МЕТОДИКА

ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ И СРЕДСТВ ВОДООТЛИВА ВО ВТОРОМ ПЕРИОДЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ШАХТ

РД 12.13.029-85

Харьков

1986

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ПРШЗЭОДСТВЛННО-'ШНИЧаЖОЕ УПРАВДЗ*ИЕ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ВНИИОМШС

УТВЕРЖДЕНО: Заместителем министре угольной про«лдленности СССР

В.В.Белым 6 июля 1983 года

МЕТОДИКА

ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ И СРЕДСТВ ВОДООТЛИВА ВО ВТОРОМ ГШ10ДЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ШАХТ

РД 12.13.029-85

Харьков 1986

Кн - коэффициент запаса (согласно ПБ Кн ^ 1,5);

ТуиТв - соответственно продолжительность утреннего и вечернего максимумов, ч;

Ц<рс<тпр - фактический приток воды, vP/ч.

После выбора водоотливного оборудования и камер водоотлива по общепринятой методике определяются суммарные капитальные и эксплуатационные затраты на комплекс водоотлива, приведенные к году окончания строительства пахты. Критерием выбора варианта является минимум затрат.

1.4. Влияние смежных комплексов и связь их с комплексом водоотлива

В^бор схем и средств водоотлива осуществляется д зависимости от смежных комплексов.

Комплекс горных выработок определяет:

-    год пуска шахты,

-    глубину ствола,

-    расстояние до слива воды на поверхности,

-    место расположения основной насосной станции,

-    время работы водоотливной установки в период строительства,

-    тип крепи насосных камер и водосборников,

-    объемный вес откачиваемой воды и др.

Комплекс энергоснабжения и автоматики определяет:

-    продолжительность пиковых нагрузок энергосистемы и промежутки между ними и др.

В результате решения задачи по выбору оптимальных схем и средств водоотлива полученные данные по расположению, количеству и объему перекачных насосных станций входят в комплекс сооружения стволов, а электрооборудование и автоматика - в комплекс электромеханики и автоматики.

2. ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАПИТАЛЬНЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ, ПРИВЕДЕННЫХ К ПОСЛЕДНЕМУ ГОДУ СТРОИТЕЛЬСТВА ШАХТЫ

Методической основой экономико-математического моделирования является: сбор и анализ исходных данных, а также ограничивающих, объективно действующих факторов; установление в общем виде целевой функции и основного критерия оценки вариантов; составление экономико-математической модели с учетом принятых инженерных решений и критериев оценки, реализация экономико-математической модели на ЭВМ; оценка и анализ результатов модели и выбор технически и экономически целесообразных вариантов проектного решения.

Критерием оценки вариантов водоотлива во втором периоде строительства является минимум суммы приведенных затрат,включающих капитальные вложения и эксплуатационные издержки к моменту окончания строительства шахты.

В общем виде расчетная формула имеет вид:

С^« =Ст* (1⁺ £)^t+ Кс*п (1 + Е)^r->- min ■    (2.1.)

Или, включая все составляющие в этой формуле с приведением их к моменту окончания строительства шахты, получим:

С* (л    л*^ЛЕгес-    л¹⁰*’**    A¹**¹¹*    мал п^НАС-

привЧпЕ) (Ат* /Wl +Аг* ⁺Аг₂    +

-ед* |!0*е)‘-^,Г|(н“.н" н"-э).    12.2.)

В целевой функции приняты следующие обозначения:

Спрнв - приведенные суммарные капитальные и эксплуатационные затраты к моменту окончания строительства шахты;

t - срок строительства шахты (принимается с учетом нормативных и фактических данных от 5 до 15 лет);

стоимость приобретения насосного агрегата ^ -го типа;

стоимость приобретения одного насосного агрегата j -го типа,

К>£сГ_Ч-п ,    (2.7.)

стоимость монтажа насосных агрегатов в камерах; стоимость монтажа насосного агрегата в насосной камере с учетом транспортировки.

. (2.8.)

где

стоимость приобретения трубопровода; стоимость приобретения трубопроводов определенного диаметра;

длина трубопровода определенного диаметра.

•^7Р _ V

гг -

сз -

L -

fG -оУ ~ L -

М.

(2,9.)

где

стоимость монтажа трубопроводов;

стоимость монтажа I км трубопровода определенного

диаметра;

длина трубопровода определенного диаметре.

а

(2.10.)

пГ

л^^г

Ч/

где

Г- г с- •

стоимость аппаратуры автоматизации; стоимость аппаратуры автоматизации одного комплекта;

количество комплектов аппаратуры автоматизации.

Met.

