CC BY
43
© В.И. Шелоганов, Е.А. Кононенко, В.В. Чаплыгин, 2003
УАК 622.271
В.И. Шелоганов, Е.А. Кононенко, В.В. Чаплыгин
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ГИЛРОМОНИТОРНО-ЗЕМЛЕСОСНЫЙ КОМПЛЕКС В УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗА «ЕРУНА КОВСКИЙ»
Существующая структура гидромониторноземлесосного комплекса показана на рис. 1. Она включает в себя три забойные гидротрауспортные установки (№№ 3, 4 и 5) и две перекачивающие (№№ 1 и 2). Забойные и перекачивающие гидротранспортные установки работают с разрывом сплошности потока, т.е. с промежуточным зумпфом.
Система водоснабжения включает в себя две насосные установки: головная № 1 и перекачивающая № 2. Для размыва породы применяются гидромониторы ГМД-250М.
Забойные гидротранспортные установки оборудованы каждая двумя рабочими и одним резервным землесосами 3ГМ-2М с электродвигателями мощностью 630 кВт. Землесосы работают параллельно на общий трубопровод диаметром 720 мм. Гидротранспортные установки № 3 и 4, расположенные на отметках соответственно + 215 м и + 203 м, перекачивают гидросмесь в зумпф перекачивающей землесосной станции № 1, а гидротранспортная установка № 5, расположенная на отметке + 254 м, транспортирует гидросмесь в зумпф перекачивающей гидротранспортной установки № 2.
Гидротранспортная установка № 1 (первая перекачивающая) расположена на отметке +244 и оборудована четырьмя рабочими и одним резервным землесосами 3ГМ-2М. Рабочие землесосы работают попарно - параллельно. Каждая пара работает на свой трубопровод диаметром 720 мм. В зумпф этой установки поступает гидросмесь от забойных гидротранспортных установок № 3 и № 4, а она перекачивает гидросмесь в зумпф второй перекачивающей гидротранспортной установки № 2, расположенной на отметке 282 м.
Наконец, вторая перекачивающая гидротранспортная установка № 2 расположена на отметке +282 м и оборудована четырьмя землесосами 3ГМ-2М и двумя грунтовыми насосами ГрТ4000/71 с электродвигателями мощностью 1600 кВт, а так же тремя трубопроводами диаметром 720 мм и длиной 3100 м каждый. Гидротранспортная установка перекачивает гидросмесь до гидроотвала. Отметка выпуска гидросмеси на гидроотвал составляет +294 м.
Для исследования режимов работы гидротранспортных установок была использована специальная программа для ЭВМ, разработанная в МГГУ. Результаты
расчетов представлены в таблице.
Г оловная насосная станция водоснабжения расположена на отметке + 293 м и оборудована пятью насосами Д4000-95. Перекачивающая насосная станция расположена на отметке + 294 м и оборудована тремя насосами Д4000-95а. Насосы на насосных станциях работают попарнопараллельно, а сами насосные станции - последовательно.
Магистральный трубопровод имеет диаметр 1020 мм, а разводящие трубопроводы
- 720 мм.
Общее количество рабочих гидромониторов - 6 (по два в каждом забое). Диаметр применяемых насадок 110 и 125 мм.
Действительный режим работы системы водоснабжения характеризуется следующими параметрами:
• суммарная подача насосной установки - 9800 м3/ч;
• суммарный напор - 128 м;
• средний КПД - 0,82;
• средний расход каждого гидромонитора -1630 м3/ч;
• средний напор на входе каждого гидромонитора - 135 м.
С учетом напоров на входе в гидромониторы средний удельный расход воды составит 9,5 м3/м3. При этом суммарная расчетная часовая производительность по твердому составит 1100 м3/ч, а годовая при продолжительности сезона 180 дней - 3300000
м3/год.
В основе формирования гидромониторноземлесосного комплекса с дополнительным внутри-забойным циклом водоснабжения при сохранении постоянной производительности по твердому лежит распределение насосного оборудования между основной насосной станцией, подающей к гидромониторам воду, осветленную в гидроотвале, и внутриза-бойной насосной станцией, которая использует осветленную воду из зумпфа забойной гидротранспортной установки [1].
