DE19710372A1

DE19710372A1 - Extraction of water from mines etc.

Info

Publication number: DE19710372A1
Application number: DE1997110372
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ostermann; Rolf Wichert
Original assignee: KERM ENGINEERING GmbH
Current assignee: KERM GMBH, 44628 HERNE, DE
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: DE19710372C2

Abstract

The water pump (1) is hydraulically driven using clean water supplied under pressure from the surface. The pump consists of a cylinder (2) with flat closure plates at the ends and a central wall (3) with a bore which has a watertight seal (6) engaging a piston rod (5). There are pistons (4a,b) on either side of the rod. Clean high-pressure water is admitted to the inner chambers (7a,b) formed between the pistons and the central wall to make the piston assembly reciprocate in the housing. Water to be pumped out of the mine is admitted to the outer chambers (8a,b) between the ends of the pistons and the end covers. There are control valves (10) for the inner chambers and (12) for the outer chambers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasser-Hebevorrichtung für den untertägigen Bergbau zur Förderung untertägig anfallenden Grubenwassers nach über Tage, die durch übertägig eingespeistes Frischwasser angetrieben wird, welches unter einem der Förderhöhe entsprechenden hydrostatischen Druck steht, mit zwei zugleich als Antriebszylindern dienenden Förderzylindern, in denen jeweils ein Kolben verschiebbar ist, der jeweils von der einen Seite her mit Frischwasser und von der anderen Seite her mit Grubenwasser beaufschlagt wird, wobei den Förderräumen und den Antriebsräumen der Antriebs- und Förderzylinder jeweils Steuerventile zur Steuerung des Frisch wassers bzw. des Grubenwassers zugeordnet sind.The invention relates to a water lifting device for the underground Mining to promote underground mine water to over Days that are driven by fresh water fed in above ground, which under a hydrostatic pressure corresponding to the head stands, with two conveyor cylinders that also serve as drive cylinders, in each of which a piston is displaceable, each from one side here with fresh water and from the other side with mine water is applied, the delivery rooms and the drive rooms of the The drive and delivery cylinders each have control valves for controlling the freshness water or mine water.

Derartige Wasser-Hebevorrichtungen, die beispielsweise aus der DE 31 08 963 A1 bekannt sind, werden in der Regel untertägig in Berg werksanlagen installiert und dazu eingesetzt, anfallendes Grubenwasser, d. h. Grundwasser und sonstige Abwässer, aus dem Entwässerungssumpf der Schachtanlage nach über Tage zu fördern. Dabei nutzt man den Um stand, daß gleichzeitig große Mengen Frischwasser benötigt werden, die von über Tage über entsprechende Fallrohre im Schacht druckvariabel mit tels Druckerhöhungspumpen eingespeist werden. Es ist nämlich bereits bekannt, mittels derartiger Pumpanlagen die erhebliche potentielle Energie der anstehenden Frischwassersäule für die zur Förderung des Grubenwassers benötigte Pumparbeit zu nutzen und auf diese Weise Energie zu sparen. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß das unter hohem hydrostatischem Druck anstehende Frischwasser direkt zum Antrieb von Pumpenkolben genutzt wird. Such water lifting devices, for example from the DE 31 08 963 A1 are known, are usually underground in mountain plants installed and used for the resulting pit water, d. H. Groundwater and other wastewater from the drainage sump the mine after days. You use the um stated that large quantities of fresh water are needed at the same time from above via appropriate downpipes in the shaft with variable pressure by means of booster pumps. Because it is already known, the considerable potential energy by means of such pump systems the upcoming fresh water column for the promotion of the Mine water to use required pumping work and in this way Save energy. This is accomplished in that the high Fresh water present at the hydrostatic pressure directly to drive Pump piston is used.

