Использование 18-тонных погружных насосов фирмы KSB AG для водоотлива на шахте Реден

Шахта Реден является самой восточной из шести действующих предприятий Сааргорнопромышленного акционерного общества (ФРГ). Предприятие основано в 1846 г. и занимает в настоящее время территорию 150 кв. км. На шахтах Реден добывают длиннопламенный и жирный уголь. Однако эти шахты являются самыми водонаполняемыми в районе реки Саар: поступление воды составляет 1440 м3/час. Сооружение новой водоотливной насосной станции на глубине 900 м позволило Сааргорнопромышленному АО сделать большой шаг вперед в модернизации своих предприятий. Эта насосная станция, установленная во взрывоопасной подземной шахте, является самой большой и современной водоотливной системой на территории Европы. По сравнению с восемью старыми водоотливными установками, выведенными в настоящее время из эксплуатации, достигнута большая экономия электроэнергии.
В проекте «Реден» предусматривалось расположение главного водоотлива на 8м ярусе шахты (на глубине 900 м) и вспомогательного водоотлива на той же глубине, но удаленного от главного на расстояние 3,5 км. Тип и конструкция насосов вначале не были определены. Рассматривались варианты насосов сухой установки и погружных насосов. Исполнение насосов должно было соответствовать нормам Союза горной промышленности Германии. Фирма KSB разрабатывала варианты насосов (с подачами Q = 300, 360 и 480 м3/час и напорами Н = 1000 и 1050 м) с двух и четырехполюсными погружными электродвигателями. Предписанное рабочее напряжение для погружных электродвигателей составляло 6000 В. После основательной проверки всех предложений различных фирмизготовителей, техническое руководство Сааргорнопромышленного АО приняло решение о строительстве большой установки с погружными электронасосами фирмы KSB.
Решающими факторами для применения этих насосов являлись: простота установки и контроля; охлаждение двигателя перекачиваемой водой (нет необходимости в дополнительной вентиляции); изготовление насосов из высоколегированного литья Noridur, которое хорошо сопротивляется коррозионному и эрозионному воздействию шахтной воды.
Для главного водоотлива были выбраны 4 насоса типа DPM 487/17 (двухконтурной конструкции) с погружными электродвигателями типа SKLQQ 200505 мощностью 2000 кВт (со специальной защитой для применения во взрывоопасных шахтах). Параметры насосов: подача Q = 480 м3/час, напор Н = 1050 м. Общая длина электронасоса 11 м, вес каждого агрегата 18 тонн. Материалом для насоса и электродвигателя был выбран Noridur 9.4460 (GX 3 CrNiMoN 246 по DIN 17 006), запатентованный научной лабораторией по исследованию и разработке новых материалов фирмы KSB АG. Этот материал является низкоуглеродистой азотолегированной ферритноаустенитной хромникельмолибденовой литейной сталью. Noridur 9.4460 отличается высокой прочностью и удивительно хорошей устойчивостью против возникновения коррозии под влиянием целого ряда агрессивных сред (например, горячих серной и фосфорной кислот, ангидрида титановой кислоты, воды с большим содержанием ионов хлора и морской воды) и, кроме того, в достаточной степени поддается механической обработке и сварке. К заказу на насосное оборудование был приложен обширный список работ. Так, например, насос и электродвигатель должны были доставляться в шахту отдельно и их размеры и вес не должны были превосходить (изза ограниченного объема и грузоподъемности транспортного устройства) следующих значений: диаметр 1 м, длина 6 м, единичный вес 10 тонн.
С момента подписания контракта на поставку насосов KSB у заказчика начались интенсивные работы во всех основных технических отделах. Для установки насосов и прокладки к ним трубопроводов необходимо было создать шахтные помещения и подобрать соответствующее электрооборудование. Фирма KSB, как изготовитель насосов, была вовлечена во все обсуждения и дискуссии по этому проекту. Специалисты фирмы провели гидравлические расчеты на гидроудар в системе трубопроводов.
При подготовительных работах был пробурен шахтный ствол диаметром 6,5 м и глубиной 21 м для свободного спуска 4х больших насосов и погружных электродвигателей. Перед шахтным стволом расположены два отстойных хода, каждый длиной 200 м и вместимостью 8600 м3. Для насоса был предусмотрен 16ти метровый монтажный колодец (над шахтным стволом), к которому примыкает трубопроводный канал. В головном отсеке шахтного ствола было установлено грузоподъемное устройство на нагрузку 25 тонн. С насосной площадки (на глубине 900 м) проведены четыре трубопровода через монтажный ствол до трубопроводного канала. Четыре насосных трубопровода были соединены в трубопроводном канале через шибер и трубные соединения так, чтобы каждый насос мог перекачивать жидкость в водоподъемную трубу. Далее были проложены на поверхность два параллельных напорных трубопровода. Отстойные ходы принимают шахтную воду от восьми притоков. Некоторые из них собираются в системе вспомогательного водоотлива, расположенного на расстоянии 3,5 км (в районе Майбахфельд), и перекачиваются погружными электронасосами к главному водоотливу шахты Реден.
Для вспомогательного водоотлива используются 4 насоса типа UРА 94204/2А с погружными электродвигателями типа 8 14/12 А.923/2 (напряжение сети U = 500 В, частота тока f= 50 Гц). Гидравлические параметры этих насосов: подача Q = 270 м3/час, напор Н = 80 м. Свободный спуск в шахтном стволе имеет размеры: диаметр 3,3 м и глубину 26 м. Резервуаром служит подстанционная постройка (отстойники лежат под подошвой штольни). Обе насосные установки (в главной и вспомогательной системах водоотлива) работают в автоматическом режиме в зависимости от уровня воды. Пульт управления для больших насосов находится на поверхности, а пульт управления впомогательных подающих электронасосов установлен непосредственно в забое. Работа насосных агрегатов контролируется электронной системой регулирования. Все сигналы от датчиков передаются к главному пульту управления. Любая помеха (в гидравлической или электрической сети) приводит к сигналу тревоги, при этом соответствующий насос автоматически выключается.
Монтаж насосов начался в 1985 г. Для спуска и транспортировки насосных агрегатов в забое были построены специальные подъемнотранспортные машины. Спуск насосов был произведен в шахте «Итценблиц», расположенной на расстоянии 3,5 км от основного водоотлива. Для транспортировки каждого насоса были предусмотрены выходные дни (конец недели). Все работы были регламентированы разработанным монтажным планом. Специально обученные транспортные бригады доставили насосы и двигатели в забой без повреждений. Непосредственную установку насосных агрегатов осуществляла монтажная бригада фирмы KSB.
Ввод погружных электронасосов в эксплуатацию и проверка всей системы защиты, контроля и регулирования были проведены в марте 1985 г. Высокие напоры погружных электронасосов обеспечили возможность прямого перекачивания воды на поверхность без промежуточных насосных станций, а большая суммарная подача 4х агрегатов позволила эксплуатировать их, как правило, в ночное время. Было достигнуто значительное снижение себестоимости работ на водоотливных установках. Насосы со времени пуска работали без отказов. К настоящему времени этими насосами перекачено десятки миллионов кубических метров агрессивной шахтной воды.
Опыт эксплуатации погружных насосов большой мощности на шахтах «Реден» был использован фирмой KSB в системах водоотлива шахт в различных регионах мира. Благодаря высокой надежности и экономичности, погружные насосы KSB способствуют улучшению условий безопасности и комфортности труда горняков. 5

Журнал "Горная Промышленность" №3 1998