Тема 6.8 Трубопровод и насосные камеры.

Тема 6.8 Трубопровод и насосные камеры.
План.
1. Устройство трубопроводов.
2. Прокладка трубопроводов.
3. Насосные камеры.
1. Устройство трубопроводов
Для трубопроводов насосов применяются стандартные стальные бесшовные
горячедеформированные трубы (данные о некоторых трубах приведены в
приложении 5 Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М.: Недра, 1982 с.).
Трубы между собой, а также с фасонными частями (колена, тройники, переходы
и т. д.) и арматурой (компенсаторы, задвижки и т. д.) соединяются с помощью
фланцев и болтов.
Подвижные фланцы 1 (рис. 1, а) упираются в наварные кольца труб 2 и
стягиваются болтами 3. Число болтов (от 8 до 16) зависит от диаметра труб. Между
кольцами, имеющими заточку и выточку 4, укладывается уплотнительная прокладка
из резины или прорезиненного материала. При больших напорах применяют
прокладки из мягких металлов (свинец, красная медь).
Рисунок 1. Фланцевое соединение труб (а) и арматура трубопровода:
б – приемная сетка с клапаном; в – задвижка; е – обратный клапан;
д – компенсатор.
На подводящем трубопроводе устанавливают приемную сетку с клапаном, на
напорном трубопроводе – задвижку, обратный клапан и компенсаторы.
Приемная сетка (рис. 1, б) 1 с круглыми отверстиями и клапан 2 конструктивно
объединены в одно целое. Для соединения с подводящим трубопроводом сетка имеет
фланец 3. Приемный клапан бывает шарнирным, тарельчатым, шаровым. Суммарная
площадь отверстий в сетке должна быть в 3÷4 раза больше площади поперечного
сечения подводящего трубопровода.
Задвижка (рис. 1, в) состоит из запорной части 1, нарезного шпинделя 2,
соединенного с запорной частью, крышки 3, сальника 4, маховичка 5 и фланцев 6 для
соединения с трубами. При вращении маховичка в определенном направлении
шпиндель перемещается вверх и запорное устройство поднимается, открывая проход
воде.
Обратный клапан (рис. 1, г) состоит из корпуса 1 с фланцами 2 для
присоединения к трубам, крышки 3, прикрывающей смотровое окно, и шарнирного
клапана 4.
При изменении температуры в стволе и значительной длине напорного
трубопровода в нем возникают температурные напряжения, для устранения которых
применяются телескопические (сальниковые) компенсаторы. Такой компенсатор
(рис. 1, д) состоит из двух входящих одна в другую труб 1 и 2. Сальнйковая набивка 3
из просмоленной пеньки или кожи удерживается втулкой 4. Участки трубопровода
присоединяются к фланцам компенсатора.
При прокладке трубопровода используются фасонные части (рис. 2). В местах
поворота трубопровода применяются колена (рис. 2, а), при ответвлениях – тройники
(рис. 2, б), при переходе с одного диаметра на другой – конусные переходы (рис. 2,е).
При применении кислотоупорных насосов для перекачивания воды повышенной
кислотности, содержащей свыше 50 мг свободной серной кислоты на 1 л воды,
трубопроводы и их арматура должны быть изготовлены из кислотоупорных
хромоникелевых сталей или защищены изнутри и снаружи от коррозии. Защитные
покрытия внутренних поверхностей трубопроводов могут быть свинцовые,
деревянные или пластмассовые. Толщина свинцовой футеровки 8÷15
мм,
деревянной – 25 мм.
Рисунок 2. Фасонные части трубопровода: а – колено; б – тройник: в –
конусный переход.
Трубы, проложенные в выработках, подвергаются коррозии. Считается, что
среда, в которой находятся трубы, при скорости коррозии до 0,5 мм в год –
малоагрессивная, при большей скорости коррозии – высокоагрессивная.
Для предохранения наружной поверхности труб от коррозии используется
антикоррозионное полимерное покрытие или защитная краска.
Перспективно применение пластмассовых труб – винипластовых и
полиэтиленовых. По сравнению со стальными трубами они отличаются стойкостью к
воздействию агрессивных вод, имеют меньшие гидравлические сопротивления и
меньшую массу. Имеется опыт эксплуатации их при давлениях 1,5 ÷ 2 МПа.
Трубопроводы в выработках должны прокладываться так, чтобы они были
доступны для наблюдения за их состоянием и для ремонта.
2. Прокладка трубопроводов.
