Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ изученности и состояние вопроса систем шахтного водоотлива на угольных шахтах и рудниках 9
1.1 Общие характеристики систем водоотлива шахт и рудников 9
1.2 Эксплуатационные параметры систем шахтного водоотлива и характеристики насосов 17
1.3 Состав шахтных вод и их физико-химические показатели 34
1.4 Очистка шахтной воды 42
Выводы по главе 1 47
2 Теоретические исследования работы шахтных насосов в системах водоотлива 50
2.1 Приведение характеристик шахтного насоса к условиям работы на шахтной воде 51
2.1.1 Влияние твердых частиц на кинематические характеристики потока шахтной воды в каналах рабочего колеса 54
2.1.2 Напор шахтного насоса в условиях работы на шахтной воде, содержащей твердые частицы 57
2.2 Общий баланс энергии взвесенесущего потока 61
2.2.1 Баланс энергии при транспортировании шахтной воды, содержащей твердые частицы 66
2.3 Методика расчета пластинчатых сгустителей 70
2.3.1 Расчет конструктивных параметров пластинчатого сгустителя-осветлителя 75
2.3.2 Синтез осветлителя-сгустителя оптимального по технологическим и конструктивным параметрам 76
Выводы по главе 2 80
3 Экспериметальные исследования процессов трубопроводного транспортирования и осветления шахтной воды 82
3.1 Основные задачи экспериментальных исследований 82
3.2 Лабораторные стенды и методика экспериментальных исследований 84
3.2.1 Характеристика твердых частиц в составе шахтной воды 84
3.2.2 Определение реологических параметров приготовленных составов шахтной воды 90
3.2.3 Результаты экспериментов на трубопроводном стенде 95
3.3 Экспериментальные исследования реологических характеристик шахтной воды 99
3.3.1 Начальное напряжение сдвига, безразмерное напряжение и концентрация в ядре потока 101
3.3.2 Вязкость смеси коэффициент структуры потока 104
3.3.3 Коэффициент гидравлических сопротивлений 107
3.4 Экспериментальные исследования процесса осветления шахтной воды в сгустителе-осветлителе пластинчатого типа 110
3.5 Гидромеханические характеристики лабораторного грунтового насоса 119
Выводы по главе 3 124
4 Методика расчета эксплуатационных параметров систем шахтного водоотлива и технико-экономические показатели процесса 125
4.1 Постановка задач и исходные данные для расчета 125
4.1.1 Производительность систем шахтного водоотлива 126
4.1.2. Длина трубопроводов и профиль трассы 128
4.2 Алгоритм расчета систем шахтного водоотлива 130
4.2.1 Средняя скорость потока шахтной воды и диаметр трубопровода 134
4.2.2 Потери напора 135
4.2.3 Проверка адекватности расчетной методики и алгоритма расчета 138
4.3 Предварительная очистка шахтной воды от твердых частиц 142
4.4 Технико-экономические показатели 146
4.4.1 Выбор насосного оборудования 147
4.4.2 Расчет трубопроводов 149
Выводы по главе 4 162
Заключение 164
Список литературы 166
- Состав шахтных вод и их физико-химические показатели
- Напор шахтного насоса в условиях работы на шахтной воде, содержащей твердые частицы
- Характеристика твердых частиц в составе шахтной воды
- Средняя скорость потока шахтной воды и диаметр трубопровода
Введение к работе
Актуальность работы.
Системы шахтного водоотлива являются неотъемлемым и наиболее энергоемким технологическим процессом при добыче полезного ископаемого, обеспечивающим безопасность и возможность работоспособности всей горной выработки. На многих обводненных шахтах с коэффициентом водообильности больше единицы количество перекачиваемой шахтной воды превышает количество добываемого полезного ископаемого. Одной из причин высокой энергоемкости шахтного водоотлива является загрязненность шахтной воды механическими примесями в виде угольной и породной просыпи, содержание которой достигает 10-20% по объему перекачиваемой жидкости.
