Средства и способы гидромеханизации
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Козыряцкий Леонид Никитович
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 172
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-1753-2
Артикул: 842734.01.99
Изложены общие понятия и терминология гидромеханизированных работ на примере горной, строительной и других отраслей промышленности. Рассмотрены теории работы механизмов, использующие гидравлические струи для разрушения пород, их всасывания, подъема и транспортировки; конструкции и методы расчета основных параметров оборудования; контрольно-измерительные приборы и автоматизация. Для студентов направления подготовки «Инженерная механика», а также аспирантов и инженерно-технического персонала.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Л. Н. Козыряцкий СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024
УДК 626:622.3 ББК 33.342 К59 Рецензенты: д. т. н., профессор, зав. каф. Таврического государственного агротехнологического университета (г. Мелитополь) А. И. Панченко; д. т. н., профессор, зав. каф. «ЭМС» Донецкого национального технического университета (г. Донецк) А. П. Кононенко Козыряцкий, Л. Н. К59 Средства и способы гидромеханизации : учебное пособие / Л. Н. Козыряцкий. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 172 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1753-2 Изложены общие понятия и терминология гидромеханизированных работ на примере горной, строительной и других отраслей промышленности. Рассмотрены теории работы механизмов, использующие гидравлические струи для разрушения пород, их всасывания, подъема и транспортировки; конструкции и методы расчета основных параметров оборудования; контрольно-измерительные приборы и автоматизация. Для студентов направления подготовки «Инженерная механика», а также аспирантов и инженерно-технического персонала. УДК 626:622.3 ББК 33.342 ISBN 978-5-9729-1753-2 Козыряцкий Л. Н., 2024 Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
СОДЕРЖАНИЕ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ ................................. 6 1.1 Общие сведения .................................................................................. 6 1.2 Основные термины и понятия при открытом и подводном способам разработки ................................................................................ 8 1.3 Основные термины и понятия при подземном способе разработки ................................................................................................. 9 2 ОБЛАСТЬ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ................................................................................... 11 2.1 Характеристика области применения гидромеханизации ............. 11 2.2 Влияние свойств породы на эффективность процессов гидромеханизации .................................................................................. 12 3 ГИДРОМЕХАНИЗИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА ПОРОД ............... 16 3.1 Гидромониторная струя и расчет ее параметров ............................ 16 3.1.1 Понятие про струю, ее формирование ..................................... 16 3.1.2 Использование струй воды при гидромеханизации горных работ ................................................................................................... 16 3.1.3 Классификация водных струй ................................................... 17 3.1.4 Структура струи ....................................................................... 20 3.1.5 Формирование струи в проточном канале гидромонитора и в насадке ................................................................................................. 21 3.1.6 Динамические и структурные характеристики струи ........... 25 3.1.7 Параметры затопленной струи ............................................... 30 3.1.8 Воронка граничного размыва ..................................................... 31 3.2 Разработка угля и породы гидромониторами ................................. 32 3.2.1 Общие сведения .......................................................................... 32 3.2.2 Расход воды и напоры, необходимые для размыва породы ..... 33 3.2.3 Расчет гидромонитора ............................................................. 34 3.3 Технические способы струйного разрушения пород ..................... 35 3.3.1 Гидромониторы ......................................................................... 35 3.3.2 Механогидравлические машины ................................................ 45 3.3.3 Гидроимпульсные машины ......................................................... 48 3.4 Разработка пород всасыванием ........................................................ 52 3.4.1 Общие сведения .......................................................................... 52 3.4.2 Размыв пород в процессе всасывания ....................................... 53 3.4.3 Землесосные снаряды ................................................................. 57 3.4.4 Конструкция землесосного снаряда .......................................... 59 3.4.5 Грунтозаборные устройства землесосных снарядов .............. 62 3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ....................................... 71 4.1 Расчет водопроводов и выбор насосов ............................................ 72 4.1.1 Расчет водоснабжающей сети ................................................ 72 4.1.2 Выбор насоса и определение его рабочего режима ................. 76 5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТРАНСПОРТ ГОРНОЙ МАССЫ ................. 85 5.1 Общие сведения. Физические основы гидротранспорта ................ 85 5.1.1 Понятия о гидравлической крупности частиц......................... 85 5.1.2 Движение гидросмеси в вертикальном трубопроводе ............ 