где

Mti ⁼1- Cf™    ,    (2.    II.)

стоимость монтажа аппаратуры автоматизации; стоимость монтажа одного комплекта аппаратуры автоматизации.

где

где

где

где

где

где

0“-£<ГеГ*¹7*> •

п^{иА£    п}

и - стоимость демонтажа насосных агрегатов;

£*^см - стоимость демонтажа одного насосного агрегата 1    j    -го    типа.

,    (2.13.)

(2.12.)

J)

^ГЯ

cl

D -

-    стоимость демонтажа трубопровода;

-    стоимость демонтажа I км трубопровода определенного диаметра.

,    (2.14.)

и *

суммарная стоимость демонтажа аппаратуры ,э£?о- автоматизации;

^J НГ'НГ^нГ''! *1 е—Ч,«._и.)

и**

Hti - стоимость эксплуатации рабочих и резервных .нЫ. насосов;

Сj    - стоимость эксплуатации рабочего насоса

_А&лс.го J ”^го типа;

- стоимость эксплуатации резервного насоса 1 -го типа.

г»^аоГ?

- стоимость демонтажа аппаратуры автоматизации,

|-Г= £

сГ L

(2.16.)

Н - стоимость эксплуатации труб;

- стоимость эксплуатации I км труб определенного

диаметра за один год.

|<ЛТ

и

н =ic;

..г    а    -*

а

- эксплуатационные затраты на аппаратуру автоматизации;

-j - эксплуатационные затраты на один комплект аппаратуры автоматизации.

Эп-I n;^a 1^ж t_p • с; ,

где Pty - мощность работающего электродвигателя;

- количество работающих электродвигателей насосного агрегата; р - количество часов работы насосного агрегата;

С₍^Э1 - стоимость I кВт/ч электроэнергии.

Ctoihy ~ Споли ~"Сир ,    (2.19.)

Сбпяу - возвратная сумма по оборудованию насосных

станций, трубопроводов, аппаратуры автоматизации в результате неполного использования во времени.

с*.-5л<-еПгс-1С-пг *

(2.20.)

полная стоимость по приобретению и монтажу насосных агрегатов, трубопроводов и аппаратуры автоматизации.

Срзи ~ 'Crpjo ^TL вбт.

отчисления на полное восстановление.

Ъ5Г

отчисления по насосам;

процент отчислений на полное восстановление в год**

Oi * 11,1.1,8 - 19,98,

- отчисления по трубопроводам.

Принимается по "Нормам амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства СССР". М.:Экономика, 1974 г.

(2.23.)

где <-u    -    процент    отчислений    на    полное восстановление труб,

СЬ. =4,2 (для труб на поверхности);

*14,3 (для труб в стволе и на горизонте).

Озбг - ЙИ)* ^С*    Mtb    0.    ,    (2.24.)

где Coir -отчисления на аппаратуру автоматизации;

db - процент отчислений по аппаратуре автоматизации, равный 27,0.

Отчисления на капитальный ремонт:

Скр ⁼ Кнск. *•“ Ктр~*“ КоВт.    ,    (2.25.)

и

где Кнос - отчисления на капитальный ремонт насосов; l) - процент отчислений на капитальный ремонт насосов, равный 6.

к«.£(иГ*$пгчю-<.1 .

где Ктр - отчисления на капитальный ремонт трубопроводов,

\П©6    ЧСТЙ    NtC/*

1/г = 3,3    У_г ■= 6,3    lA *    6,3

Kodi.⁼^0'O jiroⁿ£^r-<⁰⁷-'¹; >    (2.28.)

"Ег,

где Ка6т - отчисления на капитальный ремонт аппаратуры ч автоматизации;

Уз - процент отчислений на капитальный ремонт аппаратуры автоматизации, Ds = 7,5.

Время Ll с соответствупцими индексами (>|;Тг,Т*;Т*    )

зависит от начала второго периода строительства шахты. Обозначим год начала второго периода П -го участка строительства ^Г|, тогда соответствующее время всех видов работ, затрат и отчи-

16

Обозначение\	Увязка	i Вид работ
•и		Начало проведения горизонтальных горных выработок во П-м периоде строительства шахты Эксплуатация насосных станций Эксплуатация трубопроводов,кабелей, трансформаторов и др. Отчисления на капитальный ремонт
Тг	г\- \	Приобретение и монтаж всего оборудования на поверхности, в стволе и на горизонте в околоствольных выработках Строительство насосных станций
<Гз	ъ-\	Приобретение и монтаж оборудования и материалов для участковых насосных станций
	Crti	Эксплуатация насосных участковых станций Эксплуатация трубопроводов,кабелей, трансформаторов и т.п. Отчисления на капитальный ремонт
‘is		Демонтажные работы

Капитальные и текущие затраты по каждой из рассматриваемых схем прив|дены к году окончания строительства шахты* причем (1+ Е ) с учетом разбивки на месяцы примет вид 1,0066.

