Электрификация и автоматизация технологических процессов строительства коллектора подземных коммуникаций в условиях ОАО СУ-70 ГПР-1



Abstract

The Subject of the degree project is "Electrification and automation of the technological processes construction collector underground communication in condition OAO SU-70 "GPR-1".

In degree project happen to is blazed-technological features of the object, is produced calculation source parameter mechanical equipment, are considered questions about safety of conduct work, are produced calculations of the technical-econmic factors.

The Special question contains the analysis of the energy factors and development of the complex measures on power under town underground construction.

Аннотация

Темой дипломного проекта является «Электрификация и

автоматизация технологических процессов строительства коллектора подземных коммуникаций в условиях ОАО СУ-70 «ГПР-1».

В дипломном проекте приводятся горно-технологические характеристики объекта, производится расчет исходных параметров механического оборудования, рассматриваются вопросы о безопасности ведения проходческих работ, производятся расчеты технико-экономических показателей.

Специальный вопрос содержит анализ энергетических показателей и разработку комплексных мер по энергосбережению при городском подземном строительстве.

Введение

Целью дипломного проекта является электрификация и автоматизация технологических процессов строительства кабельного коллектора от ТЭЦ №8 под Волгоградским проспектом г. Москвы.

В дипломном проекте приводятся горно-технологические характеристики объекта, производится расчет исходных параметров механического оборудования, рассматриваются вопросы о безопасности ведения проходческих работ, производятся расчеты технико-экономических показателей.

Основными задачами дипломного проекта являются:

Специальный вопрос содержит оценку энергетических показателей и разработку комплексных мероприятий направленных на энергосбережение.

1. Горно-технологическая часть

1.1. Подземный коллектор

Проектируемый кабельный коллектор будет находиться в Юго-Восточном административном округе г. Москвы, и будет проходить под существующими автомобильными дорогами.

Строительство участка коллектора осуществляется от ТЭЦ №8 до городской подстанции №«127».

Строительство основной трассы коллектора  осуществляется закрытым способом (методом щитовой проходки) на длине 294 м с помощью механизированного проходческого щитового комплексаLovat-3.6. Приняты сечения следующих габаритов: щитовая проходка – щит диаметром 3,6 м.

Продольный профиль коллектора составлен на основании изысканий

«Мосинжстройпроект». Положение коллектора в профиле определено согласно существующих и проектируемых подземных коммуникаций, отметок земли, условием работы прокладываемых в нем коммуникаций, а также гидрогеологических условий по трассе коллектора.

1.2. Инженерно-геологические условия строительства

В соответствии с заключением об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях строительства, в траншеях и щитов будут разрабатываться древнеаллювиальные и флювиогляциальные пескиI группы по трудности разработки, супеси и суглинкиII группы, а также мореные суглинки со щебнем свыше 10 % -III группы.

Грунтовые воды заключены в аллювиальных песках и будут вскрыты при земляных работах.

При обнаружении несоответствия геологических и гидрогеологических условий в натуре с данными проекта, надлежит силами специализированной организации произвести дополнительную разведку, а вопрос о дальнейшем производстве работ решить по согласованию с заказчиком и проектной организацией.

В связи с недоступностью просадок земной поверхности и горно-геологическими условиями для строительства коллектора принята щитовая проходка.

1.3. Щитовая проходка

Шахты для щитовой проходки запроектированы круглого и прямоугольного сечений. Размеры шахт приняты с учётом габаритов камер, монтажа и демонтажа щита, а также монтажа труб в тоннеле.

В соответствии с заключением об инженерно-геологических условиях участков строительства, проходка шахт принята в грунтахI,II иIII категории. При проходке шахт разработка грунта производится заходками, с временным креплением, экскаватором с грейферным ковшом и вручную, с подъёмом грунта краном в бадьях. Крепление круглых шахт приняты инвентарными швеллерными поясами.

Тип креплений выбран исходя из размеров шахт, их назначения и физико-механических свойств грунтов.

