Повышение эффективности эксплуатации водоотливных установок медноколчеданных рудников



Скачать 17,84 Mb.
страница1/8
Дата02.06.2018
Размер17,84 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8
На правах рукописи


ДОЛГАНОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ


ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК

МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ РУДНИКОВ

Специальность: 05.05.06 - «Горные машины»




АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Тимухин Сергей Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Суслов Николай Максимович
кандидат технических наук, доцент

Холодников Юрий Васильевич

Ведущая организация – ОАО «Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых «Уралмеханобр» (г. Екатеринбург).

Защита диссертации состоится « 15 » марта 2012 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу:

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».


Автореферат разослан « 7 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Хазин М. Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Интенсивная разработка медноколчеданных рудников и внедрение высокопроизводительных, эффективных технологий привели к быстрому нарастанию глубины подземных рудников и появлению существенного объема абразивных механических примесей в шахтной воде, что поставило рудничный водоотлив перед сложной проблемой очистки водосборников от шламовых смесей. В этих условиях в общем балансе энергопотребления на долю водоотлива приходится 20-40 % расхода всей электроэнергии подземного горного предприятия, поэтому разработка рациональных схем организации водоотлива, увеличение межремонтных периодов работы водоотливных установок (ВУ) и снижение расходов электроэнергии позволят значительно повысить технико-экономические показатели водоотлива и снизить затраты на добычу одной тонны полезного ископаемого.

Опыт эксплуатации ВУ медноколчеданных рудников, оборудованных центробежными секционными кислотоупорными насосами типа ЦНС(К), показал, что их фактическая наработка до капремонта составляет 248-1000 часов, в то время как в «Руководстве по эксплуатации насосов ЦНС(К) 300-120…600.000 РЭ» указано 6500 часов, что объясняется наличием в откачиваемой шахтной, кислотной воде с рН 3-4 значительного объема высокоабразивных примесей горных руд и пород, не соответствующих требуемым заводом-изготовителем условиям эксплуатации насосного оборудования.

Поскольку энергоэффективный путь производства в современных условиях не имеет альтернативы, вопросы обеспечения энергосберегающих условий эксплуатации ВУ для конкретных технологических схем с учетом повышенного абразивного износа насосов и интенсивного заиливания водосборников, с целью снижения энергетических затрат и увеличения межремонтных периодов шахтных центробежных насосов, представляют собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель работы состоит в повышении эффективности эксплуатации ВУ медноколчеданных рудников.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности эксплуатации рудничного водоотлива осуществляется посредством откачивания предварительно осветленных шахтных вод с выдачей осевшего шлама из отстойников водосборников высоконапорными гидроэлеваторными установками (ВГЭУ) на дневную поверхность или на промежуточные горизонты, через нагнетательные трубопроводы, минуя рабочие насосы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Основой повышения эффективности эксплуатации рудничного водоотлива медноколчеданных рудников является выбор рационального способа очистки водосборных емкостей, осуществляемый на основе фактического удельного износа элементов проточной части центробежных насосов главного водоотлива и с учетом объемов шламовых смесей.

2. Снижение гидроабразивного износа элементов проточной части центробежных насосов типа ЦНС(К) в период их эксплуатации достигается включением в технологические схемы насосных станций главного водоотлива рудников высоконапорных гидроэлеваторных установок, предназначенных для периодической очистки отстойников водосборников от шламовых смесей с последующей их транспортировкой по нагнетательным трубопроводам главного водоотлива на дневную поверхность или на промежуточные горизонты при многоступенчатом водоотливе.

3. Применение предварительного осветления шахтных вод от шлама с последующей его подачей высоконапорными гидроэлеваторными установками через нагнетательные трубопроводы главных водоотливных установок обеспечивает многократное снижение количества механических примесей в 1 м3 шахтной воды, что является определяющим фактором повышения технического ресурса насосного агрегата и ведет к снижению суммарных затрат на содержание комплекса рудничного водоотлива.

Объект исследований: рудничные водоотливные установки.

Предмет исследований: взаимодействие элементов проточной части рудничной водоотливной установки с откачиваемой шахтной водой.

Научная новизна. Получены зависимости износостойкости основных элементов проточной части насосов типа ЦНС(К) от их наработки в условиях подземных медноколчеданных рудников.