Повышение энергетической эффективности систем шахтного водоотлива непосредственно связано с необходимостью применения на добычных горизонтах и участках гидромеханизированных устройств для удаления из шахтной воды твердой составляющей. Такая технология шахтного водоотлива позволяет уменьшить величину потребного напора насосных агрегатов, способствует повышению надежности эксплуатации оборудования и трубопроводов и их рабочего ресурса. Существующие методы очистки шахтной воды в системах главного водоотлива не позволяют достичь необходимого качества шахтной воды. Водосборники и отстойники, устанавливаемые в системах главного водоотлива, очищают шахтную воду лишь от самых крупных частиц, при этом требуют периодической очистки от заиления. Применяемые методики расчета систем шахтного водоотлива в основном не учитывают присутствия в шахтной воде механических частиц. В связи с этим, шахтные насосы работают на повышенных напорах.
Основным источником загрязненной шахтной воды являются участковые водоотливные установки, в работе которых не предусмотрены технологические операции по очистке шахтной воды.
Снижение энергопотребления в системах водоотлива угольных шахт и рудников является актуальной задачей и требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.
Цель работы - снижение энергопотребления на основе комплексной очистки шахтной воды от механических примесей на участковых выработках.
Идея работы – удаление из шахтной воды твердых частиц непосредственно на участковых системах шахтного водоотлива позволит снизить общий напор в трубопроводной системе, уменьшить энергопотребление шахтными насосными установками, что приведет к уменьшению нагрузки насосных установок в системах главного водоотлива.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методику расчета систем шахтного
водоотлива и выбора насосного оборудования и трубопроводов с
учетом свойств перекачиваемой шахтной воды, определяемых
наличием в объеме воды механических твердых частиц различной
крупности и концентрации.
-
Теоретически и экспериментально обосновать способы очистки шахтной воды от механических примесей непосредственно на участковых системах шахтного водоотлива.
-
Выполнить сравнительную оценку эксплуатационной и энергетической эффективности систем шахтного водоотлива существующих и разработанных по усовершенствованным методикам расчета.
-
Разработать рекомендации для внесения изменений в нормативную документацию по расчету и эксплуатации насосного оборудования в системах шахтного водоотлива.
Методы исследований - теоретические и экспериментальные исследования с применением классических уравнений гидромеханики, методов математической статистики и регрессионного анализа.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Математическая модель и алгоритм расчета систем шахтного водоотлива, устанавливающие функциональные зависимости напорных характеристик шахтных насосов от удельных потерь напора и реологических свойств шахтной воды (начальное напряжение сдвига, скорость сдвига, эффективная вязкость), как функции концентрации твердой фазы в перекачиваемом потоке шахтной воды.
2.Теоретическое обоснование способа снижения энергопотребления шахтными насосными установками применением гравитационных сгустителей-осветлителей пластинчатого типа на участковых выработках и горизонтах для очистки шахтной воды от взвешенных твердых частиц.
Научная новизна:
1.Разработана математическая модель и алгоритм расчета систем шахтного водоотлива с учетом реологических свойств шахтной воды и наличия в ней механических примесей.
2. Установлена зависимость энергоемкости процесса перекачки шахтной воды в системах шахтного водоотлива от концентрации твердой фазы и реологических характеристик потока.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются теоретическими исследованиями, результатами лабораторных экспериментов; сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, с применением методов математической статистики и регрессионного анализа. Сходимость теоретических и экспериментальных данных не менее 85-95%. На всех этапах экспериментальных работ определялись относительные погрешности и среднеквадратичные отклонения величин.
Практическая значимость работы:
- разработанный гидромеханизированный комплекс по очистке
шахтных вод позволяет максимально эффективно разделять фазы
загрязненной шахтной воды, что обеспечивает снижение
энергопотребления насосными установками и повышает
энергетическую эффективность шахтного водоотлива.
- разработанная расчетная методика систем шахтного
водоотлива, позволяет на стадии проектирования и в условиях
эксплуатации прогнозировать энергопотребление шахтными
насосными установками и оптимизировать расчетные параметры
системы шахтного водоотлива по наименьшей величине энергоемкости
процесса.
Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались и обсуждались:
на конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение», Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», апрель 2011, 2012, 2013;
на межкафедральных семинарах Механического факультета Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Личный вклад соискателя: 1. Анализ состояния проблемы снижения энергопотребления шахтными водоотливными установками.