По окончании проходки монтажной шахты, щит = 3.6 м, опускается в шахту краном РДК-25, грузоподъёмностью 25 тонн.

После ввода щита в забой, приступают к обустройству шахты- устройству лестниц, подъёмного отделения, монтажу необходимых трубопроводов.

Конструкция тоннеля принята из железобетонных блоков, с устройством монолитной железобетонной рубашки, торкрета по сетке, а на отдельных участках трассы и с устройством металлоизоляции.

1.3.1. Врезка щита

В начале работ сооружается «стена в грунте», затем происходит выемка грунта в монтажной камере.

Врезка щита в грунтовый массив осуществляется в следующей последовательности:

- за основной «стеной в грунте» сооружается три дополнительные неармированные стены из бетона марки В10 на известковом щебне толщиной 600 мм;

- в сечении сооружаемого тоннеля вырубается бетон основной «стены в грунте» и вырубаются балки;

- в монтажной камере устанавливаются упоры (временный и постоянный) для надвижки щита до забоя и его врезки;

- на специальной площадке монтируется и подготавливается к работе щит «Lovat»;

- после его надвижки (за щитом) - на металлоконструкциях, на длине монтажной камеры, монтируется основание шириной в два блока обделки под 2 рельсовый путь;

- монтируется первичный ленточный конвейер;

- придвигается щит вплотную ко лбу забоя;

- включается ротор и другие необходимые системы и начинается проходка технологического отхода.

Технологический цикл работы щита включает в себя следующие операции:

-разработка породы в забое;

-дозированная выдача грунта из забоя;

-транспортировка разработанного грунта вагонетками с помощью электровоза;

-наращивание силового кабеля и трубопроводов для водопровода, водоотлива, сжатого воздуха, вентиляции;

-разрушение и удаление валунов;

-лазерный контроль за передвижением щита в тоннеле;

-компьютерный контроль параметров роботы тоннелепроходческого комплекса;

-транспортирование блоков обделки блоковозками;

-монтаж обделки блокоукладчиком;

-нагнетание тампонажного раствора за обделку.

1.4. Электрооборудование и автоматика, сигнализация загазованности, производственная громкоговорящая связь, диспетчеризация.

Коллектор оснащён системой сигнализации загазованности на базе шахтной аппаратуры «Метан», а также производственной громкоговорящей связью, выполненной аппаратами ПГС-3. Сигнализация и управление работой технологического оборудования коллектора выведена в диспетчерскую, которая будет запроектирована после решения вопроса о её местоположении уточненном (в проекте предусмотрен выход к диспетчерской от камеры №15).

Для диспетчеризации используются щиты производства

СП «Москоллектор».

1.5. Озеленение

Проект разработан с учётом планировочного решения, существующей и проектируемой сети подземных коммуникаций. Проектом предусматривается посадка зелёных насаждений. Восстановление газона в границах рабочей зоны предусматривается в проекте организации строительства и включено в общую смету.

1.6. Организационно – технологическая схема строительства

Строительство закрытого перехода предусмотрено щитовой проходкой.

Трасса проектируемого кабельного коллектора проходит под существующими автомобильной дорогой ,,Волгоградский проспект,,. Шахты для щитовой проходки запроектированы прямоугольного сечения. Для производства работ вскрываются монтажные и демонтажные котлованы прямоугольного сечения. Разработка котлованов ведется в креплениях стальными трубами с устройством поясов и распорок. В связи с неблагоприятными гидрогеологическими условиями проектом организации строительства предусмотрено строительное водопонижение эжекторными иглофильтрами, устанавливаемыми по периметру рабочего и приемного котлованов. Водопонизительные установки располагаются в развитии.

Щитовую проходку под существующими автомобильной дорогой необходимо вести с особой осторожностью с постоянным креплением лба забоя.

1.7.Дорога

Асфальтобетонное покрытие до начала основных работ должно быть разобрано и отправлено на переработку. После окончания строительных работ асфальтобетонное покрытие восстанавливается.

