RU2798172C1

RU2798172C1 - Quarry drainage method

Info

Publication number: RU2798172C1
Application number: RU2023100951A
Authority: RU
Inventors: Андрей Степанович Морин; Татьяна Александровна Бровина; Виталий Иванович Мигунов; Александр Сергеевич Нюхневич
Filing date: 2023-01-17
Publication date: 2023-06-16

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention can be used when pumping water from a quarry in the warm season. The method for draining a quarry includes cyclic pumping of quarry water to the surface using a dewatering plant, consisting of a pipeline network and centrifugal pumps connected to it, providing the calculated water supply at optimal efficiency values, periodic release of a part of the water flow into the quarry atmosphere from irrigation devices connected to the pipeline network, and control of the operating mode of the drainage unit by regulating the water flow rate with the help of shut-off and control valves. The regulation of the flow rate of the dewatering plant is accompanied by regulation of the operating mode of the pumps by introducing atmospheric air into the suction duct of the dewatering plant and using a valve at the outlet of the pumps to ensure their calculated supply at optimal efficiency values, and the air is released into the quarry atmosphere from irrigation devices along with jets water.

EFFECT: expanding the possibilities of using pumped out quarry water to suppress dust and intensify natural air exchange in the quarry by providing high transportation costs for the dewatering plant in the nominal operating mode of pumps and reducing the specific consumption of sprayed water per unit of wetted area.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при откачивании воды из карьера в теплое время года. The invention relates to the mining industry and can be used when pumping water from a quarry in the warm season.

Известен способ осушения карьера, включающий циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью присоединенных к трубопроводной сети центробежных насосов, работающих в расчетном режиме с обеспечением требуемого расхода воды при оптимальных значениях КПД, и управление рабочими параметрами насосных агрегатов за счет изменения напорной характеристики трубопроводной сети дросселированием потока на выходе из насосов (авторское свидетельство СССР на изобретение №909319, опубл. 28.02.1982, бюл. №8).A known method of draining a quarry, including cyclic pumping of quarry water to the surface using centrifugal pumps connected to the pipeline network, operating in the design mode to ensure the required water flow at optimal efficiency values, and controlling the operating parameters of pumping units by changing the pressure characteristic of the pipeline network by throttling the flow at the outlet of the pumps (USSR author's certificate for the invention No. 909319, publ. 28.02.1982, bull. No. 8).

Недостатком указанного способа являются большие затраты энергии на работу водоотливной установки.The disadvantage of this method are the high energy costs for the operation of the drainage installation.

Известен способ осушения карьера, включающий циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью водоотливной установки, состоящей из трубопроводной сети и присоединенных к ней центробежных насосов, обеспечивающих расчетную подачу воды при оптимальных значениях КПД, периодический выпуск части расхода воды в атмосферу карьера из оросительных устройств, подключаемых к трубопроводной сети, и управление режимом работы водоотливной установки за счет регулирования путевого расхода воды с помощью запорно-регулирующей арматуры (патент РФ на изобретение №2738515, опубл. 14.12.2020, бюл. №35).A known method of draining a quarry, including cyclic pumping of quarry water to the surface using a dewatering plant, consisting of a pipeline network and centrifugal pumps connected to it, providing the estimated water supply at optimal efficiency values, periodic release of part of the water flow into the quarry atmosphere from irrigation devices connected to the pipeline network, and control of the operating mode of the dewatering plant by regulating the flow rate of water using shut-off and control valves (RF patent for the invention No. 2738515, publ. 12/14/2020, bull. No. 35).

Недостатками данного способа, принятого за прототип, являются возможность выхода рабочего режима насосов из зоны максимальных КПД, опасность перегрузки двигателей по мощности и повышение притока воды в водосборник карьера при увеличении путевого расхода водоотливной установки.The disadvantages of this method, taken as a prototype, are the possibility of exiting the operating mode of the pumps from the zone of maximum efficiency, the danger of overloading the engines in terms of power and increasing the flow of water into the sump of the quarry with an increase in the flow rate of the dewatering plant.

