Эрлифты и гидроэлеваторы в горной промышленности

ȄǷDzǯǻǹȂǯǪǯǫǷǵȄDzǬǩǧǹǵǷȂ
ǩǪǵǷǴǵǰǶǷǵdzȂǿDzǬǴǴǵǸǹǯ
ǺȞȌȈȔȕȌȖȕȘȕȈȏȌ
dzȕȘȑȉȇǩȕȒȕȊȋȇ
ªǯȔțȗȇǯȔȍȌȔȌȗȏȦ«


УДК 622.232.5 
ББК 33.17 
Э79 
 
Авторы: 
Козыряцкий Л. Н., Моргунов В. М., Яковлев В. М., Геммерлинг О. А.  
 
Рецензенты: 
проф. А. Я. Грудачев; 
к. т. н. К. А. Соломенцев; 
доц. О. В. Федоров 
 
Э79  
 
 Эрлифты и гидроэлеваторы в горной промышленности : учебное пособие / [Козыряцкий Л. Н. и др.]. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2023. - 160 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1541-5 
  
Рассматривается принцип действия и основы теории эрлифтов и 
гидроэлеваторов, их особенности, гидросхемы, теоретические и экспериментальные характеристики, конструкции, инженерный метод расчета.
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки: 15.03.02 
«Технологические машины и оборудование», профиль «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» и по специальности 
21.05.04 «Горное дело», специализация «Горные машины и оборудование».
 
 
УДК 622.232.5 
ББК 33.17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1541-5 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
2 
 

СОДЕРЖАНИЕ 
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5 
 
1. Основы создания схем и средств водоотлива и гидроочистки емкостей 
.... 5 
1.1. Общие положения ..................................................................................... 5 
1.2. Источники загрязнения шахтных вод в подземных условиях ............. 8 
1.3. Водоотливные канавки и водосборники 
............................................... 13 
1.4. Совершенствование водоотлива при существующих насосах 
........... 14 
1.5. Схемы и средства водоотлива, которые обеспечивают откачку 
не осветлённой шахтной воды на поверхность.................................... 18 
2. Эрлифтовый гидроподъем твердой фракции ............................................... 24 
2.1. Основы теории эрлифтов ....................................................................... 24 
2.2. Эрлифтная гидроочистка шахтных водоотливных емкостей 
............. 34 
2.2.1. Расчет эрлифтной гидроочистки предварительного отстойника  
главного водосборника 
................................................................. 34 
2.2.2. Средство очистки водозаборных емкостей  
и двухступенчатый водоотлив эрлифтными установками ....... 37 
2.3. Специальные эрлифтные установки для водоотлива  
и гидромеханизированной очистки шахтных водоотливных  
емкостей ................................................................................................... 43 
2.3.1. Особенности специальных эрлифтных установок  
для водоотлива и гидромеханизированной очистки шахтных  
водоотливных емкостей ............................................................... 43 
2.3.2. Инженерный метод расчета эрлифтных установок 
для водоотлива и гидромеханизированного очищения  
шахтных водоотливных емкостей 
............................................... 53 
2.4. Эрлифтно-земснарядные комплексы (ЭЗК) для гидродобычи шлама  
из шламособирателей ............................................................................. 55 
2.4.1. Гидравлический расчет эрлифта эрлифтно-земснарядного  
комплекса 
....................................................................................... 57 
2.4.2. Конструктивные узлы эрлифта ЭЗК ........................................... 66 
2.5. Эрлифтный гидроподъем горной массы на шахтах ............................ 70 
2.6. Эрлифты для скважинной гидродобычи полезных ископаемых. 
Скважинный эрлифтно-землесосный комплекс .................................. 72 
3. Основные теории гидроэлеватора и расчет гидроэлеватора ...................... 76 
3.1. Принцип действия и основы теории гидроэлеватора 
.......................... 76 
3.2. Инженерный метод расчета и геометрия проточной части  
гидроэлеваторов ...................................................................................... 83 
3 