Diese nach dem Stand der Technik bekannten Kolbenpumpen sind im wesentlichen Weiterbildungen von sogenannten Dreikammer-Rohraufge bern, die unter Tage seit langem eingesetzt werden und beispielsweise in der DE 39 26 464 C2 beschrieben sind. Wie bei diesen sind bei den ein gangs genannten Kolbenpumpen zwei oder drei Antriebs- und Förderzylin der parallel nebeneinander angeordnet, wobei ein fliegend gelagerter, d. h. frei hin- und herverschiebbarer, kolbenartig ausgebildeter Schwimmer die Frischwassersäule von der Grubenwassersäule in den Zylindern trennt. Daraus ergibt sich zwar der Vorteil, daß die Vermischung bis auf Spaltver luste reduziert wird; wie die bekannten Dreikammer-Rohraufgeber haben diese Anlagen jedoch ein verhältnismäßig großes Bauvolumen. Angesichts des Umstandes, daß naturgemäß Installationsräume unter Tage nur mit großen Aufwand geschaffen werden können, ist die bei diesen Anlagen technisch zwingend vorgegebene Baugröße ein erheblicher Nachteil.These known from the prior art piston pumps are in essential further developments of so-called three-chamber pipe assemblies bern that have been used underground for a long time and, for example, in DE 39 26 464 C2 are described. As with these are with the one Piston pumps mentioned above have two or three drive and delivery cylinders which are arranged in parallel next to each other, with a floating, i.e. H. freely movable, piston-like swimmer Separates the fresh water column from the pit water column in the cylinders. This has the advantage that the mixing except for Spaltver loss is reduced; like the well-known three-chamber tube feeders these plants, however, have a relatively large construction volume. Given the fact that naturally installation rooms underground only with great effort can be created with these systems technically mandatory size is a considerable disadvantage.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Antriebs- und Förderzylin der lediglich hydraulisch, nicht aber mechanisch gekoppelt sind, so daß eine Synchronisierung der Kolben nur indirekt über die Ventilsteuerung vorge nommen werden kann. Infolgedessen lassen sich die Mengenströme des Frischwassers einerseits und des Grubenwassers andererseits häufig nicht mit für die kontinuierliche Förderung ausreichender Genauigkeit steuern.Another disadvantage arises from the fact that the drive and Förderzylin which are only coupled hydraulically, but not mechanically, so that a Synchronization of the pistons only indirectly via the valve control can be taken. As a result, the mass flows of Fresh water on the one hand and pit water on the other hand often not control with sufficient accuracy for continuous promotion.

Angesichts dieser Probleme ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, die Wasser-Hebevorrichtung nach dem Stand der Technik dahingehend weiter zubilden, daß sie bei gleicher Förderleistung wesentlich kompakter aufge baut ist und eine weitgehend kontinuierliche Förderung ermöglicht.In view of these problems, there is the object of the invention Water lifting device according to the prior art further to form that they are much more compact with the same delivery rate is built and enables largely continuous funding.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung ausgehend von der ein gangs beschriebenen Wasser-Hebevorrichtung vor, daß die beiden Antriebs- und Förderzylinder hintereinanderliegend in einem gemeinsamen, durch eine Zwischenwand unterteilten Zylindergehäuse angeordnet sind, und daß die beiden Kolben starr durch eine Kolbenstange verbunden sind, die abgedich tet durch eine Zwischenwand hindurchgeführt ist. To solve this problem, the invention is based on the described above water lifting device that the two drive and Conveyor cylinder lying in a row in a common, through a Partition partitioned cylinder housing are arranged, and that the two pistons are rigidly connected by a piston rod that seals tet is passed through an intermediate wall.

Gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen hat die erfindungsgemäße Wasser-Hebevorrichtung einen erheblich kompak teren Aufbau und erfordert dementsprechend einen wesentlich kleineren Einbauraum. Wie bereits erläutert, ist der geringere Raumbedarf insbeson dere angesichts der beengten Platzverhältnisse in untertägigen Gruben anlagen ein wichtiges Argument.Compared to the devices known from the prior art the water lifting device according to the invention a considerably compact structure and accordingly requires a much smaller one Installation space. As already explained, the smaller space requirement is in particular given the limited space available in underground pits plants an important argument.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Wasser-Hebevorrichtung ist, daß aufgrund der starren Kopplung durch die Kolbenstange die Bewegungen der beiden Kolben absolut synchron verlaufen. Dadurch wird eine wesent lich genauere Steuerung und Vergleichmäßigung der Mengenströme beider seits der Kolben, d. h. des Frischwasser- bzw. Grubenwasserstroms, in Abhängigkeit von den Kolbenbewegungen ermöglicht.Another advantage of the water lifting device according to the invention is that that due to the rigid coupling by the piston rod, the movements of the two pistons are absolutely synchronous. This will be an essential Lich more precise control and equalization of the mass flows of both on the part of the piston, d. H. the fresh water or mine water flow, in Dependence on the piston movements enables.

Durch die Vergleichmäßigung der Förderung treten auch praktisch keine Schläge mehr in der in dem Fallrohr anstehenden, in der Regel mehrere hundert Meter hohen Wassersäule auf, die bei diskontinuierlicher Förderung eine erhebliche Belastung der Anlagen darstellen.By evening out the funding, there are practically none More blows in the line in the downpipe, usually several hundred meter high water column, which with discontinuous production represent a significant burden on the systems.

Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, daß die Anschlüsse für den Zu- und Ablauf des Frischwassers in der Mitte des Zylindergehäuses beiderseits der Zwischenwand und die Anschlüsse für das Grubenwasser an den äußeren Enden des Zylindergehäuses angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß das mit Schmutz oder zum Teil abrasiven Feststoffpartikeln belastete Grubenwasser von der abgedichteten Durch führung der Kolbenstange durch die Zwischenwand ferngehalten wird, so daß in diesem Bereich kein Verschleiß durch Feststoffpartikel oder der gleichen auftreten kann. Außerdem werden die Kolbendichtungen frisch wasserseitig mit Überdruck beaufschlagt, so daß sich keine Feststoffpartikel einlagern können.A particularly advantageous development of the invention provides that the connections for the inlet and outlet of the fresh water in the middle of the Cylinder housing on both sides of the partition and the connections for the Pit water arranged at the outer ends of the cylinder housing are. This ensures that it is dirty or partly abrasive Solid particles contaminated mine water from the sealed through guidance of the piston rod is kept away by the partition, so that in this area no wear from solid particles or the same can occur. In addition, the piston seals become fresh pressurized water side so that no solid particles can store.

Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, die Zylinderräume für das Frischwasser und das Grubenwasser zu vertauschen, um beispielsweise andere Mengen- und/oder Übersetzungsverhältnisse zu erreichen. Of course, it is also possible to use the cylinder rooms for the Swap fresh water and mine water, for example to achieve other quantity and / or gear ratios.

Vorzugsweise sind die Steuerventile als zwangsgeschaltete Ventile ausge bildet, die an eine Steuereinheit angeschlossen sind. Die Steuerventile sind beispielsweise als hydraulische Tellerventile ausgebildet, die an eine ent sprechende Steuereinrichtung angeschlossen sind und über diese betätigt bzw. synchronisiert werden. Die Synchronisierung erfolgt dabei vorzugs weise über die Kolben selbst, in dem diese in ihren Bewegungsendpunkten, d. h. Totpunkten, jeweils Schalter betätigen, die ebenfalls an die Steuer einheit angeschlossen sind und dabei die Ventilsteuerung auslösen. Zweckmäßigerweise sind die Totpunktschalter als berührungslose Sensoren ausgebildet, beispielsweise als induktive oder kapazitive Geber.The control valves are preferably designed as positively connected valves forms, which are connected to a control unit. The control valves are For example, designed as hydraulic poppet valves, which ent speaking control device are connected and operated via this or synchronized. The synchronization is preferred wise about the pistons themselves, in their end points of motion, d. H. Dead points, each press the switch, which is also at the wheel unit are connected and trigger the valve control. The dead center switches are expediently used as contactless sensors trained, for example as an inductive or capacitive transmitter.

Es ist überaus zweckmäßig, daß die Steuerventile der Förderzylinder als Kugelventile ausgebildet sind. Bei diesen handelt es sich um robuste und besonders zuverlässig arbeitende Rückschlagventile, in denen eine Kugel bei Druckbeaufschlagung in Durchlaßrichtung gegen ihre Gewichtskraft ange hoben wird, während sie beim Nachlassen der Druckbeaufschlagung in ihren Ventilsitz zurückfällt und den Rückfluß versperrt. Infolge der strö mungstechnischen Besonderheiten bei dieser Ventilbauform sind derartige Kugelventile besonders feststoffresistent und deswegen insbesondere als Ein- und Auslaßventile für das feststoffbeladene Grubenwasser geeignet.It is extremely useful that the control valves of the feed cylinder as Ball valves are formed. These are robust and particularly reliable check valves, in which a ball Pressurization in the forward direction against their weight is lifted up while relieving pressure in their valve seat falls back and blocks the backflow. As a result of the strö Technological peculiarities in this valve design are such Ball valves particularly resistant to solids and therefore especially as Inlet and outlet valves suitable for the solid-laden mine water.