Расчет капитальных и эксплуатационных затрат выполнен следущим образом.

Стоимость насосных камер определена исходя из затрат на I м³ горной выработки, закрепленной бетоном и металлобетоном для определенного типа насоса, принятого по проектным материалам Ожгипрошахта (6.4)

Стоимость водосборников на основании работ Донгипрошахта определена для емкостей от 200 до 1500 м³. Рассматриваются пять типов крепи, для каждого из которых в 6.5. рассчитан?

CJ*"*

Стоимость насосной камеры на основном горизонте

где К =1,06 - коэффициент плановых накоплений;

=0,82 - коэффициент общешахтных расходов;

Y -0,268- коэффициент накладных расходов.

Стоимость лерекачной насосной камеры в стволе определяется из условия, что =* 0,92,

Cj * =-3,'58 Стойл ’1/пер.иас р _р    (3.2    )

где р - количество перекачных камер в стволе.

Стоимость водосборника на основном горизонте

С$о$ ^*4 Q*p(C'f'Coo ♦Сп)=^г973^,0п_Г*Стс^л. (з,з )

Суммарная стоимость перекачных водосборников

Сы =2 5& ’0,5*0.нос 'С тоЛ. ,    (3.4    )

где 0,5 - коэффициент, показывающий, что объем водосборника на перекачной станции должен быть не менее получасовой производительности перекачного насоса.

Стоимость I м¹ в свету перекачных насосных камер и водосборников в стволе в зависимости от объема и коэффициента крепости приведена в 1.6.

Затраты на приобретение оборудования определены по действующим прейскурантам оптовых цен, введенных в действие с I.1.84 г., с учетом коэффициента 1,07 на транспортные расходы.

Стоимость оборудования, отсутствующего в прейскуранте, определена по сборнику основных технических данных для угольных шахт Юкгипрошахта и номенклатурным справочникам заводов-иэготовителей.

Затраты на монтаж, демонтаж и транспорт рассчитаны с учетом технологического комплекса по монтажным ценникам, прейскурантам оптовых цен и приведены в 6.7 и 6.8.

Эксплуатационные расходы насосов учитывают затраты на электроэнергию, смазочные и обтирочные материалы, текущий ремонт и зарплату.

Месячная заработная плата при четырехсменной работе слесарей П разряда с тарифной ставкой Ст= 5,6 руб/см составляет 772,8 руб., т.е.

ес~ Кр •Тен нас *Ст ₉    (3.5    )

где Кр - коэффициент увеличения заработной платы, учитывающий режим работы, равный 1,15;

км.пес.- количество смен в месяце.

Затраты по элементу "Электроэнергия" определены по формуле:

Методика предназначена для выбора оптимальных средств и схем водоотлива при строительстве шахт. Выбор оптимальной схемы водоотлива выполнен при постоянном притоке воды в процессе П периода строительства.

Область применения Методики ограничивается высотой выдачи воды из стволов (глубиной до 1200 м; с притоком от 50 до 400 м³/ч.

Набор оборудования водоотлива (насосы* трубопроводы, арматура и др.) осуществляется в соответствии с его номенклатурой на I января 1981 г.

Методика рассчитана на ннженеров-проектировщиков и инженерно-технических работников шахтостроительных организаций.

Материал базируется на анализе проектных и фактических данных, проведенном институтом "ВНИИОШС", научно-исследовательских проектных разработках Донгипрошахта, Сжгипрошахта, Донгипрооргшахтостроя, института горной механики и технической кибернетики им. М.м.Федорова, Донецкого политехнического института.

Разработали Методику кандидаты технических наук А.Г.Греков, В.ЕГ.Морозов, ст.научн.сотр. М.С.Райтруб (руководитель работы), канд.техн.наук Е.В.Бубликов, инженеры ВГ.И.ТопопольскиЙ, Г.А.Нечаев, старшие научи.сотр. К.В.Губская, И.П.'Ъстов, мл. научн.сотр. Т.Н.Тофан.

(^Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации «ахтного строительст -ва (ВНИЮМВС), 1986

Ответственный за выпуск М.С. РАЙТР7Б Редактор    А.Ф. КАЛЛИНСКАЯ

* ■— ■     —    ■    ■    ■*    ----^- ■ » ■ ' - т¹---—    -     ■    -    '    -«

Подписано к печати 19.У.86г. Формат 60х90^А/16. Офсетная печать. Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 4,5. Уел. печ. л. 5,0. Заказ *78. Тираж 250 экз. Цена 60 коп.