3.3. Передвижная водоотливная установка с гидроэлеватором ................. 87 
3.3.1. Передвижная гидроэлеваторная установка и ее оптимальные 
параметры ...................................................................................... 88 
3.3.2. Инженерный метод расчета передвижной гидроэлеваторной 
водоотливной установки .............................................................. 92 
4. Очистка шахтных водоотливных емкостей 
.................................................. 96 
4.1. Схема очистки зумпфа гидроэлеваторами ........................................... 96 
4.2. Всасывающее устройство для очистки водоотливных 
емкостей ................................................................................................. 100 
4.2.1. Конструкция всасывающего устройства УВ0 
.......................... 100 
4.2.2. Конструкции всасывающих устройств УВ-2 и УВ-5 
.............. 102 
4.2.3. Определение параметров всасывающего устройства 
и процесса дозировки ................................................................. 105 
4.2.4. Схема замещения всасывающего устройства 
и контроль параметров всасывания .......................................... 118 
4.3. Эрлифтные схемы очистки зумпфов 
................................................... 131 
4.4. Гидрокомрессорная установка 
............................................................. 141 
4.5. Схемы очистки зумпфов насосами и насосно-эрлифтными 
установками ........................................................................................... 146 
4.6. Схемы и средства очищения предварительных отстойников 
и транспортировка шлама .................................................................... 148 
4.7. Схемы и средства очищения предварительных отстойников 
с использованием напора насосов главного водоотлива .................. 151 
5. Пример гидравлического расчета эрлифта 
................................................. 153 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
................................................................................... 158 
4 

ВВЕДЕНИЕ 
 
В настоящее время на большинстве шахт водоотлив осуществляется по 
следующей схеме: вода по канавкам самотеком поступает в водосборник главного водоотлива и насосами откачивается в поверхностный отстойник; вода с 
зумпфов стволов и уклонного полей откачивается насосами вспомогательного 
водоотлива. 
Для откачки шахтной воды применяются центробежными насосы типа 
ЦНС. Заводы-производители вышеуказанных насосов гарантируют их нормальную работу, если вода будет содержать механических примесей не бо- 
лее 0,1  по весу, при размере твердых частиц не более 0,1 мм. Шахтная вода 
содержит значительно большее количество твердого вещества и поэтому водосборники выполняют еще роль отстойников. Но осветления воды в водосборниках обычной конструкции (без разделения его выработки на резервуар, посветлеет, и собственно водосборник) происходит неудовлетворительно. Вода, 
поступающая в водосборные колодцы содержит большое количество твердых 
частиц. В зумпфах скиповых стволов также оседает большое количество твердого крупностью до 50 мм. Все эти емкости должны периодически очищаться, 
но при действующих конструкциях это требует значительных затрат тяжелой, 
ручной и неквалифицированного труда. 
Из общего объема работ по очистке подземных емкостей значительный 
удельный вес приходится на чистку зумпфов скиповых стволов от угля и породы, просыпаются в процессе работы скипов и загрузочных устройств. Количество твердого, что просыпается составляет 0,5-2  от суточной добычи. 
В ДонНТУ течение ряда лет ведутся исследования по разработке схем  
и средств гидромеханизированным очистки подземных емкостей с применением эрлифтов, гидроэлеваторов и шламовых насосов, позволяющих значительно 
снизить трудоемкость обслуживания водоотливного комплекса. 
Успешный опыт эксплуатации эрлифтов для очистки зумпфов на шахтах 
Донбасса, а также положительные результаты теоретических и экспериментальных исследований наклонных эрлифтов, гидроэлеваторов, гидрокомпрессоров и других средств гидромеханизации позволили разработать рекомендации по гидромеханизированным очистки водоотливных емкостей, внедрение 
которых снизит расходов тяжелой, ручной и неквалифицированного труда, но и 
даст существенный экономический эффект. 
 