Уточнены уравнения для определения параметров струйных насосов (гидроэлеваторов) в условиях включения их в технологические схемы насосных станций главного водоотлива шахт и рудников ВГЭУ, предназначенных для очистки водосборников от шламовых смесей.

Разработана методика расчета предварительного осветления шахтных вод от шлама с последующей его подачей ВГЭУ через нагнетательные трубопроводы главных ВУ.

Методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались анализ и обобщение ранее опубликованных исследований, экспериментальные исследования, шахтные испытания и натурные наблюдения, статистическая обработка и анализ результатов экспериментальных исследований, технико-экономическое обоснование принятых решений.

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных исследований, достаточным объемом проведенных экспериментов и удовлетворительной сходимостью аналитических исследований с результатами выполненных экспериментов и данными практики, использованием современных средств контроля параметров эксплуатации насосных установок, относительное расхождение которых не превышает 10 %.

Практическая значимость работы

1. На примере анализа работы насосов главного водоотлива Узельгинского (УзПР), Учалинского (УПР), Сибайского (СПР) подземных рудников ОАО «УГОК», Чебачьего (ЧПР) ООО «ВУР», Александринского (АПР) ОАО «АГРК», Гайского (ГПР) ОАО «ГГОК», Октябрьского (ОПР) ОАО «БГОК» и др. показано, что основной причиной снижения эффективности ВУ является гидроабразивный износ центробежных насосов, работающих в таких условиях.

2. Разработана методика выбора рационального способа осветления шахтных вод и гидравлической очистки водосборников от шлама, позволившая рационально расходовать ресурс деталей, повысить межремонтные периоды насосных установок типа ЦНС(К) и перейти к обоснованному назначению периодичности их ремонтов.

3. Снижение гидроабразивного износа ЦНС(К) за счет откачивания насосами осветленной шахтной воды приводит к снижению удельного расхода электроэнергии на водоотлив и повышению долговечности насосов.

4. Обоснованы номенклатура и объемы запасных частей насосов типа ЦНС(К), работающих в условиях медноколчеданных рудников.

Личный вклад автора состоит в проведении натурных экспериментальных исследований, анализе их результатов и разработке методики гидравлической очистки водосборников от шлама на основе применения высоконапорных гидроэлеваторных установок.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработана ВГЭУ с параметрами, обеспечивающими работу насосов главного водоотлива на осветленной воде и полное удаление шламов из водосборника гидравлическим способом, что повышает технико-экономические показатели ВУ, увеличивает их срок службы, снижает затраты на очистку водосборников от шлама.

Рекомендации, направленные на повышение эффективности эксплуатации рудничных ВУ, используются на УзПР и переданы для использования на Сибайском филиале (СФ) ОАО «УГОК» и ОАО «Верхнеуральская руда».

Результаты исследований используются при чтении дисциплины «Стационарные машины» на кафедре горных машин и транспортно-технологических комплексов (ГМиТТК) в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова» (МГТУ им. Г.И. Носова) и в УГГУ.

Апробация работы: результаты, основные положения докладывались на Международной научно-технической конференции «Чтения памяти В. Р. Кубачека» (г. Екатеринбург, 2008, 2009, 2010 гг.), Международной научно-технической конференции «Добыча, обработка и применение природного камня» (г. Магнитогорск, 2009, 2010, 2011 гг.). На Международном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва 2008, 2009, 2011 гг.); ежегодных научно-технических конференциях МГТУ (г. Магнитогорск 2008, 2009, 2010 гг.); на заседаниях научного семинара кафедры ГМиТТК и факультета ГТиТ МГТУ

г. Магнитогорск, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг..



Публикации: по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 121 наименования, приложения и содержит 129 с. машинописного текста, 52 рисунка, 43 таблицы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, выбран объект исследования, сформулированы её цель, идея и научные положения, выносимые на защиту, кратко охарактеризовано значение работы.