-
Вывод теоретических зависимостей удельных потерь напора от реологических характеристик шахтной воды.
-
Обоснование способа снижения энергопотребления шахтными насосными установками.
-
Проведение экспериментальных исследований и обработка опытных данных. Публикации: основные результаты диссертационной работы
опубликованы в 4 публикациях, в том числе 3 публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения списка литературы из 95 наименований, содержит 32 рисунка и 23 таблицы и 2-х приложений, общим объемом 197 страниц печатного текста.
Состав шахтных вод и их физико-химические показатели
Из схемы видно, что основными источниками загрязненной шахтной воды являются участковые горные выработки. Здесь не предусматриваются меры по очистке шахтной воды от взвешенных твердых частиц. По всему тракту нагнетательных трубопроводов транспортируется загрязненная жидкость, которая сливается в предварительный отстойник главной водоотливной установки. В зависимости от производительности шахты и числа очистных и подготовительных горизонтов, изменяются объемы шахтной воды, перекачиваемые участковыми насосными установками.
Отметим, что системы главного водоотлива работают в более благоприятных условиях по сравнению с участковыми системами. На главных системах предусматривается, по крайней мере, 2-ступенчатая очистка шахтной воды от взвешенных твердых частиц. Первая ступень - осаждение твердой фазы в приемных колодцах. На этой ступени на дно приемного колодца осаждаются наиболее крупные твердые частицы. Вторая ступень – водосборник, в котором, благодаря его значительным размерам, осаждаются более мелкие взвешенные твердые частицы. В приемный колодец (зумпф насоса) и далее во всасывающий патрубок насосов, поступает относительно осветлен 28
ная шахтная вода, с содержанием твердой фазы, в зависимости от горногеологических условий, от 30 до 70 мг/л (3 - 7 кг/м3).
В работах [26, 27, 56 - 58] разработаны системные критерии (индикаторы) энергетической эффективности комплекса рудничных стационарных установок (системы главного проветривания, системы водоотлива, компрессорные установки).
В качестве критерия эффективности водоотливных систем рассматривается КПД трубопровода, который в работе представляется отношением суммой мощности, затрачиваемой на подъем шахтной воды на геодезическую высоту и мощности, затрачиваемой на перемещение потока шахтной воды по трубопроводной системе к общей мощности, затрачиваемой насосными установками: - мощности, необходимые соответственно для подъема воды, перемещения воды, преодоления сопротивления трубопровода при перемещении по нему воды. где v ,L MC,d,A- - средняя скорость потока шахтной воды, длина трубопровода, сумма местных сопротивлений, диаметр трубопровода, коэффициент гидравлических сопротивлений, соответственно.
Полученные критерии рассматриваются как системные комплексы, определяющие надежность работы элементов РСУ, в том числе и системы шахтного водоотлива. Признак максимального значения т\ дает основание авторам предполагать, что система работает в режиме максимальной эффективности. В соответствии с этим в цитируемых работах предлагается произ 29 водить мониторинг состояния и производить оценку с помощью разрабатываемых целевых функций диагностирования и управления.
Отметим, что для системы шахтного водоотлива предлагаемый метод оценки эффективности работы оборудования необходимо оценить, как общий подход к проблеме, без учета особенностей и эксплуатационных характеристик, определяемых гидромеханическими характеристиками насосов, трубопровода, качества перекачиваемой жидкости. Без учета этих параметров, разработанная методика и способ диагностирования, по нашему мнению, не приведут к положительному результату.
В работах [41-43, 66] рассматривается комплексная очистки шахтных вод от механических примесей, и исследуются технологии и оборудование по предварительной очистке воды от примесей в подземных условиях. При этом, выделяются два способа очистки: 1 – непосредственно на участковых горизонтах подготовительных и очистных выработок; 2 – на главных водоотливных системах в пределах околоствольного двора, куда поступают воды из нижележащих отрабатываемых горизонтов. В качестве основного оборудования предлагается использовать тонкослойные сгустители. В работе [15] рассмотрены теоретические аспекты формирования потоков тонкослойного аппарата и условия осаждения твердой фазы. При этом утилизация осадка из твердой фазы шахтной воды производится в отработанные пространства. Транспортирование сгущенного осадка предлагается осуществлять с помощью вагонеток по рельсовым путям.