Vorzugsweise sind die Kolbenführungen mit einem Labyrinth-Dichtungs system versehen. Diese sind so gestaltet, daß sie durch den frischwasser seitigen Überdruck in den Antriebsräumen gespült werden, so daß die über das Grubenwasser eingetragenen Feststoffpartikel vom Dichtungsbereich ferngehalten werden. Die dadurch erreichte Verringerung des Reibungsver schleißes durch abrasive Partikel führt zu einer erheblichen Verlängerung der Standzeit bzw. der Wartungsintervalle.The piston guides are preferably provided with a labyrinth seal system. These are designed so that they pass through the fresh water side pressure in the drive rooms are flushed so that the over the mine water entered solid particles from the sealing area be kept away. The reduction in friction achieved thereby wear caused by abrasive particles leads to a considerable lengthening the service life or the maintenance intervals.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing nations explained in more detail. The individual shows:

Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Wasser-Hebevorrichtung; Figure 1 is a schematic longitudinal section through a water lifting device according to the invention.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines unter tägigen Bergwerks mit einer erfindungsge mäßen Wasser-Hebevorrichtung. Fig. 2 is a schematic representation of an underground mine with a erfindungsge MAESSEN water lifting device.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Wasser-Hebevorrichtung schematisch im Schnitt dargestellt und als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Diese weist ein gemeinsames Zylindergehäuse 2 auf, welches durch eine Zwischenwand 3 in zwei Gehäuseabschnitte 2a und 2b unterteilt ist. In diesen sind längsverschiebbar Kolben 4a und 4b angeordnet, die durch eine gemeinsame Kolbenstange 5 starr miteinander verbunden sind. Diese ver läuft abgedichtet durch eine Öffnung 6 in der Zwischenwand 3.In Fig. 1, the water lifting device according to the invention is shown schematically in section and provided with the reference number 1 as a whole. This has a common cylinder housing 2, which is by a partition 3 into two housing portions 2 a and 2 b divided. Pistons 4 a and 4 b are arranged longitudinally displaceably in these and are rigidly connected to one another by a common piston rod 5 . This runs ver sealed through an opening 6 in the intermediate wall 3rd

Zwischen den Kolben 4a bzw. 4b und der Zwischenwand 3 befinden sich die mit Frischwasser beaufschlagbaren Antriebsräume 7a und 7b der Wasser-Hebevorrichtung 1. Zwischen den Kolben 4a bzw. 4b und den Enden des Zylindergehäuses 2 befinden sich die vom Grubenwasser durch strömten Förderräume 8a und 8b.Between the pistons 4 a and 4 b and the intermediate wall 3 are the drive spaces 7 a and 7 b of the water lifting device 1 which can be acted upon with fresh water. Between the pistons 4 a and 4 b and the ends of the cylinder housing 2 are the pumping chambers 8 a and 8 b which flow through the pit water.

Den Antriebsräumen 7a und 7b sind jeweils Anschlüsse 9a und 9b für den Zu- und Ablauf des Antriebsmediums zugeordnet, die sich im Bereich der Mitte des Zylindergehäuses 2 beiderseits der Zwischenwand 3 befinden und denen zwangsgeschaltete Steuerventile 10 vorgeschaltet sind. Die Förder räume 8a und 8b weisen demgegenüber Anschlüsse 11a und 11b auf, denen jeweils druckgesteuerte Ventile 12, vorzugsweise Kugelventile, zu geordnet sind.The drive spaces 7 a and 7 b are each assigned connections 9 a and 9 b for the inlet and outlet of the drive medium, which are located in the area of the center of the cylinder housing 2 on both sides of the intermediate wall 3 and which are connected upstream of the positively connected control valves 10 . The funding rooms 8 a and 8 b, in contrast, have connections 11 a and 11 b, each of which pressure-controlled valves 12 , preferably ball valves, are assigned.

Die Steuerventile 10 sind an eine Steuereinheit 13 angeschlossen, die jeweils durch im einzelnen nicht dargestellte berührungslose Schalter durch die Kolben 4a bzw. 4b beim Erreichen der Totpunkte angesteuert wird und auf diese Weise die Ventile 10 entsprechend umgeschaltet werden.The control valves 10 are connected to a control unit 13 , each of which is actuated by contactless switches, not shown in detail, by the pistons 4 a or 4 b when the dead centers are reached, and in this way the valves 10 are switched over accordingly.

Das geförderte Grubenwasser wird durch die zugeordneten Ventile 11a bzw. 11b nach dem Prinzip einer doppelt wirkenden Kolbenpumpe in die Förderräume 8a bzw. 8b angesaugt bzw. aus diesen wieder verdrängt. The extracted mine water is sucked into or out of the delivery chambers 8 a and 8 b by the assigned valves 11 a and 11 b according to the principle of a double-acting piston pump.

