Результат интеллектуальной деятельности: Способ осушения карьера

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при откачивании воды из карьера в теплое время года.

Известен способ осушения карьера, включающий циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью присоединенных к трубопроводной сети насосных агрегатов, работающих в расчетном режиме с обеспечением требуемого расхода воды при оптимальных значениях КПД, и управление рабочими параметрами насосных агрегатов з а счет изменения напорной характеристики трубопроводной сети дросселированием потокана выходе из насосов (авторское свидетельство СССР на изобретение №909319, опубл. 28.02.1982, бюл. №8).

Недостатками указанного способа являются большие затраты энергии на работу водоотливной установки и невозможность увеличения ее производительности.

Известен способ осушения карьера, включающий циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью присоединенных к трубопроводной сети насосных агрегатов, работающих в расчетном режиме с обеспечением требуемого расхода воды при оптимальных значениях КПД, периодические переходы с расчетного режима работы на высокопроизводительные за счет изменения напорной характеристики трубопроводной сети путем выпуска части расхода воды в окружающую атмосферу из оросительных устройств, подключаемых к трубопроводной сети, и управление высокопроизводительными режимами работы в пределах рабочего интервала напорной характеристики насосов за счет регулирования путевого расхода воды с помощью запорно-регулирующей арматуры (патент РФ на изобретение №2580329, опубл. 10.04.2016, бюл. №10).

Недостатком данного способа, принятого за прототип, являются большие затраты энергии на откачивание воды в связи с малой величиной допустимого путевого расхода.

Задачей изобретения является уменьшение затрат энергии на водоотлив.

Достигается это тем, что в известном способе осушения карьера, включающем циклическое откачивание карьерных вод на поверхность с помощью присоединенных к трубопроводной сети насосных агрегатов, работающих в расчетном режиме с обеспечением требуемого расхода воды при оптимальных значениях КПД, периодические переходы с расчетного режима работы на высокопроизводительные за счет изменения напорной характеристики трубопроводной сети путем выпуска части расхода воды в окружающую атмосферу из оросительных устройств, подключаемых к трубопроводной сети, и управление высокопроизводительными режимами работы в пределах рабочего интервала напорной характеристики насосов за счет регулирования путевого расхода воды с помощью запорно-регулирующей арматуры, откачивание карьерных вод на поверхность выполняют с помощью насосных агрегатов, расчетный режим работы которых находится в области возрастания оптимальных значений КПД до максимальной величины при увеличении подачи насосов, выпуск части расхода воды в окружающую атмосферу при высокопроизводительных режимах работы насосных агрегатов осуществляют в зонах конвективного движения воздушных масс, а при управлении высокопроизводительными режимами изменяют дисперсность распыляемых оросительными устройствами капель воды.

Отличительные признаки - откачивание карьерных вод на поверхность с помощью насосных агрегатов расчетный режим работы которых находится в области возрастания оптимальных значений КПД до максимальной величины при увеличении подачи насосов позволяет расширить диапазон регулирования путевого расхода воды, а выпуск части расхода воды в зонах конвективного движения воздушных масс и изменение дисперсности распыляемых оросительными устройствами капель воды исключает возможность рециркуляции откачиваемых вод благодаря интенсивному испарению выпускаемой воды и ее выносу за пределы карьера.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение производительности насосных агрегатов за счет сокращения расстояния транспортирования и высоты подъема части объема карьерных вод при сохранении расчетной мощности водоотливной установки, что позволяет уменьшить затраты энергии на водоотлив.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, схемой и графиками на фиг. 1, 2 и 3, где 1 - водосборник; 2 - насосный агрегат; 3 - всасывающий трубопровод; 4 - нагнетательный трубопровод; 5 - пусковая задвижка; 6 - обратный клапан; 7 - площадка уступа борта карьера; 8 - патрубок; 9 - задвижка вспомогательного оросительного устройства; 10 - задвижка основного оросительного устройства; 11 - вспомогательный распределительный канал; 12 - основной распределительный канал; 13 - ствол для выброса воды в атмосферу; 14 - сопло с выходным отверстием диаметром 3 мм; 15 - сопло с выходным отверстием диаметром 5 мм; 16 - стойки с опорной рамкой; 17 - отражающая пластина. На фиг. 1 представлен план карьера с водоотливной установкой и оросительными устройствами; на фиг. 2 - гидравлическая схема водоотливной установки с оросительными устройствами; на фиг. 3 - графики изменения параметров насосных агрегатов при расчетном и высокопроизводительном режимах работы.

