Водоотлив шахт — это откачка притока подземных и грунтовых вод из горных выработок высоконапорными насосными агрегатами, удерживающая выработку от затопления. Основной тип оборудования — центробежный насос секционный (ЦНС), способный поднять воду на 1900 м за счёт суммирования напора по ступеням. Те же агрегаты осушают карьеры и понижают уровень грунтовых вод на строительстве.
Дальше по порядку: классификация секционных насосов для водоотлива по типу перекачиваемой воды, технические характеристики, критерии подбора под приток и высоту подъёма, требования к взрывозащищённому рудничному исполнению и нормативная база. Материал адресован главным механикам шахт и рудников, проектировщикам водоотливных установок и снабженцам.
Нужна помощь с подбором оборудования?
Инженеры «Ленгидропром» проведут расчёт и подберут насос под ваши задачи. Ответ в течение 1-2 рабочих дней.
+7 (812) 270-75-74 / +7 (993) 960-64-88
Нормативная база и ключевые параметры
Секционные насосы для водоотлива регулирует ГОСТ 10407-88 «Насосы центробежные многоступенчатые секционные. Типы и основные параметры». Базовое исполнение ЦНС перекачивает воду с водородным показателем pH 7–8,5, температурой до +45 °C, содержанием механических примесей до 0,1 % и размером частиц до 0,1 мм. Подача — от 13 до 1000 м³/ч, напор — до 1900 м (сумма напоров ступеней). Для кислых шахтных вод (до pH 6,5) применяют коррозионностойкое исполнение ЦНСК из нержавеющей стали, для угольных шахт с метаном — рудничное взрывозащищённое исполнение по ТР ТС 012/2011, а агрегаты с давлением свыше 1,6 МПа подпадают под ТР ТС 032/2013.
Зачем нужен водоотлив шахт: задача, которую решают насосы
Любая горная выработка ниже уровня грунтовых вод постоянно принимает приток — от единиц до тысяч кубометров в час. Если воду не откачивать, выработка затапливается, поэтому водоотлив относят к системам жизнеобеспечения шахты. Различают главный водоотлив (откачка с нижнего горизонта на поверхность через водосборники) и участковый (перекачка в пределах горизонта), а на глубоких рудниках воду поднимают ступенчато — несколькими установками по горизонтам.
Рабочий инструмент водоотлива — центробежный насос секционный (ЦНС). Его применяют в угольной и горнорудной промышленности, при осушении карьеров, на строительном водопонижении и в системах пожаротушения высокого давления. Выбор именно ЦНС объясняется тем, что выработки требуют большого напора при умеренной подаче, а секционная конструкция позволяет набрать этот напор последовательным включением ступеней.
Цена отказа водоотлива — затопление выработки, остановка добычи и многомесячное восстановление, поэтому главный водоотлив проектируют с резервом и запасом по производительности. Правильно подобранный по притоку, высоте подъёма и химии воды агрегат определяет и энергозатраты на откачку, и межремонтный ресурс установки.
Типы секционных насосов для водоотлива
Насосы ЦНС классифицируют по свойствам перекачиваемой воды — именно это закладывает ГОСТ 10407-88. Аббревиатура расшифровывается так: Ц — центробежный, Н — насос, С — секционный. В обозначении ЦНС 300-480 первое число — номинальная подача в м³/ч, второе — номинальный напор в метрах. Дополнительная буква указывает на исполнение: Г — для горячей воды, К — коррозионностойкое для кислых сред, М — для масла, с — однокорпусное для агрессивных нефтепромысловых вод.
| Тип | Исполнение и материал | Среда |
|---|---|---|
| ЦНС | Базовое, чугун / сталь 35Л, 20Х13Л | Шахтная вода pH 7–8,5, до +45 °C |
| ЦНСг | Для горячей воды | Вода до +105 °C, термальные притоки |
| ЦНСК | Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т | Кислые шахтные воды до pH 6,5 |
| ЦНСс / ЦНс | Одно- и двухкорпусное (по ГОСТ 10407) | Агрессивные воды, в т. ч. с сероводородом |
Для горного водоотлива чаще всего подбирают три исполнения — базовый ЦНС для нейтральной воды, коррозионностойкий ЦНСК для кислых притоков и погружные высоконапорные агрегаты для осушения карьеров. Ниже — их ключевые параметры.