В насосной камере трубопровод прокладывается по схеме (рис. 3, а),
предусматривающей наличие в стволе двух напорных ставов 1 и 2 (рабочий и
резервный) закольцованных в насосной камере коллектором 3. Каждый из трех
насосов (№ 1, № 2 и № 3) имеет свой подводящий трубопровод 4. Напорные
трубопроводы 5 насосов снабжены обратными клапанами 6 и подсоединены к коллектору. Посредством управляемых распределительных задвижек 7 насос может
быть соединен с любым напорным ставом. По трубе 8 с помощью задвижек 9 можно
выпустить воду в колодец 10 из ставов 1 и 2 в случае их ремонта. Крепление труб к
стенкам камеры производится на закрепленных в этих стенках кронштейнах или
балках.
Рисунок 3. Схемы расположения трубопроводов в насосной камере при двух
напорных ставах в стволе (а) и трубный коллектор при трех напорных ставах в
стволе (б).
При больших притоках воды, когда для откачки нормального притока воды по
шахте в работе находятся два насоса, а также на шахтах с кислотной водой, в стволе
предусматриваются три напорных става 1, 2 и 3, закольцованные в коллекторе (рис. 3,
б), и пять насосов, соединенных с патрубками 4, 5, 6, 7 и 8.
Из насосной камеры напорные ставы выходят в наклонный соединительный
ходок, далее в трубное отделение ствола шахты, оборудованного клетевым подъемом
или лестничным отделением, и на поверхность.
При выходе трубопровода в ствол устанавливается опорное колено,
воспринимающее вес нижней части водоотливного става. Такое колено и его
крепление на балках показано на рисуноке 4, а. Для разгрузки трубопровода от
собственного веса и веса воды напорный трубопровод делится на участки длиной 150
÷ 250 м (рис. 5). Каждый участок труб в нижней части имеет опорный стул, а в
верхней – компенсатор (рис. 5, а). На протяжении участков трубопровода он
поддерживается также хомутами (рис. 4, б), которые не препятствуют продольному
перемещению труб, но исключают их изгиб. Хомут крепится либо к металлическим
балкам в стволе, либо непосредственно в бетонное крепление ствола (см. рис. 5).
Расстояние между направляющими хомутами зависит от диаметра труб. При трубах
диаметром 100 мм это расстояние составляет 8 м, 150 мм – 12 м, 200 мм – 15 м, 250 мм
– 19,5 м, 300 мм – 22,5 м.
Верхний компенсатор устанавливается на 50 м ниже устья ствола. При глубине
ствола до 200 м компенсаторы могут не применяться.
Рисунок 4. Устройства для крепления труб в стволе:
а – опорное колено; б – опорный стул; в – хомут из полосовой стали.
Толщина стенок труб каждого участка может быть различной в зависимости от
увеличения давления в направлении от поверхности к околоствольному двору.
Однако при любой глубине желательно иметь не более 2÷3 типов труб по толщине
стенок. Рекомендуется принимать участки труб длиной (считая от устья ствола)
0÷640 м, 640÷1000 м, 1000÷1600 м.
Рисунок 5. Расположение трубопроводов в стволе шахты (а) и крепление труб
к расстрелам (б) и к крепи ствола (в): 1 – трубы; 2 – опорные колена;
3 – опорные стулья; 4 – компенсаторы; 5 – хомуты; 6 – расстрелы.
Расположение и крепление напорных трубопроводов в наклонных выработках
показано на рисунке 6. Опорные стулья 1 устанавливаются друг от друга на расстоянии
200 м, деревянные подкладки 2 – через 8 ÷ 10 м, противоугонное устройство 3
устанавливается через 50 ÷ 60 м, хомуты закрепляются на креплении выработки на
расстоянии 6 ÷ 10 м. Предусмотрен сальниковый компенсатор 4.
Иногда (при наклонных стволах большой протяженности, расположении
водоотливной установки по каким-либо соображениям вдали от ствола шахты или
если в стволе невозможно обеспечить нормальную прокладку и т. д.) напорные
трубопроводы прокладываются в специально пробуренных вертикальных скважинах.
Прокладка трубопроводов в горных выработках весьма трудоемкая, сложная и
дорогостоящая работа, включающая: подготовку; доставку труб; монтаж труб и
арматуры; испытания трубопроводов и составление документации по сдаче их в
эксплуатацию.
Правила эксплуатации требуют, чтобы трубопроводы через каждые 200 м
заземлялись. Использовать трубопроводы в качестве заземлителей запрещается.
