CC BY
1
УДК 622.51
К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОЙ РАБОТЫ СЕКЦИОННЫХ НАСОСОВ НА КИМБЕРЛИТОВЫХ РУДНИКАХ
Н.П. Овчинников
Одной из причин частых выходов из строя секционных насосов кимберлитовых рудников является преждевременная потеря работоспособности гидропяты. Выявлены основные факторы, лимитирующие долговечность гидропяты секционного насоса. Приведены рекомендации по повышению эффективности эксплуатации гидропяты секционного насоса.
Ключевые слова: рудничный водоотлив, секционный насос, гидропята, отказ, износ, осевой сдвиг, аварийный режим.
Введение. В настоящее время наблюдается тенденция перехода с открытого на подземный способ отработки рудных месторождений. Жизнеобеспечение подземного горнорудного предприятия во многом зависит от надежности функционирования системы отведения шахтных вод из его горных выработок [1-3]. За всю историю подземной добычи руд произошло множество аварий, связанных с осложнением гидрогеологической обстановки [4]. В Российской Федерации за последнее десятилетие подтоплению подвергались рудники «Таймырский», «Октябрьский», а рудник «Мир» был полностью затоплен. Несмотря на произошедшие аварии, вопросам эксплуатации системы рудничного водоотведения до сих не уделяется пристального внимания на многих отечественных горнодобывающих компаниях, невзирая на постепенное ухудшение гидрогеологических условий (вскрытие новых водоносных горизонтов при углублении горных работ, повышение степени загрязненности шахтных вод с выходом рудника на проектную мощность и др.).
Систематические нарушения функционирования системы водоот-ведения наблюдаются на отечественных кимберлитовых рудниках, что объясняется низкой долговечностью используемых секционных насосов
[5].
Целью настоящей работы является разработка и обоснование комплекса мер по обеспечению надежной работы водоотливных установок кимберлитовых рудников.
Основная часть. Основной причиной низкой долговечности секционных насосов кимберлитовых рудников являются частые отказы гидравлического разгрузочного устройства (гидропяты) [5, 6]. Данный узел является одним из наименее надежных элементов в конструкции секционных насосов [7-9].
Деталям гидропяты характерно интенсивное гидроабразивно-адгезионное изнашивание в процессе эксплуатации, интенсивность проте-
кания которого зависит от режима работы насосного оборудования, его гидравлических параметров и характеристик перекачиваемой жидкости [10].
Согласно выполненным исследованиям, средняя наработка рассматриваемого узла на отказ ¿г тесно зависит от развиваемого секционным насосом напора Н, его среднего времени работы в переходных режимах за сутки ¿пер и средней концентрации взвесей в воде &тв (рис. 1, а-в).
а
б
Рис. 1. Зависимости средней наработки гидропяты на отказ и от номинального напора насоса Н (а), среднего времени работы в переходных режимах за сутки ¿Пер (б), средней концентрации взвешенных механических примесей в воде ктв (в)
Минимизировать влияние показателя ¿пер (1) на долговечность гидропяты можно путем снижения суммарного времени разгона и торможения насосного агрегата ¿сумм до минимально допустимого значения (при усло-
в
вии плавного пуска электродвигателя), а также сокращения количества их запусков (остановов) п:
^пер = ^сумм ' п • С1)
Время разгона (торможения) секционного насоса должно составлять не более 10 -15 сек, так как это позволит снизить интенсивность адгезионного изнашивания деталей гидропяты в переходных режимах работы. Устройству характерны частые нарушения при включении и отключении насосного агрегата [10].
Снижения влияния параметра Н на работу гидропяты можно добиться уменьшением избыточной напорности секционного насоса, которая не должна превышать 5.. .10 % от его потребного значения [11]. Практика показывает, что в условиях кимберлитовых рудников избыточная напор-ность насосного оборудования доходит до 35 % (в среднем 17.20 %).
