе места установки фильтра-перемычки 7 необходимо исходить из того, чтобы максимально отнимаемая от водосборника 3 часть отстойника 6., определяемая допустимой высотой шлама Ни длиной отстойника 6, не превышала 15% от общей емкости водосборника 3, что обусловлено ПБ. Для осуществления эффективного осаждения твердого (вплоть до частиц с размером 0,1 мм)упомянутый объем в данном схеме вполне приемлем (поскольку он может быть обеспечен именно за счет увеличения длины отстойника 6 при малой средней высоте накапливаемой массы шлама в нем).

Отличием работы установки при оснащении ее двумя фильтрами-перемычками 7 (фиг.2) является некоторое увеличение общего сопротивления движению воды в водосборнике 3, в результате чего величинаД h (Ah- Ahi + Дh2) дополнительно повышается. Необходимость в подобном увеличении сопротивления (в пределах Д h 0,3-0,6 м) может возникнуть по разным причинам: например, из-за повышенного содержания твердого в притоке или вследствие отсутствия на момент монтажа сит с требуемым сопротивлением.

Использование трубопровода 8 с размещением выхода в промежуточном участке отстойника 6 позволяет часть притока подводить в виде струй непосредственно ко второй половине отстойника 6. А это в свою очередь дополнительно снижает скорость течения в первой половине его с естественным улучшением процесса осаждения в ней. При этом, если в притоке содержится достаточно большое количество крупного твердого, целесообразно подключать трубопровод к нижней, донной части канавки 4. Тогда во вторую половину отстойника 6 будет поступать, в основном, крупное твердое, которое и при достаточно высоких скоростях потока (до 100 мм/с) во второй половине отстойника 6 будет эффективно осаждаться еще на некотором расстоянии от фильтра-перемычки 7. Одновременно же создаются благоприятные условия и для осаждеНия мелкодиспер ного твердого, поступающего из канавки 4 непосредственно в начальную часть отстойника 6, где скорости потока будут снижены.

Выполнение выхода из трубопровода 8 дырчатым с образованием на части длины отстойника 6 ряда струй обеспечивает более равномерное по длине отстойника 6 оседание крупного твердого. Оседающая масса одновременно служит некоторой преградой для перемещения уже осевшего ранее мелкодисперсного твердого в сторону фильтраперемычки 7.

Таким образом предлагаемое решением сочетает в себе эффективное использование принципа гравитационного осаждения твердого на днище с использованием в отдельные периоды и фильтрующей функции фильтра-перемычки 7. При этом существенно, что и в реализации данный способ существенно проще. Практически достаточно щелевое Ьито (с расчетным сопротивлением) установить на требуемом расстоянии поперек водосборника 3, закрепив к его стойкам. С учетом необходимости транспортирования по стволу шахты и выработкам эта операция может занять не более одной смены. В (го же время требуется подготовка ряда дополнительных элементов (опорной металлоконструкции, перемычек, уступа), что увеличивает капитальные затраты и время ввода в работу. Кроме того, эффективность улавливания твердого в данном решении, как отмечалось, также существенно выше. В итоге можно считать, что предлагаемое решение повышает в целом эффективность работы водоотлива и упрощает требуемую для реализации его конструкцию и образование (монтаж) емкости отстойника 6. При этом, хотя данное

решение рассчитано на горизонтальные водосборники, в принципе оно применимо и при наклонных их типах. Следует отметить также, что благодаря аффективной защите водосборника 3 и колодцев 5 от попадания шлама появляется возможность ликвидации приемных сеток на всасывающих трубопроводах насосов 2. А это в свою очередь резко уменьшает сопротивление их с улучшением антикавитационных качеств насосов, что является существенным дополнительным достоинством данного решения. И в заключении необходимо упомянуть о том, что реализация данного способа наиболее рациональна с использованием серийно изготавливаемых щелевых сит. Последние выпускаются с зазором щелей в диапазоне от 0,3 до 1 мм. Коэффициент живого сечения составляет при этом 0,9-27%. Указанные параметры сит обеспечивают, с одной стороны, требуемые фильтрационные качества, а с другой, необходимый уровень сопротивления, обеспечивающий повышенную величину перепада Л h при минимальных заполнениях водосборника 3 и постепенное уменьшение ее до нуля при дальнейшем наполнении последнего. Сита изготавливаются из нержавеющих сталей или латуни и достаточно прочны и износостойки. Щели сит легко очищаются от засорений с помощью металлических щеток и поэтому зазор их сохраняется в процессе всего срока эксплуатации. Сами сита при использовании для образования фильтровперемычек 7 можно устанавливать как вертикально, так и наклонно по отношению к горизонту и боковым стенкам водосборника 3, в некоторых случаях рациональным может оказаться сочетание установки фильтров-перемычек 7 в комбинации с частичным выполнением его водонепроницаемым. Экспериментально установлено, что приемлемое значение А h при полном осушении водосборника 3 (за фильтром-перемычкой 7) составит 0,3-0,6 м при любых практически притоках воды./

Формула изобретения Способ осветления шахтной воды, включающий забор воды из общешахтного притока, подачу ее в водосборник-отстойник в виде узкого потока и перелив осветленной воды в водозаборный колодец, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, подачу воды в водосборник-отстойник ведут путем разделения ее потока на отдельные струи, а перелив осветленной воды осуществляют посредством по крайней мере одного фильтра-перемычки с образованием перепада уровня воды в водосборном колодце, равном 0,3-0,6 ;М.

Изобретение относится к понижению уровня грунтовых вод в строительстве, в частности к водоотливу из шахтных выработок, и направлено на повышение эффективности. Это достигается подачей воды в водосборник-отстойник с разделением ее потока на отдельные струи.. Перелив осветленной воды осуществляют посредством по крайней мере одного фильтра-перемычки с образованием перепада уровня воды в водосборном колодце, равном 0.3-0.6 м. 2 ил.

7/777

7//// / //// / / / 77

иг.2