ЦНС (базовый)
Секционный многоступенчатый насос для нейтральной шахтной воды. Рабочая лошадка главного водоотлива.
- Подача: 13–1000 м³/ч
- Напор: до 1900 м
- Среда: вода pH 7–8,5
- Материал: чугун / сталь 35Л
ЦНСК (кислотостойкий)
Проточная часть из нержавеющей стали 12Х18Н10Т для агрессивных кислых вод угольных шахт.
- Подача: 60–500 м³/ч
- Напор: 66–880 м
- Среда: pH до 6,5
- Ресурс до капремонта: 12 000 ч
Погружные для карьеров
Высоконапорные погружные агрегаты для осушения карьеров и откачки грунтовых вод из зумпфов и скважин водопонижения.
- Степень защиты: IP68
- Подача: до 360 м³/ч
- Среда: грунтовые, карьерные воды
- Монтаж: без машинного зала
Технические характеристики
| Параметр | Значение (диапазон) |
|---|---|
| Производительность (Q) | от 13 до 1000 м³/ч |
| Напор (H) | до 1900 м (сумма по ступеням) |
| Рабочее давление | до 190 бар (19 МПа); типично для водоотлива 30–100 бар |
| Число ступеней (секций) | 2–10 и более |
| Температура среды | до +45 °C (ЦНСг — до +105 °C) |
| Водородный показатель | pH 7–8,5 (ЦНС), до 6,5 (ЦНСК) |
| Допустимое давление на входе | не более 0,3 МПа (3 кгс/см²) |
| Механические примеси | до 0,1 %, частицы до 0,1 мм |
| Материальное исполнение | чугун, сталь 35Л, 20Х13Л, нержавеющая 12Х18Н10Т (ЦНСК) |
| Типы уплотнений | сальниковое, торцовое |
| Ресурс до капремонта (ЦНСК) | 12 000 ч |
Конструкция секционного насоса ЦНС
Корпус ЦНС собран из отдельных секций, число которых равно числу рабочих колёс минус одно — одно колесо размещено в передней крышке. Вода, получив напор от первого колеса, перетекает из секции в секцию, и общий напор насоса равен сумме напоров, создаваемых каждой ступенью. Именно поэтому ЦНС поднимают воду на сотни и тысячи метров, недоступные одноступенчатому консольному насосу. Крышки отлиты заодно с всасывающим и нагнетательным патрубками, герметичность между секциями обеспечивают резиновые прокладки.
Главное эксплуатационное достоинство секционной схемы — гибкость по напору. Добавляя или убирая секции с колёсами, напор увеличивают или уменьшают, не меняя подачи, что позволяет адаптировать один типоразмер под разную высоту подъёма по мере углубления выработки. Осевое усилие от ступеней воспринимает разгрузочное устройство (гидропята), а допустимое давление на входе ограничено величиной порядка 0,3 МПа.
Материал проточной части подбирают по химии воды. Нейтральную шахтную воду перекачивают чугунным или стальным (35Л, 20Х13Л) насосом, кислые воды угольных шахт — коррозионностойким ЦНСК из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Наиболее надёжное уплотнение вала — торцовое: оно герметично в покое и даёт минимальную утечку в работе, что важно для непрерывного водоотлива.
Типичная ошибка: чугунный ЦНС на кислой шахтной воде
На главном водоотливе угольной шахты с притоком сернокислых вод (pH около 4,5, повышенное содержание сульфатов) установили стандартный чугунный ЦНС. Секции и рабочие колёса начали корродировать, напор установки заметно просел уже через несколько месяцев, потребовался внеплановый ремонт. Правильное решение — коррозионностойкое исполнение ЦНСК с проточной частью из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, рассчитанное на воду до pH 6,5; установленный ресурс до капитального ремонта таких насосов — 12 000 ч при работе в номинальном диапазоне.
Как выбрать насос для водоотлива под конкретную задачу
Подбор водоотливной установки начинается с двух величин — притока воды и высоты её подъёма — и обязательно учитывает химию воды и газовый режим выработки. Эти параметры определяют типоразмер, исполнение и взрывозащиту.
- Приток и высота подъёма. Максимальный часовой приток задаёт подачу Q, а геодезическая высота подъёма плюс потери в трубопроводе — напор H, по которому набирают число секций.