Задачей изобретения является расширение возможностей использования откачиваемых карьерных вод для подавления пыли и интенсификации естественного воздухообмена в карьере за счет обеспечения больших путевых расходов водоотливной установки при номинальном режиме работы насосов и снижения удельного расхода распыляемой воды на единицу смачиваемой площади.The objective of the invention is to expand the possibilities of using pumped out quarry water to suppress dust and intensify natural air exchange in a quarry by providing high travel costs for a dewatering plant at the nominal operating mode of the pumps and reducing the specific consumption of sprayed water per unit wetted area.

Достигается это тем, что в известном способе осушения карьера, включающем циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью водоотливной установки, состоящей из трубопроводной сети и присоединенных к ней центробежных насосов, обеспечивающих расчетную подачу воды при оптимальных значениях КПД, периодический выпуск части расхода воды в атмосферу карьера из оросительных устройств, подключаемых к трубопроводной сети, и управление режимом работы водоотливной установки за счет регулирования путевого расхода воды с помощью запорно-регулирующей арматуры, согласно изобретению, регулирование путевого расхода водоотливной установки сопровождают регулированием режима работы насосов путем впуска атмосферного воздуха во всасывающий тракт водоотливной установки и с помощью задвижки на выходе из насосов с обеспечением их расчетной подачи при оптимальных значениях КПД, а выпуск воздуха в атмосферу карьера осуществляют из оросительных устройств вместе со струями воды.This is achieved by the fact that in the known method of draining a quarry, including cyclic pumping of quarry water to the surface using a dewatering plant, consisting of a pipeline network and centrifugal pumps connected to it, providing the calculated water supply at optimal efficiency values, periodic release of part of the water flow into the atmosphere a quarry of irrigation devices connected to the pipeline network, and control of the operating mode of the dewatering plant by regulating the flow rate of water using shut-off and control valves, according to the invention, the regulation of the travel flow of the dewatering installation is accompanied by the regulation of the operating mode of the pumps by introducing atmospheric air into the suction tract of the dewatering installation and with the help of a valve at the outlet of the pumps to ensure their calculated supply at optimal efficiency values, and the air is released into the atmosphere of the quarry from irrigation devices along with water jets.

Отличительные признаки - регулирование режима работы насосов путем впуска атмосферного воздуха во всасывающий тракт водоотливной установки и с помощью задвижки на выходе из насосов дает возможность поддерживать номинальные значения подачи и КПД насосов при регулировании путевого расхода водоотливной установки, а выпуск воздуха в атмосферу карьера из оросительных устройств способствует мелкодисперсному распылению воды и снижает ее удельный расход на единицу смачиваемой площади, позволяя увеличивать путевой расход водоотливной установки без угрозы переувлажнения горных пород.Distinctive features - regulation of the pump operation mode by introducing atmospheric air into the suction tract of the dewatering plant and using a valve at the outlet of the pumps makes it possible to maintain the nominal values of the flow and efficiency of the pumps when regulating the flow rate of the dewatering installation, and the release of air into the atmosphere of the quarry from irrigation devices contributes to fine spraying of water and reduces its specific consumption per unit of wetted area, allowing you to increase the flow rate of the dewatering plant without the threat of waterlogging of rocks.

Предлагаемый способ поясняется планом карьера на фиг. 1 и гидравлической схемой водоотливной установки на фиг. 2, где 1 - водосборник; 2 - насосный агрегат; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - нагнетательный трубопровод; 5 - воздуховод; 6 - регулируемый дроссель; 7 - пусковая задвижка; 8 - обратный клапан; 9 - площадка уступа борта карьера; 10 - патрубок; 11 и 12 - регулирующие клапаны оросительного устройства; 13 - основной распределительный канал; 14 - вспомогательный распределительный канал; 15 - ствол для выброса воды в атмосферу; 16 - сопло.The proposed method is illustrated by the quarry plan in Fig. 1 and the hydraulic diagram of the dewatering plant in FIG. 2, where 1 - water collector; 2 - pump unit; 3 - suction pipeline; 4 - discharge pipeline; 5 - air duct; 6 - adjustable throttle; 7 - starting valve; 8 - check valve; 9 - platform of the ledge of the side of the quarry; 10 - branch pipe; 11 and 12 - control valves of the irrigation device; 13 - main distribution channel; 14 - auxiliary distribution channel; 15 - barrel for ejection of water into the atmosphere; 16 - nozzle.