 
 
5 


1. ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ СХЕМ
И СРЕДСТВ ВОДООТЛИВА
И ГИДРООЧИСТКИ ЕМКОСТЕЙ 
1.1. Общие положения 
При организации водоотлива следует различать две принципиально отличные технологии подземной добычи угля: механическая выемка, транспорт и 
подъем угля; механическая и гидравлическая выемка с гидравлическим транспортом и подъемом угля. 
При гидравлическом транспорте и подъеме угля вода откачивается на поверхность вместе с гидросмесью, приток используется для пополнения оборотной воды, а избыток сбрасывается на поверхность после очистки на обогатительной фабрике. В этих условиях отсутствует такой вспомогательный процесс 
как водоотлив, а следовательно, исключаются и непроизводительные затраты 
труда по водоотлива. В некоторых случаях организуют главный водоотлив как 
аварийный, водосборник делается что смывается и не требует чистки. 
Самой распространенной технологией подземной добычи угля в настоящее время являются: механические выемка, транспорт и подъем угля, то есть 
выемка комбайнами или стругами, транспортировки конвейерами (на новых 
шахтах), подъем лучинами. 
В этих условиях водоотлив осуществляется по следующей схеме: вода по 
канавкам самотеком поступает в водосборник главного водоотлива и насосами 
откачивается в поверхностный отстойник; вода с зумпфов стволов и уклонного 
полей насосами вспомогательного водоотлива подается также в водосборник 
главного водоотлива. В качестве средств водоотлива применяют насосы ЦНС, 
для которых заводы гарантируют нормальную работу, если вода будет содержать механических примесей не более 0,1  по весу, при размере твердых частиц - не более 0,1 мм. Потому что шахтная вода несет значительно большее 
количество и более крупные частицы, то водосборники выполняют роль отстойников. В зумпфах скиповых стволов оседает значительное количество 
твердого вещества крупностью до 50 мм. Все эти емкости должны периодически очищаться, но при существующих конструкциях это требует значительных 
затрат ручного неквалифицированного труда. 
Развитие технического прогресса в угольной промышленности идет по 
пути укрупнения производственной мощности шахт, концентрации горных работ, повышение интенсивности отработки участков и увеличение нагрузки 
6 

на лавы, комплексной автоматизации очистных работ с применением узкозахватных выемочных машин и сплошной конвейеризации. 
Это вызывает увеличение суточного притока воды в подземные выработки шахт, увеличение количества твердого в воде, вследствие большого процента содержания в угле мелочи и его просыпания. 
Выросла глубина шахт достигает 1000-1200 м, поэтому существенно увеличилась высота водоподъёма. На больших глубинах растет горной давление, 
возникают серьезные трудности в прохождении и поддержке горных выработок, повышается температура окружающих пород, появляется проблема охлаждения шахтного воздуха. 
Все это приводит к значительному увеличению необходимых подач, 
напоров, мощностей, габаритов и масс насосных агрегатов; растут размеры и 
объем подземных выработок для водоотлива (насосные камеры, водосборники 
и отстойники) усложняется оборудования, увеличивается количество выделяемого тепла. Эти обстоятельства при существующих схемах и способах водоотлива приводят к увеличению затрат труда на шахтном водоотливе, к росту капитальных затрат и трудоемкости при строительстве околоствольных дворов 
шахт. 
Поэтому для повышения технико-экономических показателей шахтного 
водоотлива необходимо в корне изменить технологию и технику откачки воды 
из шахт. 
Новые и усовершенствованные схемы и средства водоотлива должны 
удовлетворять следующим требованиям: вода должна откачиваться на поверхность без предварительного осветления в подземных условиях (доведение воды 
до санитарных норм осуществлять на поверхности, что позволит исключить затраты труда на чистку емкостей в подземных условиях); все водоотливные емкости и канавки должны быть такие, что смываются и не требовать периодической очистки; объем подземных выработок для нужд водоотлива должен быть 
минимальным; оборудование водоотлива должно быть надежно, просто в эксплуатации, экономически и удобно для транспортировки, монтажа и демонтажа 
в подземных условиях; основное силовое оборудование водоотлива должно 
устанавливаться на шахтной поверхности. 
За последние годы выполнены научные работы, успешно испытаны на 
производстве по гидравлического транспорта и подъема гидросмеси на значительные высоты: 
௅ исследование, разработка методов расчета и успешная эксплуатация в 
подземных условиях безнапорного и напорного гидротранспорта горной массы; 
7 

