CC BY
32
© В.В. Сенкус, 2007
УДК 622.08 В.В. Сенкус
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ШАХТНЫХ ВОД
В основе системы управления потоками шахтных вод лежит балансовая модель прихода шахтного притока из разработанных водоносных пластов, нарушений и трещин горного массива, связанных с поверхностными водами, и выходом его на поверхность в отстойники, а затем сбросы, которая описывается выражением:
0ПР <0 + (ОРоа - фГВ),
где Опр - шахтный приток, м3/ч;
0ПР =£ опр,
!=1
где 0ПР - шахтный приток из 1-го водоносного пласта (трещины), м3/ч; О* - расход выделяемой на поверхность воды, м3/ч.
ов = Х п • о,
!=1
где г/1 - КПД ,-го насоса; 0,- - производительность насоса, м3/ч; п - число насосов в насосной камере; 0од -пропускная способность водосборника, м3/ч.
0Вод = у,
где V - объем водосборника, который по требованиям [ПБ^ = (4^6) Опр, м3; t - время нахождения воды в отстойнике, ч.
* = к,
где к - длина отстойника, м; и - скорость движения потока воды в отстойнике, м/ч.
и = ■
0пр
Б
где Б - площадь сечения водосборника, м2.
0ГВ = {(И, и к Кр),
где И - глубина водосборника, м; и -скорость движения потока, м/ч; к -длина водосборника, м; Кр - крупность осажденного шлама, м.
Зависимость объема осаждения шлама от параметров водосборника и шлама рассматривается в разделе очистки шахтных вод различными способами.
На практике объем шахтного притока за единицу времени определяется экспериментально методом откачек на 30 % за счет оседания шлама требуется его очистка, которая является обязательной перед наступлением периодов максимального шахтного притока (осенний, весенний) [ПБ].
В существующей системе управления шахтный приток выделяется шламовым непосредственно при неглубоких или через станции на верхних горизонтах в глубоких шахтах, и осевший в водосборнике шлам переодиче-ски удаляют из водосборника.
Разработанные способы и средства позволяют пересмотреть систему управления потоками шахтных вод и схемы шахтного водоотлива, которые реализуют балансовую модель, описываемую выражением:
0ППР <(0Вод - фГВ) + О* + О*,
о
Система управления потоками шахтных вод
где 0рк - производительность насосов, нагнетающих очищенный шахтный приток, м3/ч.
О™ =£0“ ,
1=1
где - поглощающая возможность 1й скважины водоносного пласта м3/ч, О10* - приток, выдавливаемый на поверхность, м3/ч.
В балансовой модели предполагается, что шахтный приток аккумулируется и непрерывно очищается от загрязнения и насосами подается в нижележащие за пределами декомпрессионной воронки водоносные пласты, залегающие за пределами горных работ, и остаток воды не принятый водоносным пластом выдается на поверхность в отстойники.
Предложенная система управления потоками шахтных вод (рисунок) включает подсистемы: очистки шахтного потока в подземных условиях различными способами; обезвоживания шлама; аккумуляции воды; выдачи шахтного притока, нагнетания воды в скважины водоносных пластов; аккумуляции воды в отстойнике на поверхности; дополнительной очистки воды.
Для реализации экологически безопасной системы управления потоками шахтных вод необходимо для каждой подсистемы разработать ряд требований, обеспечивающих производственную, технологическую, экологическую и санитарную безопасность потоков подземных вод.
Основным технологическим требованием системы управления является обеспечение баланса прихода и выдачи воды
0ПР = 0В + О01,
где Ор - шахтный приток, м3/ч; О -выдача воды, м3/ч; О0" - объем осевшего шлама, м3/ч.
Для подсистемы очистки воды основным технологическим требованием является обеспечение пропускной способности для вод шахтного притока
Я О < О ,
^~пр про ’
где Опро - производительность подсистемы очистки шахтных вод, м3/ч.
Дополнительным требованием является снижение концентраций загрязняющих веществ в шахтном притоке до предельно допустимых концентраций (ПДК).
Обеспечение ПДК для загрязняющих веществ в подземных условиях является сложной задачей, т.к. использование химических методов и применение ПАВ в условиях нестабильного загрязнения может привести к дополнительному загрязнению подземных вод, при этом отсутствует возможность регенерации ПАВ, что ведет к высокой стоимости очистки.
К существующим способам очистки вод в подземных условиях можно отнести механический, фильтрационный и электрофизический. Механический можно реализовать на шпальто-вых ситах, обеспечивая обезвоживание шлама крупностью 0,1 мм и выдачу его из водосборника, при этом частицы шлама крупностью меньше 0,1 мм обезвоживаются вместе с более крупными частицами за счет сил адгезии, вызывающих их слипание.
Для очистки воды от частиц малой крупности в подземных условиях могут быть использованы тонкослойные осветлители различной конструкции, основанные на гравитационном способе их осаждения, сменные грубые фильтры и электрофизическая обработка воды пульсирующим постоянным током, которая способствует бактерицидной очистки воды.
Очистку воды можно организовать при наличии условий в обрушенных горных породах. Подсистема аккумуляции шахтного потока должна отвечать требованиям Правил безопасности [ПБ] и принимать 4-6 часовой нормальный шахтный приток.
Подсистема выдачи шахтного притока должна отвечать Правилам безопасности и для ступени выдачи шахтного притока на поверхность; нагнетание шахтного притока в скважину.
Ступень выдачи шахтного притока по требованиям не отличаются от существующих систем управления потоками подземных вод, прописанным в правилах безопасности. Для нагнетания воды в скважины, должны учитываться условия и поглощающая способность водоносного пласта, при этом нагнетательный насос должен обеспечивать давление близкое к гидроразрыву пласта, и для скважины предотвращать возврат воды из водоносного горизонта в горные выработки.
Подсистема аккумуляции воды в отстойнике на поверхности должна обеспечивать очистку от взвешенных частиц, что не возможно сделать на существующих отстойниках, т.к. при их проектировании не учитывается температурные наслоения воды в отстойнике.
Подсистема дополнительной очистки воды должна обеспечивать предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ в сбросах во внешние водоемы, отвечающих требованиям хозяйственно-бытового, рыбного и др. назначения.
Экологически безопасная система управления потоками шахтных вод реализуется на основе способа восстановления гидрологических режимов угольных шахт, который формирует ее методическую базу, птш
— Коротко об авторах--------------------------------------------------------
Сенкус В.В. - Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.