Водоотливная установка содержит размещаемые возле водосборника 7 насосные агрегаты 2 с всасывающими 3 и нагнетательными 4 трубопроводами, образующими рабочую и резервную магистрали трубопроводной сети. К всасывающим трубопроводам ниже уровня откачиваемой воды присоединены воздуховоды 5 с регулируемыми дросселями 6. На выходе насосов установлены пусковая задвижка 7 и обратный клапан 8. На участках примыкания трубопроводной сети к площадкам 9 уступов северного борта карьера к нагнетательным трубопроводам 4 присоединено оросительное устройство, состоящее из патрубков 10 с регулирующими клапанами 11 или 12, и распределительных каналов 13 и 14, снабженных стволами 15 для формирования водяных струй с соплами 16.Drainage installation contains placed near the water collector 7 pumping units 2 with suction 3 and discharge 4 pipelines, forming a working and reserve line of the pipeline network. Air ducts 5 with adjustable throttles 6 are connected to the suction pipelines below the level of the pumped water. At the outlet of the pumps, a starting valve 7 and a check valve 8 are installed. 10 with control valves 11 or 12, and distribution channels 13 and 14, equipped with barrels 15 for forming water jets with nozzles 16.

Способ осушения карьера осуществляется следующим образом.The method of draining the quarry is carried out as follows.

В теплое время года в периоды отсутствия дождей в водосборник 7 поступают нормальные притоки карьерных вод, которые откачивают одним насосным агрегатом 2 через один трубный став с расчетной подачей Q при КПД близком к максимальному значению η_макс.In the warm season, during periods of lack of rain, normal inflows of quarry water enter the reservoir 7, which are pumped out by one pump unit 2 through one pipe line with a calculated flow Q at an efficiency close to the maximum value η _max .

Для подавления пыли и интенсификации естественного воздухообмена атмосферы карьера с внешней средой открывают клапан 11, обеспечивая выпуск 3÷5% общего расхода воды через патрубок 10, основной распределительный канал 13 и стволы 15 с соплами 16 в окружающую атмосферу. Высоконапорные водяные струи образуют облако мелкодисперсных капель, значительная часть которых испаряется при свободном падении и выносится в виде водяного пара восходящими потоками воздуха за пределы карьера, а меньшая часть, оседающая на борт карьера, испаряется за счет тепловой энергии горных пород и воздуха. При этом отмечается незначительное увеличение подачи Q насоса 2, вызванное уменьшением потерь напора в трубопроводной сети.To suppress dust and intensify the natural air exchange of the quarry atmosphere with the external environment, the valve 11 is opened, providing the release of 3÷5% of the total water flow through the pipe 10, the main distribution channel 13 and the shafts 15 with nozzles 16 into the surrounding atmosphere. High-pressure water jets form a cloud of fine droplets, a significant part of which evaporates during free fall and is carried out in the form of water vapor by ascending air flows outside the quarry, and a smaller part, settling on the side of the quarry, evaporates due to the thermal energy of rocks and air. In this case, there is a slight increase in the supply Q of the pump 2, caused by a decrease in pressure losses in the pipeline network.