௅ всасывающий устройство углесосов, эрлифтов и гидроэлеваторов, что 
обеспечивает дозировку твердый и надежный пуск при завале твердой 
массой всасывающего трубопровода; 
௅ эрлифтная односекционный подъемная установка на высоту 380 м 
с подачей свыше 3000 м пульпы в час (эксплуатировалась на шахте 
«Красноармейская» с 1967 года), обеспечивала выдачу твердого 
до 700 т/ч и более 8000 т горной массы в сутки; 
௅ пятисекционный эрлифтный подъем на высоту 725 м с подачей более 
с 1800 м пульпы в час (эксплуатировался с 1970 года на шахте «Самсоновская» № 1 комбината «Краснодонуголь»), максимально достигнутая производительность подъема по твердому составила 300 т/ч; 
௅ эрлифтный многосекционный проходческий водоотлив, успешно эксплуатировался в стволе шахты «Красноармейская-Капитальная», высота водоподъёма 823 м, производительность 25 м3/ч; 
௅ участковый эрлифтный водоотлив через скважину на шахте «Селидовская-Южная» комбината «Красноармейскуголь», высота водоподъёма 85 м, производительность 200-500 м3/ч; 
௅ универсальные гасители гидравлического удара, которые прошли 
промышленные испытания и находятся в нормальной эксплуатации на 
шахтах № 1-2 «Красный октябрь» комбината «Орджоникидзеуголь». 
Результаты данных работ и опыт эксплуатации гидротранспортных и 
гидропиднимальних установок позволяют сделать вывод, что существующий 
опыт по эксплуатации средств и схем шахтного водоотлива позволяет создать 
принципиально новые средства и схемы шахтного водоотлива, соответствующие сформулированным требованиям. 
1.2. Источники загрязнения шахтных вод 
в подземных условиях 
В процессе проникновения поверхностных и подземных вод в выработанное пространство и горные выработки через поры в породах, движении в 
водоотливных канавках и трубопроводах, насосах водоотливного хозяйства 
шахт они метаморфизуются, превращаясь в шахтные воды. При этом вода активно взаимодействует с веществом горных пород, рудничной атмосферой, 
другими частями, составляющих горную систему. Происходит растворение в 
воде различных минералов и вынос ней частиц различного происхождения. 
В результате обогащения посторонними примесями вода меняет свой химический состав (минерализация), загрязняется твердыми взвешенными веществами 
8 

(ТВВ) органического и неорганического происхождения, а также бактериологическим веществами, в некоторых случаях приобретает кислую реакцию 
(рН < 6). Кроме того, при взаимодействии с оборудованием, из-за утечек масла 
из машин и механизмов, природные воды дополнительно загрязняются нефтепродуктами. 
Распределение притоков шахтных вод и шахт в Донбассе по величине рН 
следующий: кислые - 8  на 4  шахт нейтральные - 89  на 93,8  шахт щелочные - 2,2  на 2,2  шахт. Из вышеприведенных данных видно, что основная часть шахтных вод Донбасса относится к нейтральных и слабощелочных. 
Средний уровень минерализации шахтных вод Украины составляет 2700 мг/л. 
Особенно сильно минерализованные шахтные воды в Западном Донбассе. 
Их минерализация составляет более 30 г/л, а по прогнозам геологов на шахтах 
Новомосковского района может превысить 100 г/л. Шахтные воды вызывают 
коррозию материала труб и арматуры, а степень их влияния определяется значением рН, содержанию ионов Н, ОН-, SО4-2, НСО3-, З3-2, Сl-, Мg2, Ca2, Na, 
Zn2, Fe2 , Al2, Cu2, NH4 и растворенного кислорода. Особенно опасны для 
сооружений является кислые и высокоминерализованные воды. 
Взвешенные вещества и бактериальные примеси являются наиболее характерными в составе загрязнений. Удаление ТВВ является основным видом 
очистки нейтральных и слабощелочных шахтных вод с минерализацией 
до 1 г/л. Оно предшествует опреснению солоноватых шахтных вод и только 
при очистке кислых шахтных вод может быть сопряжено с процессом их 
нейтрализации. Наличие ТВВ определяет технологические свойства шахтных 
вод, к которым относятся следующие: гидравлическая крупность ТВВ, характеризующий скорость оседания частиц в статических условиях (именно это, 
свойство, прежде всего, определяет конструкцию и параметры очистных 
устройств); способность ТВВ к коагуляции под влиянием реагентов и величина 
оптимальной дозы реагентов; 
фильтрационные характеристики, которые включают скорость и продолжительность фильтрования, потери давления в фильтрующей загрузке, содержание ТВВ в исходной воде и фильтрате, относительную фильтруемость; показатели свойств осадков; динамика (т. е. длительность) уплотнения, а также 
влажность, плотность и зольность осадка. 
Гидравлическая крупность частиц зависит от их дисперсности и массы 
(если частицы разного вещественного состава). По дисперсности системы 
вода - ТВВ разделяют на тонко и грубодисперсные. К тонкодисперсных относятся системы, содержащие частицы дисперсной фазы (суспензии) размером 
менее 1 мкм. Если размер частиц более 1 мкм, такие системы называют грубодисперсные. Дисперсность определяет седиментационную и агрегативную 
9 