Ухудшение работоспособности гидропяты, вызванное снижением ее несущей способности, является одной из основных причин осевого смещения ротора секционного насоса в сторону всасывания. Даже непродолжительная работа насоса при критическом осевом сдвиге ротора (2,8 -3 мм) может привести к серьезным разрушениям его элементов проточной части, включая сам узел гидравлической пяты (рис. 2) [43].
Рис. 2. Последствия работы секционных насосов кимберлитовых рудников при критическом осевом сдвиге ротора
Для недопущения работы секционных насосов с критическим осевым сдвигом ротора (аварийный режим) их оснащают специальными датчиками. Опыт эксплуатации секционных насосов кимберлитовых рудников свидетельствует, что для указанных датчиков могут быть характерны частые погрешности при измерениях сдвига ротора, в связи с чем секционные насосы систематически работают в аварийных режимах.
Согласно результатам экспериментальных исследований, на одном из секционных насосов кимберлитового рудника «Удачный» достоверным диагностическим признаком потери работоспособности гидропяты являет-
ся повышение среднего квадратичного значения (СКЗ) виброскорости трубы разгрузки vтp2 в сравнении с исходным значением Vтp1 в 1,2 раза (рис. 3)
[5].
Рис. 3. Отношение фактического \тр2 к исходному СКЗ виброскорости трубы разгрузки \тр1 секционного насоса в зависимости от наработки гидравлического разгрузочного устройства tro
При ревизии гидропяты необходимо производить замеры наружного диаметра цилиндра разгрузочного диска. Даже незначительное увеличение кольцевой щели s вследствие износа цилиндра диска может привести к заметному ухудшению наработки гидропяты на отказ tl0 и подачи Q секционного насоса (рис. 4) [6].
Рис. 4. Зависимости влияния размера цилиндрической щели я на наработку гидропяты на отказ Ь0 (а) и подачу насоса £ (б)
При эксплуатации секционных насосов рекомендуется использовать гидравлические разгрузочные устройства только стандартного разме-
ра. Опыт эксплуатации секционных насосов главной водоотливной установки кимберлитового рудника «Удачный» показал, что применение модернизированных устройств (т.е. увеличенного размера) может привести к падению производительности насоса до 20 % и серьезному ухудшению его ремонтопригодности из-за внесенных изменений в конструкцию.
Включение или отключение секционного насоса не рекомендуется производить в самом конце смены, так как это чревато серьезными последствиями. В ноябре 2015 г. на кимберлитовом руднике «Мир» при полной откачке воды из водосборника у насосного агрегата не сработала автоматика, что привело к работе секционного насоса в течение пересменки (30 минут) в аварийном режиме, т.е. «на сухую» в результате чего он получил обширные разрушения корпусных и роторных деталей.
В условиях кимберлитовых рудников работа секционных насосов «на сухую» может быть результатом не только сбоев автоматики, но и забивки их щелевых уплотнений вязкой пульпой, образованной в результате смешивания шахтных вод и нефтепродуктов. Кимберлитовым рудникам характерны нефтегазонасыщенные зоны. В связи с этим, необходимо в системах водоотлива активно использовать нефтеулавливающие установки.
Внедрение всех предложенных рекомендаций в производство позволит повысить среднюю наработку на отказ и до капитального ремонта секционных насосов, что благоприятно отразится на надежности функционирования системы водоотведения кимберлитовых рудников.
Заключение
По результатам выполненных исследований получены следующие выводы.
1. Низкая долговечность секционных насосов, используемых на кимберлитовых рудниках, объясняется частыми отказами гидропяты.
2. В условиях отечественных кимберлитовых рудников долговечность гидропяты секционного насоса зависит от развиваемого им напора, продолжительности работы насосного агрегата в переходных режимах, а также концентрации взвешенных частиц в шахтных водах, что подтверждается результатами регрессионной статистики.
3. Предложены мероприятия, позволяющие повысить долговечность гидропяты, оперативно идентифицировать ее предельное техническое состояние, минимизировать риск работы секционных насосов в аварийных режимах.
Список литературы
1. Александров В.И., Авксентьев С.Ю., Махараткин П.Н. Энергоэффективность систем шахтного водоотлива // Горный информационно -аналитический бюллетень. 2017. № 2. С. 253-268.