ВНЧИЭМШС, 310092, г. Харьков, уд. Отахара Ярою, 18.

H    -    высота выдачи воды, и;

£    -    удельный вес шахтной воды, т/м³;

р    -    количество горизонтов,    шт.;

-    к.п.д. двигателя насоса;

Ч"    -    к.п.д. насоса;

-    к.п.д.сети (0,92-0,97).

Стоимость электроэнергии в месяц

*•    13.7)

Затраты на смазочные и обтирочные материалы определены из учета оплаты за I кВт/ч активной электроэнергии - 0,003 руб.

Текущий ремонт согласно данным Шахтспецстроя принимается 3,6 годовых амортизационных отчислений.

Процент отчислений на полное восстановление и капитальный ремонт насосов, трубопроводов, аппаратуры автоматизации принят с учетом работы их в подземных условиях исходя из Норм амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства СССР" за 1974 год (П глава).

Капитальные и текущие затраты на аппаратуру автоматизации высоковольтной и низковольтной линий приведены в 6.9 и 6.10.

4. -ИСТОЧНИКИ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ДНЯ РАЗРАБОТКИ АЛГОРИТМА

4.1.    Вопросы горной механики. Труды научной конференции по горной механике, посвященной 100-летис со дня рождения академика АН УССР М.М.Федорова. К.: 1969.

4.2.    Шахты Донецкого бассейна. Под ред. А.П.Судоплатова и А.М.Курносова. М.: Недра, 1965.

4.3.    Плотников Н.И. и др. Подземные ручничные воды рудных месторождений. М.: Металлургиздат, 1957.

4.4.    Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. Л.: Машиностроение, 1966.

4.5.    Веселов А.И. Рудничный водоотлив, Свердловск: Металлургиздат, 1956.

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

I.I. Цель и начальные /еловая

Методика выбора оптимальных схем и средств водоотлива при проведении горных выработок П-го периода строительства шахт направлена на выполнение следущих основных задач:

-    выбор оптимального сочетания оборудования;

-    определение количества и объемов перекачных камер и их размещение по глубине ствола;

-    определение объема водосборника, позволяющего исключить работу комплекса водоотлива в часы максимума энергосистемы;

-    определение схемы соединения насосных агрегатов;

-    определение рабочих характеристик системы водоотлива;

* определение оптимальных диаметров всасывающих и нагнетательных трубопроводов;

-    расчет экономических показателей работы комплекса водоотлива за период строительства.

Начальными условиями для решения задачи являются:

-    высота выдачи воды Н^, м ;

-    приток воды в ствол Q факт, м®/ч;

-    момент начала пряток T_Bj, год;

-    момент окончания притока Т^, год;

-    срок строительства шахты Т, год;

-    длина сливного трубопровода Хс, м;

-    длина горизонтальной части нагнетательного трубопровода Хд* м;

-    длина всасывающего трубопровода Xv , м;

-    объемный вес воды у , кг/м³;

-    стоимость I кВг.ч электроэнергии Скв, руб/кВт.ч;

-    продолжительность утреннего энергом&кенмума Ту, ч;

-    продолжительность вечернего энергомаксимума Тв, ч;

-    интервал между утренним и вечерним энергомаксл-мумамм Тп, ч.

1.2. Логическая схема и внутренние ограничения

Технологическая схема водоотливных установок определяется в основном количеством насоскых агрегатов, принятых к установке, в зависимости от притока воды и высоты ее выдачи.

Для решения вопроса о количестве насосных агрегатов в установке институт обобщил и проанализировал поле водоприто-ков и оборудование водоотлива 106 строящихся и реконструируемых шахт.

На основании анализа установлено, что более 9056 этих шахт во втором периоде строительства имели максимальный приток от 50 до 300 м^э/ч.

Количество насосных агрегатов водоотлива на всех строящихся шахтах, как правило, состояло из рабочего и резервного насосов, которые обеспечивали нормальную откачку не более чем за 16-20 часов.