устойчивость взвешенных частиц. Агрегативная устойчивость - это устойчивость против сцепления частиц, то есть против коагуляции. Седиментационная 
устойчивость - это устойчивость против оседания, связана только с размером 
частиц. 
Анализ проб воды, отобранных при ее капелью и тренировке из массива, 
показал, что воды, поступающие в горные выработки, загрязненные ТВВ незначительно, их содержание составляет около 2 мг/л. Такие воды можно охарактеризовать как условно чистые. Загрязнение шахтных вод твердыми ТВВ, 
нефтепродуктами и бактериальными примесями происходит только в процессе 
их движения по горным выработок. Следует различать условия движения воды 
относительно транспортных цепочек водоотливного хозяйства шахт из действующих забоев и с выработок отработанных горизонтов. Потому что в Донбассе принят нисходящий порядок отработки угольных пластов, то отработанные горизонты обычно располагаются над действующими. Поэтому движение 
условно чистых вод из отработанных горизонтов в направлении главных водосборников происходит, как правило, самотеком. В то же время транспортировки воды из действующих горизонтов осуществляется как самотеком (в пределах горизонта), так и гидромеханическим способом (при перекачке по трубопроводам) на верхние горизонты. При этом условия загрязнения вод разные. 
Загрязнение воды происходит прежде всего в рамках действующих горизонтов: вокруг действующих очистных и подготовительных забоев, в местах 
погрузки и перегрузки отбитой горной массы, ее транспортировки, подрыве 
горных пород, движения людей. Особенно мощными источниками загрязнения 
являются мокрые действующие забое. Если подземные воды проникают непосредственно в действующий забой, то их интенсивное загрязнение ТВВ начинается в процессе разрушения угля или породы. Концентрация ТВВ в воде, стекающей с мокрых очистных забоев, например, достигает 10...15 тыс. мг/л, 
что позволяет говорить о облако ТВВ. Необходимо отметить, что при дальнейшем стоке по выработкам таких загрязненных вод наиболее крупные ТЗР интенсивно оседают в водоотливных канавках и подземных водосборниках, что 
приводит к некоторому снижению уровня загрязнения (менее 800 мг/л). 
Если действующие забои сухие, а обводнение пройденных выработок 
развивается с отставанием и продолжается на определенном участке, то загрязнение подземных вод, дренирующих из массива, вызывается наличием на почве 
выработок угольной и породного мелочи. При этом начальная концентрация 
ТВВ достигает 4...5 тыс. мг/л, то есть также высокой. Характерно, что как и в 
случае стока воды из мокрой ряды, в этой ситуации также наблюдается тенденция к значительному снижению концентрации ТВВ за счет оседания крупных 
частиц. Как видно, по мере дальнейшего самотечного стока воды по выработке 
10