Водоотлив

ВОДООТЛИВ (а. water pumping, water drainage; н. Wasserhaltung; ф. exhaure; и. desague) — удаление шахтных и карьерных вод из горных выработок. При подземной разработке различают главный водоотлив, предназначенный для откачки общешахтного притока воды, и участковый водоотлив — для перекачки воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива (реже непосредственно на поверхность земли). В редких случаях применяется центральный водоотлив, когда несколько шахт имеют общую водоотливную установку, и региональный, обеспечивающий водоотлив всего района в целом.

Водоотлив по схеме откачки воды на поверхность разделяется на прямой, когда откачка воды из главного водосборника производится сразу на поверхность, и ступенчатый, когда из нижних горизонтов через стволы (реже скважины) вода перекачивается в промежуточные водосборники вышележащих горизонтов и затем на поверхность (рис. 1).

Реже применяются другие схемы водоотлива, например, с передачей воды в расположенную выше (у ствола) насосную камеру, с перепуском воды из вышележащего горизонта и др. В систему шахтного водоотлива входят: устройства для регулирования внутришахтного стока (водоотводные канавки, трубопроводы, перекачные насосы), водосборники, насосные станции с водозаборными колодцами и водоотливными установками, с всасывающими и нагнетательными трубопроводами. Устройства для регулирования стока внутришахтных вод включают трубопроводы и канавки для отвода воды в участковые и главные водосборники.

Шахтные водосборники и насосные камеры располагают с учётом гипсометрии подошвы полезных ископаемых, состава горных пород, схем вскрытия и других горно-геологических и горнотехнических условий. Насосная камера с водоотливными установками помещается у водосборника и соединяется с ним выработками. При притоке воды более 50 м³/ч главная водоотливная установка состоит из 3 одинаковых насосов (рабочего, резервного и находящегося в ремонте), каждый из которых рассчитывается на откачку за 20 часов суточного нормального притока. Всасывающая труба каждого из насосов при притоке воды до 100 м³/ч опускается в один общий водозаборный колодец, а при притоке более 100 м³/ч — в отдельные колодцы. Для главного водоотлива на шахтах (рис. 2) применяются в основном центробежные многоступенчатые секционные насосы в горизонтальном исполнении, допускающие содержание механических примесей в воде (частицы до 0,1-0,2 мм) до 0,1-0,2%.

КПД насосов изменяется в пределах 68-78%. Кислотоупорные насосы применяются при pH воды менее 5 или при содержании в ней свыше 100 мг/л свободной серной кислоты и могут соединяться параллельно и последовательно с заливочным и бустерным насосами. Для участкового водоотлива в шахтах, кроме многоступенчатых центробежных насосов, используются также консольные центробежные, моноблочные и вспомогательные насосы (турбонасосы, электронасосные одновинтовые агрегаты, одноступенчатые центробежные горизонтальные насосы, центробежные горизонтальные консольные насосы). При откачке неосветлённых шахтных вод (с твёрдыми включениями крупностью до 20 мм), очистке водосборников от шлама и на участковом водоотливе применяются шламовые насосы (вертикальные, суспензионные, магнетитошламовые и др.). Для подачи воды на поверхность в стволе шахты прокладываются минимум два става нагнетательных труб — один рабочий и один резервный; при двух одновременно работающих насосах прокладываются три става труб. Каждый став рассчитывается на выдачу нормального суточного притока не более чем за 20 часов; при повышенных притоках используются все ставы.

Водоотливные установки оборудуются аппаратурой автоматизации, контроля и защиты. Аппаратура автоматизации обеспечивает автоматическую заливку, пуск и остановку насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике, поочерёдную работу насосов, автоматических включение резервных насосов при аварийном подъёме уровня воды в водосборнике и неисправности работающего насоса, дистанционный контроль и сигнализацию об уровне воды в водосборнике. На угольных шахтах, опасных по газу и пыли, применяется аппаратура автоматизации во взрыво- и пылебезопасном исполнении. В качестве приборов контроля гидравлических показателей используются манометры и расходомеры. Для защиты насосов от гидравлических ударов при их остановке применяются специальные гасители ударов. Основные пути дальнейшего совершенствования водоотлива на шахтах: сокращение объёма и упрощение конструкции водосборников или применение бескамерного водоотлива с вертикальными погружными насосами и эрлифтами; совершенствование средств водоотлива для откачки на поверхность загрязнённой воды; полная механизация труда по транспорту оборудования, монтажу насосных агрегатов и трубопроводов, чистке водосборников и т.д.

При открытой разработке система водоотлива состоит из устройства для регулирования внутрикарьерного стока, водосборников, насосных станций с водоотливными установками и с нагнетательными трубопроводами. Устройства для регулирования внутрикарьерного стока включают пригрузки для предотвращения деформаций рыхлых пород на участках просачивания подземных вод на откосах, водоотводные канавы или трубы для сбора воды на всех уступах и в выработанном пространстве и отвода воды вначале к участковым, а затем к главным водосборникам.

В зависимости от местоположения главных водосборников карьерный водоотлив разделяется на открытый, подземный и комбинированный, включающий элементы открытого и подземного (рис. 3).

При открытом водоотливе водосборники с насосными станциями располагают на самых низких отметках карьера. Водосборники главных водоотливов сооружаются при притоках воды более 50 м³/ч и рассчитываются на приём не менее 3-часового нормального притока воды. Насосные станции сооружают у водосборников и оборудуют водоотливными установками, производительность которых должна обеспечивать откачку максимального суточного притока воды за 20 часов; дополнительно предусматриваются резервные насосы. В районах, где притоки ливневых вод могут в несколько раз превышать нормальные, насосы главных водоотливов выполняют плавучими.

При открытом водоотливе на обводнённых карьерах применяют в основном высокопроизводительные низконапорные насосы. Нагнетательные трубопроводы прокладываются на нерабочих бортах карьеров. В зимнее время водоотливные установки, нагнетательные трубопроводы, а также водоотводные канавы защищаются от промерзания. При подземном водоотливе в карьере вода перекачивается или отводится в специальные дренажно-водоотводные выработки (штреки), пройденные с уклоном в сторону водосборника с насосной камерой, откуда она откачивается насосами на поверхность через водоотливные стволы или скважины в поверхностные водотоки или водоёмы. При этом используются в основном те же насосы, что и при шахтном водоотливе. При проходе шахтных стволов и разрезных траншей применяются вспомогательные насосы (центробежные спиральные, секционные, консольные, турбонасосы и др.) производительностью 5-130 м³/ч и напором 30-100 м.