Необходимые подачи основной Оон (м3/ч) и забойной Озн (м3/ч) насосных станций водоснабжения можно определить из следующих зависимостей [2]:
Оо„ = Ов/(1+к); Оз„ = кОо„, (1)
где Ов = 0Ед = 9800 м3/ч - суммарный расход воды на гидромониторный размыв; к - необходимое соотно-
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ ЛЕЙСТВИТЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГИЛРОТРАНСПОРТНЫХ УСТАНОВОК
№№ установок Суммарная действительная подача, м3/ч Суммарный действительный напор, м КПД, доп. ед. Действительный допускаемый кавитационный запас, м
1 3920 57 0,69 5,5
2 4320 56 0,68 5,6
3 3950 57 0,69 5,5
4 3560 59 0,68 5,3
5 3920 57 0,69 5,5
шение подач забойной и основной насосных станций водоснабжения.
к =
ургг - рр} - (1 - т)(рт - ргг)
(1 - т)(рт - Ргг) :
(2)
где ц1 = 9,5 м3/м3
удельный расход воды на гидро-
мониторный размыв; ргг - плотность гидросмеси в процессе гидротранспорта, кг\м3.
По условиям ресурсосбережения целесообразная плотность транспортируемой гидросмеси составляет 1170-1200 кг/м3. Поэтому к = 0,84...1,21, 0он = 5330 ... 4520 м3/ч, 0зн = 4480 ... 5460 м3/ч.
Как видно, основную насосную станцию достаточно оборудовать одним рабочим насосом Д4000-95. Количество насосов в последовательном соединении определяется профилем трассы трубопроводов.
Определенная выше необходимая подача распределяется по трем забоям. Поэтому необходимая подача каждой внутризабойной насосной установки
водоснабжения должна быть
д' = 1500...1800м3/ч. зн
Рис. 1. Существующая структура гидромонитор-но- землесосного комплекса разреза «Еруна-ковский»
Рис. 2. Структура ресурсосберегающего гидромониторно-землесосного комплекса с частичным внутри забойным циклом водоснабжения
Определение режимов работы насосов и гидромониторов основной насосной установки показало, что они будут характеризоваться сле-
дующими параметрами: насосной станции: 0Ед = 5000 м3/ч; НЕд = 127 м; пд = 0,84; гидромониторов:
- гидроустановки №3: 0^3 = 1650 м3/ч, Н гм3 = 135 м;
- гидроустановки №4: 0гм4 = 1800 м3/ч,
Н гм43 = 160м;
- гидроустановки №5: 0гм5 = 1550 м3/ч,
Н гм5 = 115 м;
Необходимая подача внутризабойной насосной установки,с учетом возможного качества осветления воды, может быть обеспечена двумя параллельно работающими насосами
ЦНСГ850-240 или углесосами У900-175(12У6). По основным параметрам эти насосы имеют примерно одинаковые показатели. Однако, у углесосов всасываемая способность лучше, чем у насосов ЦНСГ850-240. Последние не могут работать с положительной высотой всасывания, что, в первую очередь, определяет предпочтительность использования углесосов. Кроме того, применение углесосов предпочтительно и по необходимой степени осветления воды, от которой зависят размеры зумпфа внутризабойной гидротранспортной установки.
Поэтому внутризабойные насосно-гидромониторные установки будут включать гидромониторы ГМД-250М с насадками диаметром 110 мм, забойные водоводы и насосные станции, оборудованные двумя параллельно соединенными углесосами У900-175. Режимы их работы будут характеризоваться следующими параметрами:
- суммарная подача углесосов, равная расходу воды через гидромонитор - 0Ед = 0гм = 1750 м3/ч;
Ед = 177 м;
- суммарный напор насосов - Н
- коэффициент полезного действия каждого углесоса пд = 0,65;
- напор перед гидромонитором - Н гм = 155 м;
Общая подача внутризабойных насосов всех забоев составит 0зн = 5250 м3/ч. Поэтому соотношение между подачами забойных и основной насосных станций к = 0зн/ 0он = 5250/5000 = 1,05.
Принимая удельный расход воды на размыв ц1 неизменным по сравнению с существующей технологической схемой, т.е. равным 9,5 м3/м3, производительность всей насосно-гидромониторной системы по твердому составит 1080 м3/ч, что практически равно производительности существующей гидротранспортной системы, а удельный расход воды на гидротранспорт составит 4,6 м3/м3.