Рисунок 6. Расположение и икрепление трубопроводов в наклонных выработках:
а – крепление трубопровода; б – противоугонное устройство.
4. Насосные камеры.
Расположение в пределах околоствольного двора насосной камеры показано на
рисунке 23, а. Камера 1 водоотливной установки закрепляется бетоном и соединяется
с околоствольным двором 2 ходками 3, со стволом – ходком 4, выходящим в ствол не
менее чем на 7 м выше почвы околоствольного двора.
Рисунок 23. Схемы:
а – насосной камеры и водосборников;
б – сопряжения водосборников с приемным колодцем.
К камере примыкают два крыла водосборника – резервуары для сбора и
осветления шахтной воды. Относительно камеры крылья водосборника имеют
одностороннее (крылья 5 и 6) или двустороннее (крылья 6 и 7) расположение. Крылья
водосборника пройдены наклонно: при сопряжении с откаточной выработкой 8
уровни этих выработок совпадают, при сопряжении с камерой уровень их ниже на
5÷6 м уровня почвы насосной камеры. В камерах 9 устанавливаются лебедки для
чистки водосборника. Сопряжение крыльев водосборника с камерой 1 показано на
рисунке 23, б, где 10 – приемный колодец для подводящих трубопроводов насосов.
Все резервуары отделены друг от друга бетонными стенками и могут сообщаться
трубами 11 при открытии задвижек 12 маховичками, выведенными на уровень почвы
камеры. Задвижки позволяют закрыть доступ воды к насосам из крыльев
водосборника, открыть доступ воды к приемному колодцу из одного, другого или
обоих сразу крыльев водосборника.
Приемную сетку с клапаном надо располагать ниже минимального уровня воды в
колодце на 0,5 м, чтобы исключить подсасывание воздуха, и на 0,5 м выше дна
колодца, чтобы уменьшить вероятность попадания в насос твердого осадка. От стенок
колодца приемная сетка должна находиться на расстоянии 0,3 м.
На рисунке 24 показано расположение оборудования в насосной камере. Общие
для всех камер размеры указаны в миллиметрах, остальные размеры насосной камеры
определяются в зависимости от размеров насосов. Для предохранения насосов от
затопления почва насосной камеры должна быть выше отметки точки сопряжения
квершлага или коренного штрека с околоствольным двором не менее чем на 0,5 м.
Для предохранения камеры от затопления на выходах из нее устанавливают
герметические двери; со стороны водосборников герметичность достигается
задвижками 8.
Согласно ПБ водосборник главной водоотливной установки состоит не менее чем
из двух самостоятельных выработок (крыльев) и его вместимость соответствует не
менее чем четырехчасовому нормальному притоку, и участковой установки – не менее
чем двухчасовому нормальному притоку.
Рисунок 24. Расположение оборудования в насосной камере:
1 – насосы; 2 – двигатели; 3 – заливочный погружной насос; 4 – трубный
коллектор; 5 – распределительные задвижки; 6 – обратные клапаны; 7 –
маслостанция гидропривода задвижек; 8 – задвижки колодца; 9 – крановая балка;
10 – кран подвесной; 11 – крылья водосборника; 12 – трубный ходок;
13 –
рельсовый путь.
Поперечное сечение водосборника соответствует сечению одно-путевого штрека, а
при вместимости более 1500м3 – двухпутевого.
Приемные колодцы круглые, закреплены бетоном, причем между стенкой
колодца и фундаментом насосной установки должно быть не менее 200 мм. Для
осветления воды перед поступлением ее в насосы дно колодца должно находиться на
1 ÷ 1,5 м ниже почвы водосборника.
Целесообразно применять водосборники с осветляющими резервуарами.
Резервуар состоит из трех камер. Две из них, непосредственно примыкающие к
выработке околоствольного двора, параллельны друг другу и разделены бетонной
перемычкой. Третья камера, примыкающая к двум первым камерам, а с другой – к
водосборнику, отделена от выработок бетонными стенками, но соединена с ними
перепускными трубами. Последовательное расположение первых двух камер с третьей
обеспечивает две ступени осветления.
Первые две камеры используются попеременно: при чистке от шлама одной из
них во второй происходит осветление воды. При чистке третьей камеры вода
попадает из первых камер непосредственно в водосборник по переливной трубе.
Содержание взвешенных в воде частиц после осветления составляет 100 ÷ 150мг/л,
при нарушениях схемы осветления оно может увеличиться до 6000 мг/л.
Литература:
1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М.: Недра, 1982 с. 122-128; 134136.