Водоотлив при проходке стволов

 

Вода в ствол при проходке его поступает из пород забоя и через крепь ствола, особенно при пересечении водоносных горизонтов. Вода из вышележащих водоносных горизонтов, стекая по стенкам ствола, образует капеж, а при значительном притоке этот капеж может переходить в сплошной дождь. Наличие воды в значительной степени затрудняет работу по проходке ствола, снижает
производительность труда проходчиков. При притоке воды от 6 до 13 м³/ч производительность труда снижается на 10 %, при притоке от 13 до 20 м³/ч  на 25 %  и при притоке более 20 м³/ч на 30%.

Вода из забоя ствола откачивается на поверхность, т. е. при наличии воды в стволе необходимо оборудовать водоотлив.

Особенностью водоотлива является:

- с глубиной ствола увеличивается приток воды в стволе;

- изменяется высота откачки воды;

- водоотливное оборудование в стволе подвешено на канатах.       Ремонт его сложнее стационарно установленного;

- наличие в воде абразивных частиц сокращает срок нормальной работы насосов;

- во время ремонта или замены насосов имеет место подтопление забоя.

В зависимости от притока водоотлив производится бадьями или насосами.

Водоотлив бадьями является наиболее простым, надежным и распространенным способом. Вода пневматическим насосом типа Н-1М или «Байкал-2» из забоя закачивается в бадью во время загрузки бадьи породой и в бадье вместе с породой выдается на поверхность. Производительность водоотлива бадьями , м³/ч  определяют по формуле

,                              (2.51)

где V _б  -  емкость бадьи, м³;

К₃ - коэффициент заполнения бадьи, равный 0,9;

 - коэффициент заполнения водой пустот в породе, загруженной в бадью, равный 0,45-0,5;

К_н - коэффициент неравномерности работы подъема, равный 1,3-1,5;

Т_ц - продолжительность цикла подъема, с.

Применение водоотлива бадьями наиболее эффективно при притоке воды в забой до 6-8 м³/ч.

Водоотлив насосами применяют в тех случаях, когда приток воды в забой ствола превышает производительность водоотлива бадьями. Независимо от притока волн в стволе следует монтировать став водоотливных труб и силовой кабель.

Водоотлив насосами может осуществляться по одноступенчатой (одним насосом вода откачивается на поверхность) или по двух и многоступенчатой схемам.

При одноступенчатой схеме насос подвешивается в ствол и на двух канатах через блок, установленный в раме насоса. К этим канатам хомутами закрепляется став водоотливных труб. Монтаж и демонтаж труб производится на поверхности. При откачке воды насос располагается на расстоянии 4-5 м от забоя. Приемный клапан гибкого всасывающего шланга помещается в приямок, куда собирается вода. Перед взрывными работами насос поднимается на 20-25 м от забоя.

Откачка воды по одноступенчатой схеме имеет следующие недостатки:

- насос затрудняет работу погрузочной машины;

- спуск и подъем насоса с частичным демонтажом и монтажом става труб водоотливных удлиняет время проходческого цикла;

- частые перерывы работы насоса в связи с засасыванием воздуха, связанные со сложностью подачи насоса, равной притоку воды;

- быстрое изнашивание рабочей турбины, связанное с наличием в воде абразивных частиц породы.

Многоступенчатый водоотлив производится по двум схемам - без перекачной станции и с перекачной станцией. При первой схеме вода откачивается двумя насосами, один - вертикальный подвешивается в стволе, другой - пневматический в забое (рисунок 2.6 а).Подвесной насос располагается на высоте 25-30 м от забоя и имеет приемный бак (обычно бадью), в который опущен насос. Вода из забоя пневматическим насосом («Байкал-2», Н-1М) перекачивается в бак, а из бака подвесным насосом перекачивается по ставу водоотливных труб на поверхность. По мере проходки ствола подвесной насос вместе с баком опускается.

Достоинства данной схемы:

- высокая надежность работы забойного пневматического насоса;

- подвесной насос работает в автоматизированном режиме, откачивает воду из бака с определенной подачей;

- в баке происходит частичное осветление воды, изнашивание рабочей турбины меньше;

- отпадает необходимость демонтажа и монтажа забойного насоса и става труб.

Эта  схема  может  применяться  в стволах глубиной до 200-220 м и с насосами ППН-50-I2 м и глубиной до 300-330 м с насосами ВП-3с.

В стволах большей глубины применяют многоступенчатую схему водоотлива с перекачными станциями (рисунок 2.6 б).

По данной схеме вода из забоя откачивается пневматическим насосом в подвесной бак, а оттуда подвесным насосом в водосборник перекачной станции. Из водосборника вода перекачивается горизонтальными насосами на поверхность земли. Вместимость водосборника принимается равной часовому притоку воды. Водосборники сооружают из железобетона или используют металлические баки.

При одновременной проходке двух близко расположенных стволов перекачные станции могут располагать в сбойке между стволами из расчета обслуживания обоих стволов.

    В перекачных станциях устанавливают два насоса - рабочий и резервный.