89 5.1.3 Движение гидросмеси в горизонтальном трубопроводе ......... 93 5.2 Специальные способы гидроподъема и напорного гидротранспорта ..................................................................................... 97 5.2.1 Эрлифты ..................................................................................... 97 5.2.2 Высоконапорные гидротранспортные установки................. 107 5.2.3 Гидроочистка шахтных водоотливных емкостей ................ 109 6 ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ГОРНОЙ МАССЫ И ОСВЕТЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВОДЫ ..................................................................... 120 6.1 Способы сгущения и обезвоживания горной массы .................... 120 6.1.1 Общие сведения ........................................................................ 120 6.1.2 Гидроциклоны и гидроклассификаторы ................................. 121 6.1.3 Грохоты .................................................................................... 124 6.1.4 Обезвоживающие транспортеры ........................................... 127 6.1.5 Центрифуги .............................................................................. 127 6.1.6 Сгустители............................................................................... 128 7 РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ ПО ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ И ГИДРОПНЕВМОСТРАНСПОРТУ ........................................................ 131 7.1 Гидравлическая схема эрлифтно-земснарядного комплекса ....... 131 7.2 Гидравлический расчет эрлифта эрлифтно-земснарядного комплекса .............................................................................................. 133 7.2.1 Входные данные, необходимые для гидравлического расчета эрлифтной установки ....................................................................... 133 7.2.2 Выбор схемы эрлифтной установки ....................................... 133 7.2.3 Относительное погружение эрлифта.................................... 134 7.2.4 Необходимая производительность эрлифта по пульпе ........ 134 7.2.5 Удельный расход сжатого воздуха ......................................... 134 7.2.6 Определение расхода воздуха и выбор компрессора .............. 134 7.2.7 Определение числа и длин ступеней подъемной трубы ......... 135 7.2.8 Расчет и выбор подъемной трубы эрлифта .......................... 136 7.2.9 Расчет скорости аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта ............................................................................................. 137 7.2.10 Расчет подводящего трубопровода ...................................... 139 7.2.11 Расчет воздухоподающего трубопровода ............................ 139 4
7.2.12 Расходная характеристика эрлифта ................................... 140 7.2.13 Энергетическая характеристика эрлифта ......................... 141 7.2.14 К.п.д. эрлифтной установки и расход электроэнергии на подъем грунта ............................................................................. 142 7.3 Расчет гидросети размыва грунта .................................................. 142 7.3.1 Определение диаметра и количества насадок ....................... 143 7.3.2 Расчет и выбор трубопровода ................................................ 143 7.3.3 Выбор насоса ............................................................................ 144 7.3.4 Определение рабочего режима насоса ................................... 144 7.3.5 Выбор электродвигателя и определение энергозатрат размыва грунта ................................................................................. 145 7.3.6 Пример гидравлического расчета эрлифта эрлифтноземснарядного компекса ................................................................... 145 7.3.7 Пример расчета гидросети размыва грунта ......................... 154 7.4 Пример расчета перекачного гидроэлеватора водоотливной установки .............................................................................................. 157 7.5 Пример расчета стационарной вспомогательной водоотливной установки с гидроэлеватором .............................................................. 158 ЛИТЕРАТУРА ...................................................................................................... 160 ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................... 161 Приложение 1 – Физико-механические свойства транспортируемых материалов (размеры частиц породы) ................................................. 161 Приложение 2 – Трубы стальные бесшовные горячекатаные (ГОСТ 8732-88) ..................................................................................... 161 Приложение 3 – Технические характеристики компрессоров ........... 162 Приложение 4 – Технические характеристики насосов ..................... 163 Приложение 5 – Электродвигатели ..................................................... 165 Приложение 6 – Варианты заданий к контрольной работе................ 166 Приложение 7 – Создание гидросмесей разными материалами ........ 168 5