- Химия воды. Нейтральная вода (pH 7–8,5) — базовый ЦНС; кислые воды (pH до 6,5), сульфаты, хлориды или сероводород — коррозионностойкое исполнение ЦНСК или ЦНСс.
- Категория шахты по газу и пыли. Для угольных шахт, опасных по метану и угольной пыли, нужен рудничный взрывозащищённый электродвигатель с сертификатом по ТР ТС 012/2011.
- Схема водоотлива. Главный или ступенчатый подъём по горизонтам определяет число агрегатов; по правилам безопасности предусматривают резервный насос.
- Давление на входе и кавитационный запас (NPSH). Подпор от водосборника и высота столба воды должны исключать кавитацию на первом колесе при допустимом входном давлении до 0,3 МПа.
Пример из практики: главный водоотлив угольной шахты
Исходные данные: приток 700 м³/ч, высота подъёма на поверхность 480 м, вода кислая (pH 5,2), шахта опасна по метану. Рассматривали два варианта — два чугунных ЦНС 300-480 в работе или коррозионностойкие ЦНСК 300 той же подачи. Выбрали ЦНСК из-за кислотности воды и рудничное взрывозащищённое исполнение двигателя из-за метана, плюс один резервный агрегат по правилам безопасности. Чугунный вариант при таком pH потребовал бы замены секций уже в первый год эксплуатации.
В опросный лист на подбор заносят: максимальный приток, геодезическую высоту подъёма и длину напорного трубопровода, химический состав и pH воды, категорию шахты по газу, температуру среды и режим работы (непрерывный или периодический).
Сертификация, взрывозащита и приёмочные испытания
Насосный агрегат для водоотлива сопровождается обязательной декларацией о соответствии ТР ТС 010/2011 «О безопасности машин и оборудования». Для угольных шахт, опасных по метану и пыли, электродвигатель и пускорегулирующая аппаратура должны иметь рудничное взрывозащищённое исполнение с сертификатом по ТР ТС 012/2011 — без него установка получит замечание при освидетельствовании. Высоконапорные агрегаты, у которых рабочее давление превышает 1,6 МПа, относятся к оборудованию под давлением по ТР ТС 032/2013 и требуют соответствующего оформления.
Приёмочные испытания проводят на стенде завода-изготовителя: снимают рабочие характеристики Q-H-η в соответствии с ГОСТ 10407-88 и ISO 9906, проверяют герметичность и виброшумовые показатели. Результат фиксируют в протоколе заводских приёмочных испытаний (FAT — Factory Acceptance Tests), который входит в комплект поставки.
Стандартный пакет документов при поставке
Паспорт насоса и агрегата, декларация ТР ТС 010/2011, сертификат ТР ТС 012/2011 (для рудничного взрывозащищённого исполнения), протокол FAT, характеристики Q-H-η, сборочный чертёж, руководство по эксплуатации, ведомость ЗИП. Для исполнения под давлением — документация по ТР ТС 032/2013.
Сертификаты и авторизации
ООО «ЛЕНГИДРОПРОМ» — официальный дилер ведущих российских производителей насосного оборудования для шахтного водоотлива и осушения карьеров.
Часто задаваемые вопросы
Чем секционный насос ЦНС отличается от консольного центробежного?
До какого напора поднимают воду насосы ЦНС?
Когда стандартного ЦНС недостаточно и нужен ЦНСК?
Нужно ли рудничное взрывозащищённое исполнение?
Как изменить напор установки, не меняя насос целиком?
Каков срок поставки?
Какой ресурс и межремонтный пробег у насосов водоотлива?
Как подобрать насос и какие данные нужны для КП?
Какие документы идут с насосом и нужна ли регистрация в Ростехнадзоре?
Подходят ли эти насосы для осушения карьеров и грунтовых вод?
Сколько резервных агрегатов нужно на главном водоотливе?
Участвуете ли вы в тендерах по 44-ФЗ, 223-ФЗ и 275-ФЗ?
Нужна помощь с подбором оборудования?
Инженеры «Ленгидропром» проведут расчёт и подберут насос под ваши задачи. Ответ в течение 1-2 рабочих дней.
+7 (812) 270-75-74 / +7 (993) 960-64-88