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.