Водоотливная установка содержит размещаемые возле водосборника 1 насосные агрегаты 2 с всасывающими 3 и нагнетательными 4 трубопроводами, образующими рабочую и резервную магистрали трубопроводной сети. На выходе насосов установлены пусковая задвижка 5 и обратный клапан 6. На участках примыкания трубопроводной сети к площадкам 7 уступов борта карьера к нагнетательным трубопроводам 4 присоединены оросительные устройства, состоящие из патрубка 8, снабженного задвижкой 9 или 10, и распределительных каналов 11 или 12. Внутри каналов 11 к 12 размещают рассекатель потока и водораспределительные ребра, обеспечивающие равномерную подачу воды к стволам 13, присоединенным к выпускным отверстиям распределительных каналов. Длину стволов назначают исходя из условия обеспечения процесса распыления воды над откосом уступа на достаточном удалении от его верхней бровки. Сопла 14 стволов 13, прикрепленных к вспомогательному распределительному каналу 11, формируют высоконапорные водяные струи диаметром 3 мм, а сопла 15 стволов основных распределительных каналов 12 - струи диаметром 5 мм. К внешней поверхности каждого ствола 13 присоединяют стойки с опорной рамкой 16, удерживающей в наклонном положении пластину 17 для распыления воды.

Способ осушения карьера осуществляется следующим образом.

При проектировании водоотлива предварительно рассматривают различные марки центробежных насосов рабочий интервал АС напорных характеристик H-Q которых обеспечивает требуемую производительность Q_треб. С учетом необходимости реализации высокопроизводительных режимов работы в качестве окончательного решения принимают насосы с расчетной подачей Q₀ на верхнем участке АВ рабочего интервала, где при повышении подачи насосов оптимальные значения КПД η_опт возрастают до максимальной величины η_max. В этом случае имеется существенный резерв для увеличения производительности на нижнем участке ВС рабочего интервала, границу С которого устанавливают согласно условию экономичной работы при КПД η_опт≥0,9⋅η_max.

В теплое время года в периоды отсутствия дождей водосборник 1 наполняют нормальные водопритоки, которые откачивают одним насосным агрегатом 2 через один трубный став. При срабатывании датчика уровня запускают агрегат 2 в холостом режиме, после чего открывают пусковую задвижку 5 и переводят режим работы насоса 2 в расчетный с подачей Q₀.

При развитом конвективном воздухообмене атмосферы карьера с внешней средой осуществляют переход с расчетного режима работы на высокопроизводительный путем изменения напорной характеристики Н_с - Q_i трубопроводной сети с увеличением подачи насоса до величины Q₁. Для этого открывают задвижки 10 основных оросительных устройств, выпуская часть расхода воды через патрубки 8, основные распределительные каналы 12 и стволы 13 с соплами 75 в окружающую атмосферу. Высоконапорные водяные струи диаметром 5 мм при соударении с отражающими пластинами 17 образуют облако мелкодисперсных капель, большая 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 уменьшении интенсивности конвективного воздухообмена или при увеличении водопритока в водосборник 1 отключают основные оросительные устройства и открывают задвижку 9, направляя поток воды через вспомогательный распределительный канал 11 в стволы с соплами 14. Уменьшение диаметра струй до 3 мм позволяет повысить дисперсность капель распыляемой воды в несколько раз. В связи с этим интенсивность испарения воды увеличивается, предотвращается возможность ее рециркуляции в карьере, а подача насоса в результате уменьшения путевого расхода снижается до величины Q₂.

При наступлении пасмурной погоды или при быстром охлаждении атмосферы, характерном для суточного цикла изменения температуры воздуха, прерывают работу оросительных устройств, а откачивание воды из карьера осуществляют в расчетном режиме с расходом Q₀.

Рабочие режимы водоотливной установки с подачей Q₀, Q₁ или Q₂ могут быть реализованы при постоянной электрической мощности насоса. В связи с этим очевидно, что удельные затраты энергии на откачивание 1 м³ воды из карьера при высокопроизводительных режимах работы существенно меньше затрат при расчетном режиме без путевого отбора воды.

Применение предлагаемого способа сокращает расстояние транспортирования и высоту подъема значительной части откачиваемого объема карьерных вод при сохранении расчетной мощности водоотливной установки, что позволяет уменьшить затраты энергии на водоотлив.