В этом случае суммарная производительность гидротранспортных установок по гидросмеси составит 5650 м3/ч, а подача каждой гидротранспортной установки должна составлять 5650/3 = 1860 м3/ч. Это область применения грунтовых насосов 3ГМ-2М.
Расчетная подача перекачивающих гидротранспортных установок составляет около 6000 м3/ч и может быть обеспечена параллельной работой грунтовых насосов ГрТ4000/71а с диаметром рабочего колеса 1250 мм.
Получаемая структура гидромониторноземлесосного комплекса с внутризабойной насосногидромониторной установкой показана на рис. 2. Она включает в себя три забойные гидротранспортные установки (№ 3, 4 и 5), оборудованные каждая двумя землесосами 3ГМ-2М с электродвигателями мощностью 630 кВт (один из которых резервный) и нагнетательным трубопроводом диаметром 530 мм и две перекачивающие гидротранспортные установки (№ 1 и 2). Так как гидротранспортная установка № 5 работает непосредственно в зумпф перекачивающей землесосной станции № 2, то перекачивающая гидротранспортная установка № 1 будет принимать гидросмесь только от гидроустановок № 3 и № 4. Поэтому она оборудуется тремя землесосами ЗГМ-2М (один из которых резервный) с электродвигателями 630 кВт, работающими параллельно на трубопровод диаметром 720 мм. Вторая же перекачивающая гидротранспортная устано зумпф перекачивающей вка, принимающая гидросмесь от трех забойных гидроустановок, оборудуется тремя грунтовыми насосами
ГрТ 4000/71а с диаметром рабочего колеса 1250 мм и с электродвигателями мощностью 1250 кВт (один насосный агрегат резервный), работающими параллельно на трубопровод диаметром 820 мм.
Каждая забойная гидроустановка включает внут-ризабойную насосно-гидромониторную установку, состоящую из двух параллельно работающих углесосов У900-175 с электродвигателями мощностью 800 кВт, забойный водовод диаметром 426 мм и гидромонитор с насадкой диаметром 110 мм.
Основная насосно-гидромониторная установка включает две последовательно работающие насосные станции, оборудованные каждая одним рабочим и одним резервным насосными агрегатами Д4000-95 с электродвигателями мощностью 1600 кВт (насосная станция 9) и Д 4000/95а с электродвигателями мощностью 1250 кВт, магистральный водовод диаметром 720 мм, разводящие водоводы диаметром 530 мм и забойные водоводы диаметром 426 мм, а так же три гидромонитора ГМД-250М с насадками диаметром 110 мм, по одному в каждом забое.
В соответствии с проектом, выполненным сотрудниками разреза «Ерунаковский», зумпфы забойных гидротранспортных установок имеют размеры в плане 25х5м. Если ширину промежуточного зумпфа отстойника принять так же равной 5 м, то при действительной производительности внутризабойной насосно-гидромониторной установки 0Ед = 1750 м3/ч необходимая высота порога перелива составит 0,2 м.
Анализ зависимостей необходимой длины зумпфа-отстойника от его ширины и диаметра граничного зерна показывает, что приемлемые с практической точки зрения его размеры будут иметь место при размере осаждаемых твердых частиц + 0,025 мм. В этом случае, при ширине зумпфа отстойника 5 м, его длина должна составлять 25-30 м.
Предлагаемая технология гидровскрышных пород с внутризабойным циклом водоснабжения в условиях разреза «Ерунаковский» позволяет снизить установленную мощность электродвигателей на 23%, удельный расход электроэнергии а разработку и гидротранспортирование 1 м3 вскрышных пород на 28%, металлоемкость в 1,7 раза и расход воды в 2 раза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шелоганов В.И. Энерго- и
водосберегающий гидромониторно-
землесосный комплекс // Горный журнал. - 1996. - № 6. - С. 8-11.
2. Шелоганов В.И. Павленко Г.В. Энергетическая оценка повышения концентрации твердого в гидросмеси как способа снижения энергозатрат при разработке вскрышных
пород гидромониторно - землесосными комплексами // Подводная и гидромеханизированная разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: МГИ, 1988. - С. 42-48.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------
Шелоганов В.И. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Кононенко Е.А. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Чаплыгин В.В. - гл. инженер, разрез «Ерунаковский».