В первой главе проведен анализ эксплуатации ЦНС(К) главного водоотлива в условиях УзПР, УПР, СПР ОАО «УГОК», ЧПР ООО «ВУР», АПР ОАО «АГРК», ГПР ОАО «ГГОК», ОПР ОАО «БГОК», в результате которого установлено, что фактическая наработка насосов до капитального ремонта составляет 248-1000 часов, а основными причинами преждевременного выхода из строя насосов и снижения эффективности их эксплуатации является гидроабразивный износ, обусловленный откачиванием недостаточно осветленных шахтных вод повышенной кислотности. Низкая их наработка объясняется несоответствием требуемых заводом-изготовителем и фактических условий эксплуатации ВУ.

Значительный вклад в решение проблемы обоснования и обеспечения эффективной эксплуатации ВУ с целью снижения затрат внесли многие российские ученые Федоров М.М., Герман А.П., Ломакин А.А., Веселов А.И., Борохович А.И., Гейер В.Г., Попов В.М., Картавый Н.Г., Рипп М.Г. и др. Выполненные ими исследования и разработки являются научной основой настоящей работы.





Максимальный износ


Рис. 1. Местный гидроабразивный износ

рабочего колеса насоса типа ЦНС(К) 300-360
Источниками шламообразования на ПР являются: буровая мелочь, получаемая в процессе бурения горных пород при мокром пылеподавлении; часть закладочной смеси от промывки закладочных трубопроводов и, главным образом, просыпь горной массы из кузовов транспортных средств, измельчаемая колесами самоходных машин, и т.д. Наличие твердых частиц, обладающих абразивными свойствами, приводит к преждевременному износу рабочих колес (рис. 1), корпусов, направляющих аппаратов, увеличению зазоров в уплотнениях колес и между ступенями, а также к снижению производительности и КПД насосов, а следовательно, повышенному расходу электроэнергии. Все это максимально проявляется на медно-колчеданных рудниках с повышенной кислотностью (рН 3-4) и абразивностью шахтных вод.

Выполненные в работе исследования химического состава и физико-механических свойств шахтных вод в условиях УзПР представлены на рис. 2, 3, где приведен ситовой анализ шлама и фото этой же пробы шлама массой 6,8 г, полученный из







Рис. 2. Ситовой анализ шлама

Рис. 3. Фото пробы шлама

пробы воды в объеме 1 л, при проведении исследований гидроабразивного износа насосов, т.е. за час вместе с шахтной водой им перекачивается 2040 кг твердых, механических примесей.

В настоящее время проблема очистки водосборников остается практически не решенной из-за низкой механизации, ввиду сложности работ по очистке водосборников и высокой их трудоемкости, но, тем не менее, разработано и предложено большое число схем очистки. Например, на УзПР очистку производят один раз в год, продолжительность её составляет до 90 рабочих смен, а объем вывозимых шламов до 9000 м3.

На УПР и ГПР очистку водосборников и шламоотстойников производят погрузочно-доставочными машинами (ПДМ) с последующей транспортировкой шлама МоАЗами или локомотивом с шахтными вагонетками. Отвлечение этих машин на очистку водосборников приводит к снижению производительности рудника и, соответственно, к увеличению парка технологических машин.

В результате проведенного анализа литературных источников по вопросам водоотлива горных производств рекомендуется для борьбы с гидроабразивным изнашиванием насосного оборудования:

1) обеспечивать условия работы насосов, соответствующих требованиям их заводов-изготовителей;

2) изготовлять элементы насоса из материалов, обладающих повышенной коррозиестойкостью и износостойкостью, включая современные полимерные, углепластиковые, стеклопластиковые и другие композитные материалы;

3) применять раздельные схемы откачки неосветленных и осветленных вод.

На основании этого можно сделать вывод о том, что эффективная эксплуатация ВУ, увеличение срока их службы при длительном поддержании высоких значений КПД имеет место лишь при количественной оценке износа элементов проточной части насосов от абразивных сред, что позволит применить эффективный способ защиты ВУ от абразивного износа. При этом повышение эффективности рудничных ВУ возможно только при условии работы насосов на осветленной воде, содержащей не более 0,2 % механических примесей по объему и крупностью не более 0,2 мм, соответствующих требованиям заводов-изготовителей насосного оборудования.

В результате анализа существующих способов и средств очистки шахтных вод от шлама установлено, что требованиям, предъявляемым к ним, наиболее полно удовлетворяет водоструйный насос-гидроэлеватор (ГЭ), достоинством которого является надежность и полная откачка шлама из водосборника.

