Разработка и обоснование способов повышения энергоэффективности насосного оборудования комплексов шахтного водоотлива

• Автор: Горелкин, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ И СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА СИСТЕМ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ И РУДНИКАХ
1.1 Общие характеристики систем водоотлива шахт и рудников
1.2 Эксплуатационные параметры систем шахтного водоотлива и характеристики насосов
1.3 Состав шахтных вод и их физико-химические показатели
1.4 Очистка шахтной воды
Выводы по главе
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ШАХТНЫХ НАСОСОВ В СИСТЕМАХ ВОДООТЛИВА
2.1 Приведение характеристик шахтного насоса к условиям работы на шахтной воде
2.1.1 Влияние твердых частиц на кинематические характеристики потока шахтной воды в каналах рабочего колеса
2.1.2 Напор шахтного насоса в условиях работы на шахтной воде, содержащей твердые частицы
2.2 Общий баланс энергии взвесенесущего потока
2.2.1 Баланс энергии при транспортировании шахтной воды, содержащей твердые частицы
2.3 Методика расчета пластинчатых сгустителей
2.3.1 Расчет конструктивных параметров пластинчатого сгустителя-осветлителя
2.3.2 Синтез осветлителя-сгустителя оптимального по технологическим и
конструктивным параметрам
Выводы по главе
3 ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОСВЕТЛЕНИЯ ШАХТНОЙ ВОДЫ
3.1 Основные задачи экспериментальных исследований
3.2 Лабораторные стенды и методика экспериментальных исследований..
3.2.1 Характеристика твердых частиц в составе шахтной воды
3.2.2 Определение реологических параметров приготовленных составов шахтной воды
3.2.3 Результаты экспериментов на трубопроводном стенде
3.3 Экспериментальные исследования реологических характеристик шахтной воды
3.3.1 Начальное напряжение сдвига, безразмерное напряжение и концентрация в ядре потока
3.3.2 Вязкость смеси коэффициент структуры потока
3.3.3 Коэффициент гидравлических сопротивлений

3.4 Экспериментальные исследования процесса осветления шахтной воды в сгустителе-осветлителе пластинчатого типа
3.5 Гидромеханические характеристики лабораторного грунтового насоса

Выводы по главе
4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА
4.1 Постановка задач и исходные данные для расчета
4.1.1 Производительность систем шахтного водоотлива
4.1.2. Длина трубопроводов и профиль трассы
4.2 Алгоритм расчета систем шахтного водоотлива
4.2.1 Средняя скорость потока шахтной воды и диаметр трубопровода
4.2.2 Потери напора
4.2.3 Проверка адекватности расчетной методики и алгоритма расчета
4.3 Предварительная очистка шахтной воды от твердых частиц
4.4 Технико-экономические показатели
4.4.1 Выбор насосного оборудования
4.4.2 Расчет трубопроводов
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
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 водо-обильности больше единицы количество перекачиваемой шахтной воды, больше количества 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.
Проблемой энергетической эффективности шахтных водоотливных установок занимались такие известные ученые как проф. Попов В.М., проф. Гейер В.Г., проф. Картавый Н.Г., проф. Косарев Н.П., а также специалисты по шахтному водоотливу - Веселов А.И., Тимохин Ю.Д., Воловик Е.А., Братченко Б.Ф., Антошкин А.Г., Звягин B.C., Мамедов А.Ш., Черняховский Р.Л., Фофанов Б.Ф. и др. Выполненные ими исследования и разработки являются теоретической и практической основой настоящей диссертационной работы.
Шахтный водоотлив, за счет большой мощности установленного насосного оборудования, является одним из самых энергоемких процессов горного производства. Удельная энергоемкость шахтного водоотлива зависит от величины потребного напора, создаваемого насосными установками, который в основном зависит от характеристик перекачиваемой шахтной воды. Уменьшение потерь напора в трубопроводах приводит к снижению удельной энергоемкости шахтного водоотлива, что обеспечивается на стадии очистки шахтной воды от твердых частиц. Применяемые технологии очистки шахтной воды используются в основном в системах главного водоотлива и практически не находят применения в участковых системах водоотлива, которые
ний было выявлено, что в период интенсивного таяния снегов и выпадения осадков водоприток может увеличиваться в 1,5-2 раза, однако, данный максимальный водоприток наблюдается недолго и обычно не превышает период 30 суток. Максимальный водоприток особенно сильно отличается от нормального в случае расположения разработки на небольшой глубине и тесной связи с поверхностными водами. Происхождение шахтных вод характеризует их химический состав и физические свойства.
При дальнейшем рассмотрении шахтной воды можно увидеть, как различные её показатели и составляющие элементы влияют на эффективность и надежность работы оборудования шахтных водоотливных систем.
Содержание взвешенных частиц в воде изменяется в широких пределах: от 20 до 5000 мг/л [56]. На большинстве шахт концентрация взвешенных частиц не превышает 1000 мг/л. Это связано с тем, что шахтные воды подвергаются постоянному загрязнению в процессе добычи полезного ископаемого. Загрязнение шахтных и карьерных вод происходит в основном мелкодисперсными взвешенными частицами добываемого полезного ископаемого и вмещающих пород, которые образуются при бурении взрывных скважин и шпуров, дроблении пород взрывным способом, работе проходческих и очистных комбайнов, погрузочных и транспортных работах. В связи с высоким уровнем механизации горных работ происходит загрязнение шахтных и карьерных вод нефтепродуктами. В результате гниения деревянных крепей и других конструкций происходит бактериальное загрязнение шахтных и карь Таблица 1.4 - Крупность частиц механических примесей в шахтных водах
некоторых угольных бассейнов [55]
Бассейн Количество взвешенных веществ в исходной шахтной воде, мг/л Содержание (%) частиц крупностью, мкм
50 50-10 10-5
Донецкий Печорский Карагандин- ский 120-1200 150-4800 80-2400 7-18 27-42 1-30 22-70 47-65 5-43 15-35 6-12 11-94 17-53