На основании вышеизложенного для реализации поставленных задач учитываются следующие факторы и их ограничения, определяющие область применения данной методики:

-    глубина стволов - от 70 до 1200 м;

-    величина притока воды - в интервале от 50 до 400 м³/ч;

-    срок строительства шахты - от 3 до 15 лет;

-    количество перекачках камер в стволе - не более 3-х;

-    тс стояние между перекачкши камерами в стволе -не менее 300 м;

-    скорость притока воды V _в трубопроводе - в интервале от 1,6 до 2,8 м/с.;

-    камеры насосных станций принимаются закрепленными бетоном или металлобетоном;

-    насосы приняты типа ЦНС, выпускаемые серийно, с учетом перспективы до 1987 года;

-    ^бо^во^ы для всасывания и нагнетания приняты по

Целью данной работы является определение оптимального наборе параметров насосных установок; их расположения и количества на горизонте и в стволе (в зависимости от глубины, притока воды, срока строительства шахты и др.).

1.3. Алгоритм решения и критерий эффективности

Алгоритм задачи выбора оптимальных схем водоотлива представляет собой напрааченный перебор вариантов для фиксированного набора исходных данных.

Эта комплексная многовариантная задача решается методами математического моделирования, позволяющими при помощи ЭШ оптимизировать весь комплекс взаимосвязанных параметров в оптимальном варианте - при наиболее эффективном использовании капитальных вложений и текущих затрат.

Логическая схема решения выбора оптимальных схем и средств водоотлива во втором периоде строительства шахт приведена в 6.1.

На основании правил безопасности минимально допустимая производительность шахтного водоотлива Qmin должна в 1,5 раза превышать фактический приток воды Q факт., т.е.

Qrnin * 1,5 Q факт.    (I.I.)

Приняты следующие схемы включения насосов в каждой насосной станции:

-    I рабочий;

-    2 рабочих, включенные параллельно;

-    2, включенные последовательно.

При этом каждый рабочий насос дублируется одним резервным и типоразмеры насосов в каждом из рассматриваемых вариантов принимаются одинаковыми.

Ориентировочный выбор типоразмера насоса выполняется по следующим условиям:

Qmin ^ Qmtn 4 Qтал,    (1.2.)

где Олнп - нижняя граница по производительности данного типоразмера насоса;

Qrrrax - верхняя граница по производительности данного 0    типоразмера насоса;

Qmin - минимальная потребная производительность насоса.

-    коэффициент перегрузки рабочего давления, принимаемый для трубопроводов, транспортирующих жидкости, равным 1,4;

-    рабочее давление в нижней части трубопровода, кг.с/см^;

-    наружный диаметр трубы, мм;

-    предел прочности материала труб, принимаемый по стандартным или техническим условиям на соответствующие виды труб;

-    коэффициент условий работы трубопровода.

При транспортировке инертных жидкостей

ГП * 0,9;

-    коэффициент однородности при разрыве стали.

Дня бесшовных труб из углеродистой стали

К * 0,8;

-    объемный вес материала трубопровода.

Для стальных труб

= 7800 кг/м³;

-    высота колонны труб, равная Н, м.

Sk=(cC<+cCz) Т    (1.8.)

Решая это уравнение, находим подачу данной установки в рабочем режиме Q,р .

Подставив это значение в уравнение насоса, подучмм Нр - рабочий напор системы насос-трубопровод.

Насос считается выбранньм при данном количестве рабочих колес, если рабочая точка системы находится в пределах рабочей зоны этого насоса.

В противном случае количество колес увеличивается или принимается другой тип насоса.

По уравнению к.п.д. определяется рабочий к.п.д. системы, т.е.

Qp-g($ +cQ.p ,    (1.18.)

гд- коэффициенты, зависящие от типоразмера насоса (см. 6.3.).

После окончательного выбора насосов определяется объем:

-    камер - в зависимости от типоразмера насосов;

-    перекачных водосборников - исходя из полученной работы насосов;

-    водосборника на основном горизонте - из условия неучастия в работе водоотливной установки в период утреннего

и вечернего максимумов нагрузки энергосистемы. Дня этого объем водосборника должен удовлетворять следующим требования:

Vicj.'* 0.фОк'г. пр., (1.19.) Ulcj ^ Т/ткх QfCKi пр 9 (1.20.) т~ iRcj.-fly +Т» +(l"‘KM)imiV7]'Q^43Crnp , (I.2I.) где 1 max - максимальная продолжительность утреннего или tmin вечернего максимума, ч; - минимальный промежуток времени между утренним и вечерним максимумами; я

1

   ^в'^в/,"’^,'    ^<3-⁶1

где U - стоимость I кЗт/ч электроэнергии по прейскуранту 09-01 для Донбасса, равная 0,007 руб.;

К - коэффициент, учитывающий дополнительный расход электроэнергии на освещение камеры, сушку двига-телей и др.;

I - количество часов в году, равное 24x365=8760;

Q„p - приток воды, м®/ч;