Значительный вклад в развитие теории и расширение практического использования ГЭ в различных отраслях промышленности внесено работами Л.Д. Бермана, Н.С. Болотских, Н.Н. Безуглова, В.Г. Гейера, П.Н. Каменева, Ю.Л. Кирилловского, Е.Я. Соколова и Н.М. Зингера, Л.Г. Подвидза, Б.З. Фридмана, Г.И. Кривченко и др. Анализ этих работ показал, что особые условия эксплуатации ГЭ на стационарном водоотливе, большие подачи и высоты нагнетания требуют уточнения существующих зависимостей, методов расчета и соответствующей апробации результатов. При этом остаются нерешенными вопросы обоснования оптимальных геометрических и режимных параметров, высоконапорных гидроэлеваторных установок (ГЭУ), эксплуатируемых в технологических схемах главного водоотлива.

Одним из основных показателей, позволяющих оценивать эффективность работы насосов, является удельный расход электроэнергии, минимальные значения которого соответствуют рациональным режимам работы ВУ.

К основным факторам, влияющим на уровень электропотребления насосных агрегатов, относятся подача насоса Q, напор H и плотность воды ρ.

По результатам исследований, удельный расход электроэнергии wуд даже для однотипных насосов различается значительно (табл. 1) и зависит от конкретных значений Q, Нм и ρ.

Таблица 1



Экспериментальные данные работы центробежных насосов в условиях УзПР


Тип и

наработка

насосной установки., ч


wуд,

кВтч/м3



Q,

м3



Нм, м

ρ,

кг/м3



N,

кВт


ηну

ηн

ηтр

ηдв

ЦНСК

300-360


№3

55


1,38

385

316,5

1008

531

0,64

0,7

0,96

0,95

1,42

378,5

319,9

1019

537,5

0,62

0,69

0,95

0,95

1,47

369

319,9

1022

541,1

0,60

0,67

0,95

0,95

1,53

358,5

325,5

1037

547,5

0,58

0,66

0,93

0,95

1,58

348,7

329,6

1050

552,1

0,58

0,67

0,92

0,95

ЦНСК

300-360


№4

192


1,41

348,6

337

1007

492

0,63

0,72

0,92

0,95

1,52

327,24

336

1018

497,3

0,59

0,68

0,91

0,95

1,59

311,14

336

1023

495,6

0,56

0,65

0,91

0,95

1,74

282,81

335

1038

493

0,52

0,61

0,9

0,95

1,9

260,86

332

1051

496,4

0,47

0,55

0,9

0,95

ЦНСК

300-420


№4

100


1,9

227,56

375

1006

431,6

0,52

0,60

0,92

0,95

1,93

225,6

376

1016

435,1

0,52

0,59

0,92

0,95

1,96

223,42

378

1029

437,8

0,52

0,60

0,91

0,95

2,01

216,8

378

1038

436

0,51

0,59

0,91

0,95

2,11

207,1

378

1052

436,9

0,49

0,57

0,91

0,95

ЦНСК

300-420


№2

821


1,6

335,13

351

1009

533,7

0,62

0,67

0,98

0,95

1,63

332,1

353

1019

541,5

0,61

0,66

0,97

0,95

1,66

330,78

355

1025

549,2

0,61

0,66

0,97

0,95

1,72

319,2

360

1042

548,4

0,59

0,65

0,96

0,95

1,8

305,03

363

1054

550,1

0,58

0,64

0,95

0,95

ЦНСК

300-420


№1

1124,8


2,6

175,66

352

1005

456

0,38

0,41

0,98

0,95

2,65

172,8

355

1018

458,7

0,37

0,40

0,97

0,95

2,71

169,8

354

1024

460,6

0,37

0,40

0,97

0,95

3,1

147,6

353

1042

462,4

0,32

0,35

0,97

0,95

3,8

122,45

358

1062

467

0,27

0,30

0,96

0,95

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить и исследовать факторы, влияющие на эффективность работы шахтного водоотлива при разработке медноколчеданных рудников с повышенным количеством абразивных примесей в шахтной воде.

2. Выявить количественную оценку износа элементов проточной части ЦНС(К) от наработки в условиях медноколчеданных рудников.

3. Разработать методику расчета ВГЭУ для условий рудничного стационарного водоотлива медноколчеданных рудников.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница