Технологии и оборудване за отводняване на мини

Отводняването може да се извършва посредством вертикални сондажи, отвеждащи водата в ниските хоризонти на мината, откъдето тя да се изпомпва

Следните аспекти обикновено се вземат предвид при избора на помпа – необходим дебит, капацитет на водния напор, ефективност на помпата, изходна мощност на помпата, смукателна мощност

Високонапорните потопяеми помпи за приложения в мините са изработени от устойчиви на корозия и абразия материали

Минните и обогатителни производства днес оперират при спазване на строги изисквания по отношение на устойчивостта на дейностите и тяхното въздействие върху околната среда. Всяка дейност в подземно или открито добивно предприятие се подлага на щателно разглеждане и оценка на безопасността и екологосъобразността й преди внедряване.

Важна роля за постигането на висока производителност и осигуряването на безопасна среда на работа играят отводнителните съоръжения и мероприятия. Добивът на метални оксиди, сулфиди и други руди например изисква прилагането на специализирани технологии за отводняване, които да са устойчиви на тежка индустриална среда.

Според експертите минни инженери от основно значение за постигане на заложената производителност във всяка добивна система е доброто проектиране на ключовите параметри на минния проект. Етапът на проектиране е и моментът, когато се вземат важни решения по отношение на отводнителната система и технологиите, които ще се включат в нея. Комплексното планиране на ефективна система за отводняване, която най-добре ще отговаря на конкретните цели, изисква прилагането на структурирана методология.

Инженерни технологии и подходи при отводняване

Технологията за отводняване на едно добивно предприятие заляга в генералния план за разработване още на етапа на проектиране на капиталните изработки, тъй като добре съобразените проектни параметри на минната инфраструктура могат до голяма степен да улеснят отводнителните мероприятия. Има различни методи за управление на водите в мините и за намаляване на неблагоприятното им въздействие върху геотехническите условия.

Разработени са принципи на проектиране на отводнителни съоръжения съобразно геотехническата специфика на обекта. Спазването им е приложимо за всеки инженерен проект. Те включват: ясни цели на проекта и функционалните изисквания; минимизиране на несигурността в геоложките условия; опростяване на компонентите на проекта; прилагане на най-съвременните практики; оптимизиране и конструктивност.

Естественото отводняване чрез канавки, разположени по протежение на минните пътища, изисква най-малко средства и усилия за изграждане, но от друга страна, в много случаи този метод е недостатъчно ефективен, а понякога и неприложим. Вторият метод е чрез гравитачно отводняване посредством дренажни сондажи. В практиката тези методи обаче много рядко самостоятелно могат да решат проблема. Обичайно се прилага комбинация от технологични решения, в които важна роля играят и минните помпени станции и съоръжения. Изпомпването може да се извършва посредством вертикални сондажи, отвеждащи водата в ниските хоризонти на мината, където тя се събира от различни нейни участъци. Често при наличието на много сложни хидрогеоложки условия се извършва отводняване чрез галерии и се изисква познаване на основните тектонски структури и водопроводящи пътища, които контролират потока на подземните води. Изграждането на подземни дренажни галерии може да се комбинира както с гравитачно извеждане на водата така и с изпомпване. Най-често в практиката се използва комбинация от споменатите методи.
Намаляването на количеството на повърхностните води и проникващата дъждовна вода в скалния масив често може да се постигне чрез изграждане на отводнителни канали. В случаите когато не може да се контролира движението на водата в скалите, въпреки използването на дренажни съоръжения, свличания могат да бъдат предотвратени чрез механично транспортиране на минни маси извън рисковите сектори (разтоварване на скалния масив).

Фактори за избор на отводнително оборудване

Ефективното решение за отводняване изисква задълбочено разбиране на факторите и параметрите на средата, които могат да се различават в значителна степен в различните мини. Промените в метеорологичните условия например могат да имат значителни въздействия върху открития добив, причинени например от изменения в средата, като рязко повишаване на нивото на подпочвените води, обилни валежи и т.н.

Поради това е от съществено значение инсталираните отводнителни системи да разполагат с необходимия капацитет да се справят с максималния потенциален обем на притока на вода, който може да възникне, за да се избегнат престои и да се предотвратят всякакви рискове за безопасната работа.

За да се оцени какви трябва да са параметрите на необходимото оборудване, съществуват различни подходи за тестване. Например хидрогеоложките предпоставки в някои подземни мини позволяват тестване на необходимия дебит и скорост на изпомпване чрез пробиване на проучвателен сондаж за вода. Резултатите от тестовото изпомпване се анализират и се определя дали би било оправдано прокарването на сондаж с по-голям диаметър за целите на отводняването.

След като се вземе решение за инфраструктурата на отводнителното съоръжение, изборът на помпено оборудване разглежда съществените характеристики за изпълнение на задачата т.е. търси се най-високата ефективност за максималния дебит, определен при тестването. Следните аспекти обикновено се вземат предвид при избора на помпа – необходим дебит, капацитет на водния напор, ефективност на помпата, изходна мощност на помпата, смукателна мощност.

Важно е и на място да се обърне внимание на пропускливостта и порьозността на земните маси, количеството на повърхностните води, хидрогеоложките особености като подземни реки, сезонни валежи, състав на водата, съдържание на твърди частици в нея, различни нива на pH и свързания химичен състав и температура на водата. Важно е да се вземат предвид и други възможни източници на вода. Различни производствени процеси, като например пробивните дейности и запълването на иззети камери, често внасят големи количества вода, която също трябва да бъде отведена. В мините се използват различни типове помпи в зависимост от условията и характеристиките на отвежданите води. Те могат да бъдат обемни, центробежни, потопяеми помпи, сондажни помпи и др.

Високонапорните потопяеми помпи за приложения в мините имат усилена конструкция и изключителна надеждност. Те използват двустъпални, затворени хромирани работни колела. В зависимост от модела се справят с нисък, среден до висок дебит. Издръжливата конструкция на високия клас потопяеми помпи с висок напор ги прави идеални за отводняване на мини и кариери, изпомпване на дълбоки сондажи и пренос на вода с голям напор или на дълги разстояния. Едно отлично решение за безупречна защита на двигателя са изолираните двойни механични уплътнения от силициев карбид. Специални уплътнения за високо налягане позволяват работа на дълбочина 100 м. Допълнителна защита на уплътненията може да се осигури и чрез специални клапани за освобождаване на налягането. Тези клапани осигуряват път на потока над корпуса на помпата, за да позволят на водния поток да излезе от помпата без контакт с вала. Механичното уплътнение остава изолирано в маслена камера над тази линия на потока и е защитено от прекомерен удар на налягането при изпомпване, който може да причини преждевременно износване или повреда на механичните уплътнения при помпени приложения с висок напор. Изолирането на механичните уплътнения също така предпазва от износване от абразивни материали в изпомпваната течност.

За минни приложения се предлагат потопяеми помпи с корпус, изработен от чугун, и хромирано работно колело. Тези помпи могат да издържат на най-тежките условия в минните изработки. Предлагат се модели с възможност за лесно преобразуване на параметрите, касаещи напора и дебита, чрез лесна смяна на работното колело, смукателната плоча и фитинга на маркуча, което ги прави изключително универсални. Тези помпи също се предлагат с двойни механични уплътнения от силициев карбид, изолирани в маслената камера, която предпазва повърхността на уплътненията от абразивно въздействие и корозия. Изключително предимство представляват допълнителни системи за равномерно смазване и охлаждане, които някои производители предлагат. Системата вдига маслото, като предотвратява изтласкването му навън от центробежните сили и намаляването на ефективността на мазане. Така се запазват характеристиките на механичното уплътнение.