Da das Grubenwasser gewöhnlich erheblich mit Feststoffpartikeln beladen ist, befinden sich die Antriebsräume 7a und 7b beiderseits der Zwischen wand 3. Damit bleibt die Dichtung in der Öffnung 6 im Bereich der Kolben stangendurchführung feststofffrei. Die im einzelnen nicht eingezeichneten Kolbendichtungen, die bevorzugt als Labyrinth-Dichtungen ausgeführt sind, stehen auf der feststofffreien Seite unter Überdruck, so daß durch die Spü lung mit Frischwasser die Einlagerung von Feststoffpartikeln in die Kolben dichtungen verhindert wird.Since the mine water is usually heavily loaded with solid particles, the drive rooms 7 a and 7 b are on both sides of the intermediate wall 3rd So that the seal in the opening 6 in the piston rod passage remains free of solids. The piston seals, not shown in detail, which are preferably designed as labyrinth seals, are under positive pressure on the solids-free side, so that the storage of solid particles in the piston seals is prevented by flushing with fresh water.

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung einer erfindungsgemäßen Wasser-Hebevorrichtung 1 in einem untertägigen Bergwerk. Dabei wird das Frischwasser aus einem Vorlagebehälter mittels einer Druckerhöhungs pumpe über im Schacht angeordnete Falleitungen 14 nach unter Tage gepumpt. Allein aufgrund der in den Falleitungen anstehenden, in der Regel mehrere hundert Meter hohen Wassersäule, wird ein erheblicher hydrosta tischer Druck aufgebaut, dieser wird in der vorbeschiebenen Weise in der erfindungsgemäßen Wasser-Hebevorrichtung 1 zum Antrieb der Kolben 4a und 4b genutzt. Durch die Kolbenbewegung wird gleichzeitig Grubenwasser aus einen untertägigen Vorlagebecken 15 durch Steigleitungen, die eben falls im Schacht angeordnet sind, nach über Tage abgepumpt. Fig. 2 shows schematically the arrangement of a water lifting device 1 according to the invention in an underground mine. The fresh water is pumped from a storage tank underground by means of a pressure booster pump via downpipes 14 arranged in the shaft. Just because of the upcoming in the downpipes, usually several hundred meters high water column, a considerable hydrostatic pressure is built up, this is used in the manner described above in the water lifting device 1 according to the invention for driving the pistons 4 a and 4 b. Due to the piston movement, pit water is simultaneously pumped out of an underground reservoir 15 through risers, which are also arranged in the shaft, after several days.

Die gesamte Wasser-Hebevorrichtung 1 ist ausgesprochen kompakt gestal tet, so daß es transporttechnisch ohne weiteres möglich ist, sie fertig mon tiert an ihren untertägigen Einsatzort zu bringen. Dadurch und durch den geringen erforderlichen Einbauraum werden Aufwand und Kosten in erheb lichem Maß eingespart.The entire water lifting device 1 is extremely compact gestal tet, so that it is easily possible from a transport point of view to bring it fully installed to its underground location. As a result, and due to the small installation space required, effort and costs are saved to a considerable extent.

Claims

1.Water lifting device for underground mining to promote underground pit water above ground, which is driven by fresh water fed above ground, which is under a hydrostatic pressure corresponding to the head, with two delivery cylinders serving as drive cylinders, in each of which a piston is displaceable, which can be acted upon from one side with fresh water and from the other side with pit water, control valves for controlling the fresh water or the pit water being assigned to the delivery rooms and the drive rooms of the drive and delivery cylinders, characterized in that the two drive and feed cylinders are arranged one behind the other in a common, by an intermediate wall ( 3 ) divided cylinder housing ( 2 ), and that the two pistons ( 4 a, 4 b) are rigidly connected by a piston rod ( 5 ) which seals through the Z wiping wall ( 3 ) is passed.

2. Water lifting device according to claim 1, characterized in that the connections for the inlet and outlet of the fresh water in the middle of the cylinder housing ( 2 ) on both sides of the intermediate wall ( 3 ) and the connections for the pit water at the outer ends of the cylinder housing ( 2 ) are arranged.

3. Water lifting device according to claim 1, characterized in that the control valves ( 10 ) are formed as positively switched valves, which are connected to a control unit ( 13 ).

4. Water lifting device according to claim 3, characterized in that the control unit ( 13 ) is connected to dead center switches which are actuated by the pistons ( 4 a, 4 b).

5. Water lifting device according to claim 1, characterized in that the control valves ( 11 a, 11 b) of the feed cylinder are designed as ball valves.

6. Water lifting device according to claim 1, characterized records that the piston guides with a labyrinth sealing system are provided.