1.8. Сети уличного освещения

Проектом предусматривается переустроить сети уличного освещения с учётом очередности производства работ с последующим восстановлением по постоянной схеме.

2. Механическое оборудование и транспорт

2.1. Водоотливные установки

2.1.1.Расчет исходных параметров для выбора оборудования

Насосы выбираем  по расчетным значениям подачиQри напораHр.

В соответствии с Правилами безопасности необходимая

подача насосов определяется следующим образом:

где Т - регламентируемое отраслевыми Правилами безопасности нормативное время откачки суточного притока воды. Для горных

предприятий Т = 20.

Расчетный напор насосов численно равен сопротивлению внешней сети при расчетной подаче. При определении расчетного напора разницей диаметров нагнетательного и всасывающего трубопроводов пренебрегают. Поэтому

где Нг - геодезическая высота подъема воды, м;

λP -  расчетный коэффициент линейных гидравлических сопротивлений;

L - полная длина трубопровода, включая всасывающий трубопровод, м;

Dp-расчетный диаметр нагнетательного трубопровода, м;

Vэ- экономически целесообразная скорость движения воды по трубопроводу, м/с;

g - ускорение силы тяжести, м/с2(g=9,8 м/с2).

Геодезическая высота подъема воды

HГ=Hш+Hвс+Hп, м,

гдеHвс - высота всасывания, предварительно принимается равной  4-5 м;

Hп - высота переподъема воды на поверхности (Hп=1м).

HГ=15 + 4+ 1=20 м.

Полную длину трубопровода для шахтной установки можно определить по формуле:

L=Hш+Hп+lвс+lнк+lтх+l1, м,

гдеlвс= 8 – 12 м – длина всасывающего трубопровода (lвс= 8 м) ;

lнк = 20 –30 м – длина трубопровода в насосной камере (lнк= 20 м);

lтх = 15 – 20 м - длина трубопровода в трубном ходке (lтх= 15 м);

l1= 75 м – длина трубопровода на поверхности до места сброса воды.

L = 15 + 1 + 8 + 20 + 15 + 5 = 64 м.

Расчетный диаметр нагнетательного трубопровода определяется по значению экономически целесообразной скорости движения воды

В соответствии с нормами технологического проектирования горнодобывающих предприятий скорость движения воды по нагнетательным трубопроводам не должна превышать 3 м/с.  С достаточной  для практических расчетов точностью  она определяется по эмпирической формуле:

Коэффициент линейных гидравлических сопротивлений для трубопроводов водоотливных установок определяется по формуле:

Сумму коэффициентов местных гидравлических сопротивлений принимаем равной ∑ξр = 20.

Для выбора труб находим толщину стенок, которая с учетом коррозионного износа определяется по формуле

где 1,18 – коэффициент, учитывающий минусовой допуск толщины стенки;

δ0 – минимальная по условиям прочности толщина стенки трубы, мм;

δкв – скорость коррозионного износа внутренней поверхности трубы, мм/год, принята равной 0,1 мм/год;

t  = 10 – 15 лет – срок службы трубопровода (t = 15 лет).

Минимальная по условиям прочности толщина стенки трубы определяется следующим образом:

δ0=1875·Рр·Dр/σв , мм,

где Рр – расчетное давление воды в трубопроводе

Рр= 10-6·ρ·g·Нр , МПа;

где ρ - плотность воды, кг/м3;

σв– временное сопротивление разрыву для стали, из которой изготовлены трубы, МПа,(σв= 412 Мпа для марки стали Ст4сп).

Рр= 10-6· 1020 · 9,8 · 23,2 = 0,23 МПа;

δ0= 1875 · 0,23 · 0,054 / 412 = 0,056 мм;

2.1.2. Выбор основного оборудования водоотливной установки

По значениямQриHр. Выбираем два консольных насоса типа К 45/30 со следующими характеристиками:

диаметр рабочего колесаD2= 168 мм;

напорH =30 м;

подачаQ = 45 м3/ч;

частотаn = 2900 об/мин;

КПД η = 72 %.

