Водоотливная шахтная установка Советский патент 1992 года по МПК E02D19/10 

1

(21)4898848/33 (22)02.01.91 (46)23.09.92. Бюл. №35

(71)Донецкий политехнический институт

(72)В. В. Пак и Д. Э. Антонов

(56)Авторское свидетельство СССР № 621901, кл.Е 21 F 17/00, 1976

Авторское свидетельство СССР № 1217992, кл. Е 02 D 19/00, 1984 (прототип).

(54) ВОДООТЛИВНАЯ ШАХТНАЯ УСТАНОВКА

(57)Использование: водоотлив из заглубленных выработок в строительстве и горнодобывающей промышленности. Сущность

изобретения: установка содержит насосную камеру с насосами, приемный колодец, соединенный с ним водосборник. Размещенное в пределах последнего приспособление для взмучивания твердого осадка, которое выполнено в виде последовательно установленных вдоль водосборника поперечных перегородок с перепускными зазорами над днищем водосборника. Перепускные зазоры могут иметь увеличивающуюся от приемного колодца площадь живого сечения, а каждая перегородка - частичное перекрытие ширины ее перепускного зазора. Перекрытия перепускного зазора размещаются вдоль водосборника в шахматном порядке 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к шахтному и рудничному водоотливу и может быть использовано на водоотливных установках шахт и рудников, а также в других отраслях горнодобывающей промышленности.

Известна водоотливная шахтная установка 1, включающая насосную камеру с насосами водоотлива, регулировочный вертикальный водосборник, расположенный ниже наклонного аварийного водосборника. При нормальной работе установки приток с содержащимся в нем твердым поступает в регулировочный водосборник При этом, за счет достаточно эффективного смыва шлама, аварийный водосборник поддерживается в очищенном состоянии Одновременно же при этом резко усложняется организация процесса всасывания воды насосами водоотлива из-за существенного увеличения геометрической высоты всасысо

с

вания. Противоречие это может быть разрешено использованием заглубленных насосных камер, как в 1. Однако это в свою очередь снижает безопасность и надежность работы установки в связи с постоянной существующей угрозой затопления камеры вследствие заглубления.

Известна схема 2 установки, включающая насосную камеру с насосами водоотлива, приемный колодец, соединенный с ним водосборник и размещенное в пределах последнего приспособление для взмучивания твердого осадка - приточный трубопровод, обеспечивающий непрерывное поддержание во взмученном состоянии твердого при транспортировании его от входа к выходу водосборника, т.е. к приемному колодцу Схема, безусловно, повышает эффективность решения вопроса удаления твердого, по сравнению с 1. что особенно важно для горизонтальных водосборников. Однако

V

CN CJ СЯ VJ 00

полного решения его она тоже не обеспечивает, поскольку при имеющемся в схеме обратном, со стороны колодца, заполнении водосборника притоком, часть твердого все же оседает на его днище с постепенным, более длительным, но все же не исключенным полностью, процессом зашламления. В итоге данное решение характеризуется пониженным уровнем эффективности удаления осадка.

Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности удаления твердого осадка.

Эта цель достигается тем, что в водоотливной шахтной установке приспособление для взмучивания твердого осадка выполнено в виде последовательно установленных вдоль водосборника поперечных перегородок с перепускными зазорами над днищем водосборника.

В первом дополнительном варианте упомянутые зазоры имеют увеличивающуюся от приемного колодца площадь их живого сечения.

Во втором дополнительном варианте каждая перегородка выполнена с частичным перекрытием ширины ее перепускного зазора.

В третьем дополнительном варианте перекрытия перепускного зазора размещены вдоль водосборника в шахматном порядке.

На фиг. 1 представлена водоотливная установка в целом, на фиг. 2 показа на схема перекрытия, а на фиг, 3 - схема размещения перекрытий вдоль водосборника.

Водоотливная установка (фиг. 1) включает насосную камеру (на чертеже не показана) с размещенными в ней насосами 1 водоотлива, приемный колодец 2, соединенный с ним водосборник 3, размещенное в пределах последнего приспособление для взмучивания твердого осадка, выполненное в виде последовательно установленных (вдоль всей или части его длины L) поперечных перегородок 4, с перепускными зазорами 5 над днищем 6 водосборника 3. Последний имеет входной участок 7, который в зависимости от конкретной установки может выполняться по- разному. В ряде случаев он может быть использован для оборудования предварительного отстойника (на чертеже не показан), хотя использование его в данной схеме не всегда обязательно.