2. Тимухин С.А., Угольников А.В., Долганов А.В. Проблемы проектирования и эксплуатации комплексов шахтного водоотлива // Известия Уральского государственного горного университета. 2014. № 3 (35). С. 6873.
3. Щербаков Ю.С., Ерофеева Н.В. Методика проверочного расчета водоотливной установки горных предприятий // Горное оборудование и электромеханика. 2023. № 1 (165). С. 50-57. DOI: 10.26730/1816-45282023-1-50-57/.
4. Горелкин И.М. Разработка и обоснование способов повышения энергоэффективности насосного оборудования комплексов шахтного водоотлива: дис. ... канд. техн. наук. СПб, 2014. 197 с.
5. Овчинников Н.П. О контроле за техническим состоянием узла гидравлической пяты секционного насоса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 10. С. 56-73. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_56.
6. Овчинников Н.П. Об одной из причин надежной и безопасной работы рудничной водоотливной установки // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 2. С. 49-53. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-2-76-80.
7. Estimation of the Reliability of Automatic Axial-balancing Devices for Multistage Centrifugal Pumps / I. Pavlenko, O.Gu sak, Ju. Trojanowska, V. Ivanov // Periodica Polytechnica, Mechanical Engineering. 2018. V. 63(1). P. 52-56. DOI: 10.3311/PPme.12801.
8. Substantiation and development of the procedure for calculating a hydraulic balancing device under condition of minimal energy losses / P. Kali-nichenko, O. Gusak, S. Khovanskyy, Yu. Krutas // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. V. 2(7). P. 36-41. DOI: 10.15587/17294061.2017.97162.
9. Стюфляев С.С., Шипулин О.Г. Сравнительный анализ многоступенчатого насоса типа ЦНС с оппозитным расположением рабочих колес и гидропятой // Молодой ученый. 2017. № 3(137). С. 165-171.
10. Паламарчук Н.В., Тимохина В.Ю., Паламарчук Т.Н. Причины неудовлетворительной работы автоматических уравновешивающих устройств центробежных высоконапорных насосов // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2016. № 42. С. 65-71.
11. Петровых Л.В. Повышение эффективности водоотливных установок горных предприятий снижением или полезным использованием завышенной напорности насосов: дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2016. 132 с.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доц., директор, ovchinnlarl9H6@ mail.rH, Россия, Якутск, ФГАОУВО «Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова»
ON THE ISSUE OF ENSURING RELIABLE OPERATION OF SECTIONAL PUMPS
AT KIMBERLITE MINES N.P. Ovchinnikov
One of the reasons for the frequent failures of the section pumps of kimberlite mines is the premature loss of hydraulic loading device. The main factors limiting the durability of hydraulic loading device of section pump have been identified. Recommendations are given to improve the efficiency of operation of the hydraulic loading device of the sectional pump.
Key words: mine drainage, sectional pump, hydraulic loading device, failure, wear, axial shift, emergency mode.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, docent, director, ovchinnlar1986@,mail.ru, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Alexandrov V.I., Avksentiev S.Yu., Makharatkin P.N. Energy efficiency of mine drainage systems // Mining information and analytical bulletin. 2017. No. 2. pp. 253-268.
2. Timukhin S.A., Ugolnikov A.V., Dolganov A.V. Problems of design and operation of mine drainage complexes // Proceedings of the Ural State Mining University. 2014. No. 3 (35). pp. 68-73.
3. Shcherbakov Yu.S., Yerofeeva N.V. Method of verification calculation of the drainage system of mining enterprises // Mining equipment and electromechanics. 2023. No. 1 (165). pp. 50-57. DOI: 10.26730/1816-4528-2023-1-50-57/
4. Gorelkin I.M. Development and justification of ways to improve the energy efficiency of pumping equipment of mine drainage complexes: dis. ... candidate of Technical Sciences. St. Petersburg, 2014. 197 p.
5. Ovchinnikov N.P. On the control of the technical condition of the hydraulic heel assembly of the sectional pump // Mining information and analytical bulletin. 2023. No. 10. pp. 56-73. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_56.
6. Ovchinnikov N.P. On one of the reasons for the reliable and safe operation of a mine drainage system // Occupational safety in industry. 2022. No. 2. pp. 49-53. DOI: 10.24000/0409-2961 -2022-2-76-80.
7. Estimation of the Reliability of Automatic Axial-balancing Devices for Multistage Centrifugal Pumps / I. Pavlenko, O.Gu sak, Ju. Trojanowska, V. Ivanov // Periodica Poly-technica, Mechanical Engineering. 2018. V. 63(1). P. 52-56. DOI: 10.3311/PPme.12801.
8. Substantiation and development of the procedure for calculating a hydraulic balancing device under condition of minimal energy losses / P. Kalinichenko, O. Gusak, S. Khovanskyy, Yu. Krutas // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. V. 2(7). P. 36-41. DOI: 10.15587/1729-4061.2017.97162.
9. Stuflyaev S.S., Shipulin O.G. Comparative analysis of a multistage pump of the Central nervous system type with an oppositional arrangement of impellers and a hydraulic coupling // Young scientist. 2017. No. 3(137). pp. 165-171.
10. Palamarchuk N.V., Timokhina V.Yu., Palamarchuk T.N. The reasons for the unsatisfactory operation of automatic balancing devices of centrifugal high-pressure pumps // Collection of scientific papers of the Donetsk Institute of Railway Transport. 2016. No. 42. pp. 65-71.
11. Petrov L.V. Improving the efficiency of drainage installations of mining enterprises by reducing or usefully using excessive pump pressure: dis. ... candidate of Technical Sciences. Yekaterinburg, 2016. 132 p. УДК 622.235
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНОЙ
ПОДГОТОВКИ ГОРНЫХ ПОРОД К ВЫЕМКЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПОГРУЗОЧНО-ДОСТАВОЧНОГО
КОМПЛЕКСА НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА
И.А. Пыталев, Д.В. Доможиров, Е.В. Борисенко, Ю.К. Ильтинин
Представлены результаты исследований цикла погрузки автосамосвалов с грузоподъемностью кузова 100 - 200 тонн экскаваторами с повышенной емкостью ковша с 30 до 40 м3 в зависимости от гранулометрического состава взорванной горной массы на угольных разрезах Кузбасса. Описана методика проведения исследований по определению зависимости параметров буровзрывных работ от гранулометрического состава подготовленных к выемке горных пород и, как следствие, его влияния на производительность погрузочно-доставочного комплекса крупных угольных разрезов Кузбасса: Кедровского, Калтанского и Краснобродского.
Ключевые слова: угольный разрез, открытые горные работы, горная масса, гранулометрический состав, хронометраж, экскавация, погрузка, транспортирование.
Введение
Развитие открытого способа добычи угля сопровождается ростом его масштабов, увеличением глубины разрезов, возрастанием коэффициентов вскрыши, ограниченностью размеров рабочего пространства, усложнением горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации основного технологического оборудования, снижением качества добываемого сырья [1 - 11]. В полной мере это относится к ведущим угольным разрезам Кузбасса: Кедровский, Калтанский, Краснобродский. К основному технологическому оборудованию, применяемому на угольных разрезах, относятся: буровые станки, экскаваторы, автосамосвалы, подвижной состав железнодорожного транспорта, конвейерные ставы, перегружатели, бульдозеры.
Наряду с процессом подготовки горной массы на угольных разрезах совершенствуются и процессы технологии ее выемки и транспортирования [11, 12].
Так, на предприятиях крупнейшей компании по добычи угля открытым способом АО «УК Кузбассразрезуголь» эксплуатируются более 270 экскаваторов различных конструкций и марок, как отечественного, так и импортного производства [13, 14]. Из общего числа эксплуатируемой техники большую ее часть (64,8 %) составляют экскаваторы типа прямая и обратная «мехлопата» (ЭКГ), шагающие драглайны (ЭШ) - 20,5 % и гидравлические экскаваторы (ЭГ) - 14,7 % [15 - 17].