 

 

1 - забойный насос; 2 - подвесной насос; 3 - водоотливной став;

4 - горизонтальный насос; 5 - водосборник; 6 - водоотливной став горизонтального насоса

Рисунок 2.6 - Схема многоступенчатого водоотлива:

а - без перекачной станции; б - с перекачной станцией

 

Часовая производительность насоса применяется равной часовому притоку воды в ствол. Напор насоса Н, м определяется

 

Н = (Н_н – h _в) ,                                 (2.52)

 

где Н_н - геометрическая высота нагнетания, м;

h_в - высота всаса, равная 4-6 м;

 - коэффициент, учитывающий гидравлические потери в трубопроводе и всасе, равный 0,9-0,95.

Мощность электродвигателя насоса N, кВт

N = ,                              (2.50)

 

где  - подача насоса, м³/с;

Н - давление, МПа;

- плотность воды, откачиваемой насосом;

К - коэффициент запаса, равный 1,1-1,18;

 - КПД насоса равный 0,65-0,8.

 

Водоулавливание

После пересечения стволом водоносных пластов, если не принято мер по водоподавлению, через крепь в ствол поступает вода.

Способ водоулавливания заключается в том, воду из водоносного горизонта после пересечения стволом этого горизонта и возведения постоянной крепи улавливают водоулавливающими кольцами, расположенными ниже водоносного горизонта. Перепускают ее в ниже расположенную перекачную станцию, из которой она откачивается. Количество воды, поступающей в ствол, зависит от мощности водоносного горизонта, напора воды, типа крепи и качестваработ по возведению этой крепи. В стволах, закрепленных тюбинговой крепью с хорошей гидроизоляцией швов, поступление воды в ствол составляет 3-5 м³/ч. В стволах с бетонной крепью поступление воды в ствол доходит до 10 м³/ч. Просочившаяся через крепь вода падает вниз в виде капель или дождевых струй и осложняет работу.

Основным средством уменьшения фильтрации воды через крепь является тампонаж закрепного пространства. Просочившуюся через крепь воду улавливают. Следовательно, основное назначение водоулавливания заключается в том, чтобы предотвратить поступлении воды в забой ствола, просочившейся через крепь. Замерами ВНИИОМШСа установлено, что капеж воды по сечению ствола распределяется таким образом: 65-80% - у стен ствола и на расстоянии до 30 см от крепи; 15 %  - на расстоянии от 30 до 120 см от крепи и 5% - в центральной части ствола. Сущность водоулавливания заключается в том, что у крепи ствола монтируется волоулавливающий кольцевой желоб, в который собирается основная (максимальная) часть падающей по стволу воды. Из водоулавливающего желоба вода по шлангу поступает в перекачную насосную станцию и перекачивается на земную поверхность. Перекачная станция может устраиваться в стенке ствола в виде камеры с водосборником или металлического бака, подвешенного на канате рядом с насосом. В водосборник, устроенный в камере, или в металлический бак, вода из водоулавливающего желоба поступает по резиновому шлангу. Водоулавливающиежелоба (рисунок 2.7 а, б) делают из листовой стали толщиной 3-4 мм. Ширина желоба 20-30 см, высота 20-25 см. При значительном притоке к желобу прикрепляют козырек. Для закрепления желоба в крепи ствола бурят шпуры глубиной 25-30см, в которые забивают деревянные пробки. В крепи ствола делается штроба (углубление), а зазор между желобом и крепью уплотняют промасленной веревкой или ветошью. Реже водоулавливающие желоба делаются из швеллера, рештаков, труб.

Улавливание воды может производиться также при помощи дренирования. В этом случае меньше происходит вымывание из бетонной крепи вяжущего вещества. Сущность дренирования заключается в том, что в водоносных породах бурят шпуры, в которые устанавливают фильтры (рисунок 2.8 а). Вода через фильтры по резиновым шлангам спускается в водоулавливающие желоба. Дренирование уменьшает просачивание воды через крепь и тем самым снижает капеж. Для дренирования фильтры изготовляют из труб диаметром от 32 до 50 мм. Труба перфорируется круглыми или продольными отверстиями. Диаметр отверстий и ширина щелей зависит от гранулометрического состава породы и дебита водоносного горизонта.

 

Рисунок 2.7 - Водоулавливающие желоба:

а - из листовой стали; б - из швеллера

 

Рисунок 2.8 - Дренирование воды из закрепного пространства

Круглые отверстия располагаются по трубам в шахматном порядке, расстояние между центрами отверстий от 2,5 до 3,0 диаметров отверстий. Длина щелей равна десятикратной их ширине. Расстояние между щелями по окружности принимается от пяти до десятикратной ширины щели.

Описанные фильтры применяют для дренирования воды в неустойчивых породах и в пластах угля, где нужно защищать дренажную скважину от обвала и выноса песка.

В песчаниках, мергелях и известняках, а также других породах применяют гравийныефильтры (рисунок 2.8 б). Гравийный фильтрсостоит из перфорированной трубы 1, закрепленной в металлическом патрубке 2. Ниже патрубка возводят бетонную постель 3 на которой устанавливают деревянный короб 4с отверстиями. Сверху короба насыпается слой гравия. Диаметр частиц гравия в 5-8 раз больше диаметра частиц водоносной породы.