Отличие первого дополнительного варианта заключается в том, что перепускные зазоры 5 имеют увеличивающуюся от приемного колодца 2 площадь их живого сечения.

Отличие второго дополнительного варианта заключается в том, что каждая перегородка 4 выполнена с частичным перекрытием 8 ширины ее перепускного зазора 5 (фиг. 2),

Отличие третьего дополнительного варианта в том, что упомянутые перекрытия 8 перепускного зазора 5 размещены вдоль водосборника 3 в шахматном порядке (фиг. 3).

0Во всех случаях перегородки 4 по отношению к боковым стенкам 9 и 10 водосборника 3 выполнены герметично, а по отношению к потолку 11 выполнены с зазором 12 (хотя в принципе не исключено, в

5 отдельных случаях, и герметичное исполнение).

В варианте с установкой перегородок 4 вдоль всей длины водосборника 3 водоотливная установка функционирует следую0 щим образом. После очередного осушения водосборника 3 до нижнего уровня (НУ) насосом 1 водоотлива последний выключается. Посте этого начинается очередной процесс наполнения водосборника 3 водой

5 до верхнего уровня (ВУ).

В процессе наполнения приток вначале поступает во входной участок 7 и если он оборудован предварительным отстойником (на чертеже не показан), то часть твердого,

0 в основном крупнодисперсного, в нем оседает (улавливается).

Заполнение последующего пространства, оборудованного перегородками 4, вплоть до приемного колодца 2, осуществ5 лпется только сквозь зазоры 5 При этом поток, протекая через каждый из последних резко увеличивает придонную скорость (вследствие сужения его сечения в зазоре 5), Повышение скорости имеет место не

0 только в самом зазоре 5, а и на определенном расстоянии за ним, поскольку истечение потока-происходит в виде придонной турбулентной струи. При этом за зазором 5 имеет место постепенное расширение

5 струи с естественные снижением уровня скорости в ней. Однако перед последукж им зазором 5, непосредственно в нем самом и за ним, поток снова сужается. Таким обра- зом область транзитного потока в водосбор0 нике 3 имеет волнообразную форму (фиг, 1) с некоторым расширением его в промежуточных сечениях между перегородками 4 (область А).

Такой характер течения сохраняется

5 вплоть до уровня наполнения водой .соответствующего верхним кромкам перегородок 4. Если отметка ВУ расположена выше последних, то дальнейшее повышение уровня будет происходить одновременно и при перемещении жидкости над перегородками

А. Это, естественно, снизит уровень скоростей в придонной области. Однако длительность такого режима движения в водосборнике 3 можно сделать достаточно малой, что практически не скажется на каче- стве придонного процесса взмучивания. В то же время сохранение зазоров 12 обеспечит полное заполнение водосборника до ВУ вдоль всей его длины. С другой стороны не исключено, что более приемлемым может быть все же размещение отметки ВУ ниже верхних кромок перегородок 4 (целесообразность его устанавливается в процессе Эксплуатации конкретной установки). В любом случае отмеченный ранее волнообраз- ный характер поля повышенных придонных скоростей будет иметь место практически в течение всего периода наполнения водосборника 3.

После достижения ВУ включается насос 1 водоотлива и начинается процесс осушения водосборника 3. При этом качественно характер поля скоростей вдоль водосборника полностью сохраняется. Однако средний уровень придонных скоростей повысится дополнительно, вследствие того, что подача насоса 1 всегда превосходит величину притока воды. В обоих отмеченных режимах работы установки, на каждой перемычке об- разуется некоторый перепад давления Ah, расходуемый на преодоление потерь энергии в области зазора 5. В режиме осушения величина A h несколько возрастает из-за увеличения расхода жидкости вдоль водо- сборника 3. При достижении уровнем жидкости отметки НУ насос 1 -выключается и вновь начинается очередной, ранее упомянутый процесс наполнения водосборника 3 водой.

Как следует из предыдущего, в придонной области водосборника будет непрерывно иметь место более или менее повышенный уровень скоростей потока. Этот фактор, собственно, и является опре- деляющим в плане полной ликвидации за- шламления водосборника 3. Требуемый уровень скоростей легко обеспечивается соответствующим выбором величин зазоров 5 и расстояний I между соседними перегород- ками 4. (В большинстве случаев величина зазоров 5 будет находиться в пределах 50...100 мм, а длина I в диапазоне 5...10 м).