Системата за разпределяне на маслото предлага допълнителна защита дори при специални приложения, когато помпата е монтирана хоризонтално.
При тежките минни условия на работа всички компоненти на помпата трябва да са добре изолирани срещу проникване на флуид и замърсяване. Захранващият кабел на помпата често е уязвимо място и също се нуждае от защита. Специализираните производители на помпи за индустрията предлагат редица интересни решения. Напълно изолиращ блок към кабела след втулката предотвратява проникването на вода в корпуса. Тази защита се състои в частично оголване на всеки проводник поотделно и изолирането му с отлят каучук или епоксидна смола, която навлиза между всяко жило на проводника. Тази уникална характеристика предотвратява проникване покрай жилата на самия проводник.

Въздушните мембранни помпи (известни още като пневматични диафрагмени помпи) са многоцелеви помпи, тъй като се използват освен за отводняване и в много други приложения в минното дело и промишлеността благодарение на простия си принцип на работа и компактната и надеждна конструкция. Принципът се състои в изместване на двете мембрани, съединени с ос, под въздействие на променящото се налягане на подавания въздух в камерата зад самите мембрани. Движението на мембраните в едната посока настъпва чрез последователното подаване на въздуха с помощта на въздушен разпределителен клапан към съответната мембрана. След достигане на максимално отклонение на първата мембрана настъпва автоматично превключване на разпределителя и подаване на въздуха към втората мембрана.

Пневматичните диафрагмени помпи са особено подходящи за места, където липсва електричество или във взривоопасни или запалими зони. Използват се за отводняване на подземни въглищни мини и когато изпомпваният флуид е с високо съдържание на твърди вещества или висок вискозитет. При отклонението на едната мембрана от стената се създава разреждане в работната камера, което предизвиква засмукване на флуида в камерата. Мембранните помпи с въздушен разпределител имат възможност за създаване на вакуум. Освен това те могат да стартират работа на сухо, без това да им навреди.

Перисталтичните помпи, наричани още маркучови поми, спадат към обемните помпи и се използват широко в пречистването на води и промишлеността. Изпомпването се постига чрез компресия в затворен контур, състоящ се от еластомерен маркуч с две диаметрално разположени въртящи се ролки. Двете ролки, разположени на 180° върху ротор, оказват последователен натиск върху усиления маркуч и изтласкват течността от всмукателната страна към нагнетателната. Движението на ролките компресира маркуча и те го притискат към корпуса на помпата. Създава се вакуум откъм всмукателната страна на помпата. По този начин течността се извежда през маркуча и не влиза в контакт с металните части на помпата. Тези помпи създават постоянен дебит и се използват за работа с абразивни и корозивни флуиди и такива със съдържание на газове, твърди частици или със склонност към разпенване. За допълнителна устойчивост срещу агресивни флуиди, роторът и ролките са никелирани, а корпусът е напълно уплътнен, така че да се избегне какъвто и да е разлив. Този тип помпи могат да работят безопасно и на сухо. Корпусът на помпата е частично запълнен със смазка, което подпомага гладкото движение на ролките върху маркуча. Вътрешността на маркуча и вложките за маркучи са единствените части от оборудването, които са в контакт с изпомпваните течности, което позволява изпомпването на агресивни и замърсени течности. Освен това някои модели перисталтични помпи могат да бъдат инсталирани на отдалечени места за пренос на абразивни вещества без необходимост от промиване на уплътненията.

Вертикалните центробежни помпи, изработени от полипропилен (РР), поливинилиден флуорид (PVDF) или от неръждаема стомана, работят изключително надеждно в агресивна среда и са устойчиви на повишена киселинност на флуида. Те имат опростена конструкция. Благодарение на вертикалния си монтаж с двигателя над повърхността на течността, не се нуждаят от механично уплътнение, което може да бъде лесно компрометирано. Простата конструкция без лагери и механично уплътнение елиминира уязвимите места, характерни за други типове помпи, и намалява нуждата от обслужване. Вертикалните помпи са подходящи за трансфер на флуиди с високо съдържание на твърди частици.