Особенностями данной технологии очистки шахтной воды являются следующие:
1) относительно стабильное соотношение между водопритоками в разные системы горных выработок. Так притоки воды в подготовительные и капитальные горные выработки составляют, в основном, 3-5% общешахтных, т.е. являются несущественными; в действующие очистные - 20-30 %; в погашенные (отработанные) - 65-75% (в отдельных случаях до 90 %). При этом водопритоки из погашенных выработок практически не содержат или в от 30 дельных случаях содержат незначительные (30 мг/л) количества взвешенных веществ. Такие воды можно классифицировать, как условно чистые. Однако, смешиваясь в главных водоотливных емкостях с малыми объемами загрязненных вод из подготовительных и очистных выработок, они загрязняются, теряя свое ценное качество - чистоту. Поэтому целесообразно не допускать перемешивания малых потоков загрязненных вод и больших потоков условно чистых вод путем их предварительного разделения и осветления в подземных условиях малых объемов загрязненных вод;
2) существенное снижение объемов очищаемых шахтных вод (на 65 -75 %, а по отдельным шахтам на 90%), что позволят значительно уменьшить габаритные размеры очистных сооружений, капитальные затраты на их строительство, а также резко увеличить эффективность и надежность очистки;
3) увеличенная на несколько порядков крупность взвесей, содержащихся в подземных потоках шахтных вод на участковых водотранспортных цепочках, по сравнению с частицами в водах, откачиваемых на поверхность земли, что резко увеличивает эффективность седиментации таких взвесей в подземных отстойных сооружениях, особенно при расположении последних на действующих горизонтах;
4) увеличенная на несколько порядков концентрация взвесей, содержащихся в подземных потоках шахтных вод на участковых водотранспорт-ных цепочках, по сравнению с водами, откачиваемыми на поверхность земли, что резко увеличивает в первый час эффективность оседания облака взвесей (в том числе тонкодисперсных) в подземных отстойных сооружениях, в случае их возможного расположения на действующих горизонтах. Как известно, отличительной особенностью откачиваемых на поверхность шахтных вод, чрезвычайно затрудняющей их очистку, является присутствие мелкодисперсных (10 мкм) кинетически устойчивых угольных и породных частиц, количество которых может достигать 50-70% от общей дисперсной фазы, а содержание частиц размером менее 50 мкм составляет 99%. Такие частицы (размером менее 100 мкм) при оседании подчиняются закону Стокса, т.е. движутся не равноускоренно, а равномерно. Поэтому условия их седиментации резко ухудшаются. В то же время вода, стекающая из лав на штрек, содержит большое количество частиц размером более 1мм, близкое к 50%. Такие частицы легко осаждаются в процессе седиментации. Таким образом, при транспортировке воды от источников загрязнения (лав) до слива на поверхность происходит уменьшение размеров содержания взвешенных частиц. Особенно характерно это явление для низкометаморфизованных углей. Следовательно, необходимо не допускать уменьшения размера и веса частиц, для чего целесообразно осаждать в подземных выработках на участковых и главных водотранспортных цепочках, приближенных к первоисточникам загрязнения;
Напор шахтного насоса в условиях работы на шахтной воде, содержащей твердые частицы
Трубопроводный транспорт жидкостей, содержащей примеси в виде твердых частиц, в том числе шахтных вод совокупность множества факторов, взаимосвязь которых обусловлена физической сущностью процесса движения двухфазного потока. Полученные теоретические зависимости описывают этот процесс в самом общем виде, а определение области их использования является одной из основных задач экспериментальных исследований.
Из множества параметров, влияющих на процесс трубопроводного транспортирования, наиболее значимой является концентрация твердых частиц шахтной воды и ее вязкость, от величины которых зависят все остальные гидромеханические и реологические характеристики потока. При проведении теоретических исследований было установлено, что вязкость шахтной воды пропорциональна концентрации твердой фазы – твердых частиц, без определения вида функции и формулы, определяющей эту зависимость, что является первой важной задачей экспериментальных исследований.
В процессе выполнения экспериментов по определению зависимости вязкости от концентрации дисперсных частиц необходимо учитывать, что вязкость является косвенным параметром и может быть получена только опытным путем при замеренных значениях напряжения сдвига и градиента скорости. В совокупности такие параметры, как напряжение сдвига, градиент скорости сдвига и вязкость смеси являются реологическими характеристиками и, следовательно, определение их является второй задачей экспериментальных исследований.
От реологических свойств потока зависят энергетические характеристики процесса трубопроводного транспортирования шахтной воды в виде потерь напора, которые могут быть замерены непосредственно в процессе экспериментов. Полученные таким образом потери необходимо сравнить со значениями, рассчитанными по теоретическим формулам. По сходимости экспериментальных и теоретических результатов можно сделать вывод о степени адекватности математической модели реальным условиям трубопроводного транспортирования шахтной воды.
Следующей задачей экспериментальной части работы является опытное определение длины наклонных пластин тонкослойного сгустителя-осветлителя, при которой содержание твердых частиц в сливном потоке не будет превышать 10-30 мг/л, что соответствует допустимым нормам технологической осветленной воды. При этом необходимо подтвердить соответствие полученных теоретических зависимостей по геометрическим параметрам гравитационных сгустителей-осветлителей от величины концентрации в исходной смеси. В рамках этой задачи решается вопрос о стабильных режимах работы сгустителя путем определения зависимости высоты h0 уплотненного
слоя и баланса потоков в сливе аппарата и его разгрузке, от изменения параметров потока жидкости на входе в сгуститель в соответствии с теоретическими зависимостями, полученными в разделе 2.
Следующей задачей экспериментальных исследований является опытное определение гидромеханических характеристик шахтного насоса, к которым относятся зависимости напора, мощности и КПД от расхода насоса при различных концентрациях твердой фазы в потоке шахтной воды и частоте вращения рабочего колеса.
Экспериментальные исследования были выполнены в лабораторных условиях на специальных установках, ротационных вискозиметрах и на экспериментальном трубопроводном стенде. Опытные данные, полученные на трубопроводном стенде, сравнивались с результатами, полученными на вискозиметрах, и устанавливалась степень адекватности теоретических моделей.
Опытные данные обрабатываются методами математической статистики (методом наименьших общих квадратов – МНК), определяется область использования результатов и адекватность теоретических зависимостей. Результаты теоретических и полученных экспериментальных данных служат основой для обоснования методики расчета гидромеханизированного комплекса оборудования для применения в системах участкового шахтного водоотлива и отвечающего требованиям по наименьшей энергоемкости процесса и максимальной его эффективности.
Лабораторные стенды и методика экспериментальных исследований 3.2.1 Характеристика твердых частиц в составе шахтной воды Исследование характеристик шахтной воды, в качестве которой в экспериментах была взята специально приготовленная смесь из твердого осадка багер зумпфа угольной шахты Заполярная ОАО «Воркутауголь». Были приготовлены пять вариантов шахтной воды, различающиеся содержанием твердых частиц. Гранулометрический состав твердого материала определялся методом рассева на ротапе через набор стандартных сит. Методика подготовки твердого материала заключалась в следующем.
Характеристика твердых частиц в составе шахтной воды
Целью расчета систем шахтного водоотлива является определение параметров с выбором насосного оборудования и трубопроводов, обеспечивающих надежное транспортирование заданного объема шахтных вод от участковых выработок в систему главного водоотлива в заданных горнотехнических условиях.
В задачи расчета входит: - определение средней скорости потока шахтной воды и диаметра трубопровода при известном значении содержания твердых частиц в шахтной воде; - определение потерь напора в линейной части трубопроводной системы для расчетных значений средней скорости потока, диаметра трубопровода и концентрации твердых частиц; - определение потребного напора (давления) системы шахтного водоотлива; - выбор насосов и схем их включения для обеспечения расчетного потребного напора (давления) и расчетной производительности систем водоотлива; - выбор сгустителей-осветлителей и расчет их параметров для обеспечения максимальной очистки исходной шахтной воды от твердых частиц; - определение энергоемкости расчетной системы шахтного водоотлива.
По результатам расчета определяется энергетическая эффективность системы шахтного водоотлива в соответствии с формулой (1.2) или (1.3).
Производительность систем шахтного водоотлива Как было показано в предыдущих разделах, шахтная вода представляет собой механическую смесь чистой воды и твердых частиц, поступающих в сборные колодцы горизонтов в процессе отработки месторождения. При этом содержание твердых частиц в ряде случаев составляет до 20 % объема водо-притока. Таким образом, по участковым трубопроводам наряду с чистой водой систем водоотлива наряду с чистой шахтной водой перекачивается большое количество твердого материала. Количество твердого материала зависит определяется общим водопритоком. Так, например, при значении нормального водопритока О = 2000 м3/ч, объем перекачиваемого твердого ма териала при содержании твердых частиц соб = 0,2 составит 400 м3/ч; при содержании со= 0,15 - 300 м3/ч; при содержании со= 0,1 - 200 м3/ч. Отсюда можно сделать вывод, что существующие участковые системы водоотлива практически работают в режимах гидротранспорта, перекачивая значительные объемы твердых частиц от участковых выработок в систему главного водоотлива. Производительность участковой системы по твердому материалу можно рассчитать по формуле v - средняя скорость воды в трубопроводе, м/с; S - живое сечение тру-бопровода, м2; цэф - эффективная вязкость исходной шахтной воды, Пас; Re - число Рейнольдса; D - внутренний диаметр трубопровода, м; р - плот mp г тв ность твердых частиц, кг/м3; ршв - плотность шахтной воды, кг/м3; соб- объемная концентрация твердых частиц, доли ед.
С увеличением концентрации резко возрастает выход твердых частиц, транспортируемых с шахтной водой. На рисунке 4.1 приведен график изменения выхода твердого материала с увеличением концентрации твердых частиц, для различных диаметров трубопровода, построенного по формуле (4.1) при фиксированном числе Рейнольдса.
Выход твердых частиц в потоках шахтной воды является одним из основных параметров, так как фактически определяет реальные рабочие характеристики трубопроводов и применяемых насосов, так как при этом затрачивается значительная доля расходуемой энергии, потребляемая насосами.
Вероятно, что при расчете систем шахтного водоотлива необходимо учитывать наличие твердых частиц в исходной шахтной воде. При этом, прежде всего следует определить максимально возможные диаметры трубопроводов и средние скорости потока в заданном режиме работы трубопроводов, определяемом числом Рейнольдса. При проведении экспериментальных исследований критическое число Рейнольдса принималось равным Re = 2000. Это значение может быть увеличено до предельного значения Re = 2300, а в некоторых расчетах, при концентрациях в диапазоне соб = 15 - 20%, это число может быть увеличено до Re = 10000. При таком максимальном значении критического числа Рейнольдса режим транспортирования будет происходить в переходной области от ламинарного к турбулентному режиму.
Важнейшими исходными параметрами при расчете системы гидротранспорта, определяющими как ее энергетические показатели, так и конструктивно-технологическое оформление являются длина и профиль трассы трубопровода.
Длина трубопровода может быть от нескольких до десятков до сотен и более метров, чем в итоге определяются затраты энергии на перемещение шахтной воды от добычных горизонтов до систем главного водоотлива. При наличии чередующихся спусков и подъемов трубопровода по его длине всю трассу целесообразно рассматривать как состоящую из отдельных элементов, характеризующихся двумя параметрами - длиной элемента и уклоном, который может быть положительным или отрицательным по отношению к направлению транспортирования. Расчет потребного напора производится для каждого элемента в отдельности, с учетом его длины и уклона. Общий потребный напор определится суммой потребных напоров всех элементов трассы по формуле
Средняя скорость потока шахтной воды и диаметр трубопровода
Таким образом при очистке шахтной воды до концентрации механических примесей 4% с использованием разработанного гидромеханизированного комплекса энергоэффективность можно повысить на 18,6%. Полученные геометрические параметры гидромеханизированного комплекса не позволяют его разместить в насосной камере главного водоотлива, поэтому наиболее рационально разбить полученный объем на участковые системы. Использование данных комплексов на десяти участках позволит наиболее эффективно сэкономить простанство в горной выработке, очистка непосредственно на участке позволит очистить шахтную воду на этапе её наибольшего загрязнения, без зашламления водосборников и приемных насосных колодцев. Рабочая точка системы сместится в зону с меньшим напором при большей подаче.
1. Наличие механических примесей в шахтной воде влияет на значения гидравлических сопротивлений в трубопроводах. Влияние обусловлено в основном реологическими свойствами перекачиваемой среды. Существующие расчетные методики позволяют учитывать плотность и в некоторых случаях вязкость среды, как это показано в выражениях Ф.А. Шевелева, что не позволяет с достатчной точностью определить величину потерь напора в системах шахтного водоотлива. Учет реологических свойств шахтной воды дает возможность с большей точностью определить необходимые рабочие характеристики работы насосного оборудования и всей системы в общем.
2. Предлагаемый гидромеханизированный комплекс с осветлителем-сгустителем позволяет наиболее эффективно разделять потоки твердой и жидкой составляющей шахтной воды, за счет наибольшей площади осаждения – параллельных наклонных пластин. Таким образом не происходит зашламления водосборников и трубопроводов, повышается эффектинвность работы системы, снижается наргузка на насосное оборудование.
3. Наибольшее загрязнение шахтных вод происходит на участковых выработках. Гидромеханизированные комплексы необходимо устанавливать непосредственно на участках, в местах ведения горных работ, где в шахтные воды попадает основная масса загрязняющих веществ.
4. Удельная энергоемкость систем шахтного водоотлива линейно зависит от коэффициента водообильности и потерь напора. Потери напора завияст от концентрации механических примесей в шахтной воде. При очистке шахтной воды до 4% содержания механических примесей энергоемкость системы снижается на 18,6%. Необходимо предусматривать очистку шахтных вод непосредственно на участке до концентрации 4%, что позволит максимально повысить энергетическую эффективность систем шахтного водоотлива.
1. Анализ состояния проблемы снижения энергопотребления шахтными водоотливными установками показал, что существует значительный резерв экономии электроэнергии за счет предварительной очистки шахтной воды от механических примесей непосредственно на добычных участках и горизонтах. В существующих технологиях очистка шахтной воды от механических примесей методом отстаивания производится в водосборниках систем главного водоотлива, а основным источником загрязненной шахтной воды являются участковые системы водоотлива.
2. Существующие и применяемые методы расчета систем шахтного водоотлива в основном не учитывают присутствия в шахтной воде механических частиц. В связи с этим, шахтные насосы работают на повышенных напорах. Различные мероприятия по оптимизации работы шахтного водоотлива не приводят к существенному улучшению напорных характеристик и эксплуатационной надежности шахтных водоотливных систем. Основным источником загрязненной шахтной воды являются участковые водоотливные установки, в работе которых не предусмотрены технологические операции по очистке шахтной воды.
3. Теоретически и экспериментально установлено, что общий запас энергии потока шахтной воды, реализуемый шахтными насосными установками в системах водоотлива, включает две составляющие – энергию, расходуемую на транспортирование чистой жидкости и энергию, затрачиваемую на взвешивание твердых частиц, что отражается на увеличении общего напора шахтных насосов, потребляемой мощности и снижает общий КПД системы. Уменьшение концентрации твердых частиц в шахтной воде обеспечивает снижение общего запаса энергии и потребного напора, и, соответственно, приводит к снижению удельной энергоемкости процесса перекачки шахтной волы и повышению общей энергетической эффективности систем шахтного водоотлива.
4. В работе доказано, что для выделения твердых частиц из потока шахтной воды наиболее рациональным является применение разработанного в работе гидромеханизированного комплекса для осветления шахтной воды от механических примесей, устанавливаемого в участковых системах водо отлива. Максимальный эффект осветления до концентрации твердого не бо лее 5% обеспечивается увеличенной эффективной площадью осаждения твердой фазы, образованной наклонными пластинами.