Для включения в работу вспомогательных распределительных каналов 14 открывают клапаны 12. Рост путевого расхода воды вызывает дополнительное повышение подачи Q насоса 2 и уменьшение его КПД с угрозой перегрузки двигателя и возникновения кавитации. Кроме того, увеличение удельного расхода воды на единицу смачиваемой площади приводит к переувлажнению горных пород и к стеканию части распыляемой воды обратно в водосборник 1 карьера. В этом случае открывают дроссель 6 на воздуховоде 5, обеспечивая поступление атмосферного воздуха во всасывающий трубопровод 3, и регулируют его расход для снижения подачи Q насоса 2 на 5÷10%. Если такого снижения подачи оказывается недостаточно для восстановления оптимальных параметров работы насоса 2, прикрывают задвижку 7, увеличивая сопротивление нагнетательного трубопровода 4 до достижения расчетной подачи Q.To enable the auxiliary distribution channels 14, the valves 12 are opened. An increase in the water flow rate causes an additional increase in the supply Q of the pump 2 and a decrease in its efficiency with the threat of overloading the engine and causing cavitation. In addition, an increase in the specific water consumption per unit of wetted area leads to waterlogging of rocks and to the flow of part of the sprayed water back into the reservoir 1 of the quarry. In this case, the throttle 6 is opened on the air duct 5, ensuring the flow of atmospheric air into the suction pipeline 3, and adjusting its flow rate to reduce the supply Q of the pump 2 by 5÷10%. If such a decrease in supply is not enough to restore the optimal parameters of the pump 2, close the valve 7, increasing the resistance of the discharge pipeline 4 until the calculated flow Q is reached.

При поступлении в оросительное устройство и перемещении по стволам 15 с большой скоростью смесь воздуха с водой теряет статическое давление, которое снижается до величины давления окружающей среды. Пузырьки воздуха при этом расширяются в объеме смеси и ускоряют выпускаемые в атмосферу карьера струи воды. Расширение воздуха увеличивает факел выброса распыляемой воды и повышает ее дисперсность, что способствует наиболее интенсивному испарению воды и снижает ее удельный расход на единицу смачиваемой площади. Создание увлажненных зон уменьшает содержание пылевой взвеси в атмосфере карьера и активизирует восходящее движение воздушных масс за счет весовой разности сухого и влажного воздуха.When entering the irrigation device and moving through the shafts 15 at high speed, the mixture of air and water loses static pressure, which is reduced to the value of the ambient pressure. At the same time, air bubbles expand in the volume of the mixture and accelerate the jets of water released into the atmosphere of the quarry. The expansion of air increases the jet of sprayed water and increases its dispersion, which contributes to the most intensive evaporation of water and reduces its specific consumption per unit of wetted area. The creation of humid zones reduces the content of dust suspension in the atmosphere of a quarry and activates the upward movement of air masses due to the weight difference between dry and humid air.

Техническим результатом предлагаемого способа является расширение возможности использования откачиваемых карьерных вод для подавления пыли и интенсификации естественного воздухообмена в карьере за счет обеспечения больших путевых расходов водоотливной установки при номинальном режиме работы насосов и снижения удельного расхода распыляемой воды на единицу смачиваемой площади.The technical result of the proposed method is to expand the possibility of using pumped out quarry water to suppress dust and intensify natural air exchange in the quarry by providing high travel costs for the dewatering plant at the nominal operating mode of the pumps and reducing the specific consumption of sprayed water per unit wetted area.

Claims

A method for draining a quarry, including cyclic pumping of quarry water to the surface using a dewatering plant, consisting of a pipeline network and centrifugal pumps connected to it, providing the calculated water supply at optimal efficiency values, periodic release of a part of the water flow into the quarry atmosphere from irrigation devices connected to pipeline network, and control of the operating mode of the dewatering plant by regulating the water flow rate with the help of shut-off and control valves, characterized in that the regulation of the flow rate of the dewatering installation is accompanied by the regulation of the pump operation mode by introducing atmospheric air into the suction tract of the dewatering installation and using a valve on outlet from the pumps to ensure their calculated supply at optimal efficiency values, and the release of air into the atmosphere of the quarry is carried out from irrigation devices along with water jets.