В процессе откачки притока взмученное твердое вместе с жидкостью забирается и выдается далее насосом 1 водоотлива. При наличии предварительного отстойника он периодически очищается от осадка одним из известных способов.

Функционирование установки в варианте с оснащением перегородками 4 только части длины водосборника 3 отличается тем, что процесс осаждения крупнодисперсного твердого будет иметь место на всем входном участке 7, вплоть до первой из ряда перегородок 4. Данный вариант более прост конструктивно. Обеспечиваемая при этом повышенная площадь и емкость осаждения позволяет осуществлять процесс очистки водосборника 3 от осадка с большей гибкостью во времени. Причем, за счет поддержания суммарного перепада ,5...1 м, на участке 7 обеспечивается достаточно приемлемые условия для интенсивного осаждения твердых частиц.

Таким образом в данном варианте водосборник 3 весьма просто разделяется на два противоположных по функциям участка: входной 7, отстойный, и выходной, - оснащенный перегородками 4, существенно больший по длине, непрерывно поддерживаемый в очищенном состоянии.

Отличие функционирования варианта установки, в котором зазоры 5 имеют увеличивающуюся от приемного колодца площадь их живого сечения заключается в том, что средний уровень скоростей потока и величина Ah будут падать в том же направлении. Вследствие этого будет иметь место, в начальный момент эксплуатации установки, некоторое осаждение твердого и на участке, оснащенном перегородками 4, Интенсивность его будет повышаться в том же направлении, т.е. по мере приближения к колодцу 2 слой оседающего твердого будет непрерывно уменьшаться. Благодаря таким образом возникающему процессу отмостки образуется новая поверхность днища б водосборника 3, имеющая определенный уклон в сторону колодца 2. После того, как новые значения зазоров 5 будут примерно близки между собой (благодаря образованию новой наклонной поверхности днища 6), целесообразно переключить; на некоторое время, работу установки на другой ее водосборник. Образованная от- мостка твердого при этом уплотнится и в дальнейшем может служить в качестве нового днища, имеющего повышенный уклон (при горизонтальном исходном типе водосборника). Благодаря этому процесс наполнения и осушения водосборника 3 (при одинаковых притоках и зазорах 5) будет протекать с меньшими величинами Ah. Последнее же позволяет расширить область использования данного решения на водосборники с большими длинами L (Безусловно, описанный процесс в значительной

степени зависит от свойств твердой среды и должен отрабатываться сугубо опытным путем непосредственно на каждой конкретной водоотливной установке).

Отличием работы установки во втором дополнительном варианте (фиг. 2) является следующее. Наличие частичного перекрытия 8 Ширины зазора 5 обеспечивает возможность увеличения значения последнего при сохранении требуемой для пропуска притока площади зазора 5. Такой вариант целесообразен в тех случаях, когда без перекрытия 8 эта величина становится чрезмерно малой, затруднительной для его образования. Кроме того, перекрытие 8 служит в качестве опоры перегородки 4. Функционирование установки в этом случае аналогично предыдущему, за исключением того, что а перекрытием 8 возможно образование теневой области с возникновением незначительного локального участка осаждения твердого.

При шахматном порядке размещения перекрытий 8 между собой, третий дополнительный вариант (фиг. 3), упомянутые теневые участки зашламления сводятся к минимуму, т.к. при этом имеют место потоки с поперечными токами жидкости, как показано на фиг. 3), смывающими теневые зоны.

Таким образом, во всех вариантах установки обеспечивается полное и гарантированное решение задачи по исключению сколько-нибудь существенного зашламления водосборников водоотливных установок и селевых перемещений больших масс твердого из них в приемные колодцы. Это в итоге и обеспечивает существенное повы- шение эффективности процесса удаления твердого осадка (и на этой основе повышение уровня безопасности и надежности функционирования шахтного водоотлива в целом).

0 ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

0 осадка выполнено в виде последовательно установленных вдоль водосборника поперечных перегородок с перепускными зазорами над днищем водосборника.

35

i

8-8 ЯП

8 5 Фиг. 2

г-г

Ю

J.

Г

Физ.З