По значениямDp иδр выбираем для нагнетательного става трубы стальные горячедеформированные бесшовные (ГОСТ 8732 – 78). Внутренний диаметр труб – 100 мм, наружный – 114 мм.

Для всасывающего трубопровода принимаем аналогичные трубы большего диаметра.

2.1.3. Определение режима работы насосов

Задаваясь расходомQ3/с) в интервале от 0 до 1,2Qp по формуле расчета характеристики внешней сети определим для каждого значенияQi  величинуHci. Данные расчета сводим в табл. 1.  Характеристика внешней сети рассчитывается по формуле:

HС =HГ +RС·Q2,

гдеRС – обобщенный коэффициент сопротивления внешней сети

где λ – коэффициент линейных гидравлических сопротивлений (λ =0,042);

DH – внутренний диаметр выбранного стандартного нагнетательного трубопровода;

∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений (∑ξ = 20);

Таблица 1

Qi, м3

0

9,6

19,2

28,8

38,4

48

57,6

Qi, м3

0

0,0026

0,0053

0,008

0,0106

0,0133

0,016

Hci, м

17

17,42

18,7

20,9

23,9

27,9

32,8

По данным табл. 1 строим характеристику внешней сети.

Рис 2.1характеристика внешней сети

2.1.4. Выбор привода насоса и определение энергоемкости водоотлива

Необходимая мощность электродвигателя насоса определяется следующим образом:

где ρ = 1020 кг/м3 – плотность перекачиваемой воды.

С учетом частоты вращения насоса выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А100L2УЗ со следующими характеристиками:

номинальная мощностьPн = 5,5 кВт;

напряжениеU = 220/380 В;

частота вращенияn = 3000 об./мин.;

КПД η = 87,5 %;

коэффициент мощностиcosφ =0,83.

Годовой расход электроэнергии на водоотлив определяется по формуле:

где ηэд – КПД  электродвигателя;

ηэс= (0,92 - 0,96)– КПД  электросети;

N – количество дней в году с максимальным притоком воды;

Тн – число часов работы водоотливной в сутки при откачке нормального притока воды,   Тн  =Qн /Qд =960 / 45 = 21,3 ч.;

гдеTmax – число часов работы водоотливной установки в сутки при откачке максимального притока воды,

Tmax   = Q max /2Qд = 1320 / 2·45 = 14,7ч.

2.2. Вентиляторные  установки

Вентиляция выработки производится вентилятором ВМ-6М. Техническая характеристика вентилятора:

производительностьQв = 340 м3 / мин.;

полное давлениеHв = 2000 Па;

КПД  вентилятора ηв = 0,76;

габариты 1050х730х750 мм;

масса 350 кг;

тип электродвигателя ВРМ132М2;

мощность электродвигателяPд = 13 кВт;

скорость  вращения валаn =3000 об/мин.

Среднегодовой расход электроэнергии на вентиляцию рассчитывается по формуле:

2.3. Локомотивная откатка

Так как строительство подземного коллектора производится в городских условиях, то применяется аккумуляторный электровоз модели АК-2у со следующими характеристиками:

Характеристика вагонетки со съемным опрокидным кузовом БК-1,0:

3.Безопасность труда

3.1. Общие сведения

Объект производства работ закрытым способом на рассматриваемом участке строительства кабельного коллектора относится к опасным производственным объектам. В камерах и тоннеле могут возникнуть условия  для появления вредных и опасных факторов. Для их предупреждения и ликвидации организуются специальные мероприятия.

В настоящее время существуют и с каждым годом усовершенствуются нормативные базы, технология и техника производства строительных работ, ужесточаются требования охраны труда и технике безопасности, более полно проводятся геотехнические исследования.

3.2. Анализ опасных факторов

Обрушение кровли забоя кабельных коллекторов.

При строительстве подземных сооружений самым распространенным опасным фактором является обрушение горных пород кровли.

При строительстве, тоннелей закрытым способом  обрушение породы происходит чаще всего в результате вывала в забое или в непосредственной близости от не