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ 1.1 Общие сведения Гидромеханизация – один из видов комплексной механизации работ, в котором все или часть рабочих процессов выполняется за счет энергии потока воды. Потоком воды совершается разработка породы, ее транспортировка, укладка на карту намыва в отвал или профильное земляное сооружение, намыв или транспортирование к перерабатывающему комплексу. Разработка месторождений полезных ископаемых способом гидромеханизации применяется в разных областях производственной деятельности: при добыче угля и торфа, рудных и нерудных полезных ископаемых, строительных материалов, при подводной добыче рассыпных полезных ископаемых со дна морей и океанов. При этом используют три способа ведения горных работ: открытый, подземный и подводный. При разработке полезных ископаемых различают два вида ведения горных работ: вскрышные (подготовительные), которые обеспечивают доступ к полезным ископаемым, и добывающие (очистные), связанные непосредственно с их добычей. Эти работы характеризуются следующими процессами: размыв – разрушение горного массива напорной струей воды, которая создается специальным устройством – гидромонитором, к которому вода под давлением подается от источника технологического (энергетического) водоснабжения; транспортировка горной массы в потоке воды от забоя до обогатительного комплекса, или в отвал; обезвоживание горной массы или обогатительного продукта; укладка пустых пород в отвал или выработанное пространство; обработка промышленных вод для оборотного водоснабжения или сброса во внешнюю гидрографическую сеть (моря, озера, реки и т.д.). При добыче полезных ископаемых гидромеханическим способом вода может быть использована также для сопутствующего обогащения полезного ископаемого. При гидромеханизации горных работ вода, которая поступает от источника (насосной станции), подается по трубопроводу высокого давления к гидромонитору, который обеспечивает размыв горного массива. Струя воды, разрушая породу или размывая горную массу, создает гидросмесь (пульпу) – смесь твердых частиц с водой, которая транспортируется к потребителю или в отвал. 6
Поток гидросмеси, который поступил из трубопровода на место намыва, растекаясь тонким слоем по раннее намытом грунте, имеет незначительную скорость, вследствие чего частицы грунта, скорость которых уменьшается по мере отдаления от выпуска, постепенно осаждаются – происходит складирование добытого твердого. Таким образом, при гидромеханизации создаются условия, при которых тот самый поток воды делает все последовательные операции горных работ, образуя единый технологический процесс. Основными преимуществами гидравлического способа разработки, в сравнении с другими видами механизации, являются: – малооперационность и поточность технологического процесса – процессы разрушения, гидротранспорта и укладки пород в отвал проходят безостановочно и одновременно; – возможность сопутствующего обогащения полезного ископаемого в процессе размыва, гидротранспорта и скадывания горной массы за счет энергии потока воды; – малые объемы капитальных работ и строительства горных предприятий (карьеров, шахт); – высокая производительность работы и более высокая безопасность ведения горных работ; – конструктивная простота, надежность и небольшие габариты основного оборудования. К недостаткам этого способа относятся: – высокая энергоемкость работ (5,5…30 кВт·час/т); – зависимость процесса разрушения горного массива от многих факторов; – возможность измельчения полезной ископаемой выше допустимых границ во время ее транспортировки; – необходимость отчуждения под гидроотвалы значительных площадей земли; – высокие (4% и больше) эксплуатационные потери; – низкая производительность работы при разработке горных массивов, которые трудно разрушаются, а также при открытых работах в зимний период; – существенный абразивный износ гидротранспортного оборудования. Недостатки гидротехнологии могут быть устранены за счет усовершенствования технологии и оборудования. При определении эффективности применения гидромеханизации горных работ необходимо учитывать: – физико-механические свойства разрушаемых пород; 7
– горно-геологические условия (прочность и угол падения пластов, наличие нарушений);
– климатические условия разработки;
– наличие территории для расположения гидроотвалов;
– наличие источников водо– и энергоснабжения, стоимость
энергии.
Наука по гидромеханизации горных работ включает:
– теорию гидравлического разрушения пород;
– теорию гидротранспорта пород;
– теорию осаждения твердых фракций и прояснение промышленных вод;
– теорию машин для гидравлического разрушения и гидротранспорта пород;
– теорию выемки и попутного обогащения полезных ископаемых при гидродобыче;
– теорию управления гидромеханизированными процессами.
Наиболее важными задачами в области развития технологии
гидромеханизации являются следующие:
–
усовершенствование методов гидравлической разработки
трудноразмываемых и прочных пород;
– создание методов гидравлической выемки и гидротранспорта с
применением мощного и надежного выемочного и транспортного оборудования;
– создание способов регулирования, автоматизации и контроля
технологических процессов размыва, гидравлической выемки и гидротранспорта горной массы.
1.2 Основные термины и понятия при открытом
и подводном способам разработки
Карьер – совокупность горных выработок, предназначенных для
открытой добычи полезных ископаемых. Основные гидротехнические
характеристики карьера: размеры карьерного поля, капитальные и разрезные траншеи, уступы и подступы, площадки уступов, фронт работ,
заходки, блоки, забои уступов, рабочие зоны карьера.
Карьерное поле – месторождение или его часть, которая разрабатывается одним карьером.
Борта карьера – боковые поверхности, которые ограничивают
карьер. Борта карьера, где ведутся горные работы, называются рабочими.
Уступ – часть толщи горных пород в карьере, которая имеет поверхность в форме ступеньки и разрабатывается самостоятельными спо8
собами выемки и транспортировки. Уступ ограничивается по высоте верхней и нижней площадками. Подступ – часть рабочего уступа, которая разрабатывается самостоятельными способами выемки и общими для уступа способами гидространспорта. Заходка (при гидромониторной разработке) – часть уступа по его ширине, которая разрабатывается без передвижения основного гидротранспортного оборудования. Иногда заходку по длине разделяют на блоки. Фронт работ гидромонитора – часть блока разрабатываемая одним гидромонитором. Фронт работ уступа – часть заходки по длине, подготовленная для разработки. Рабочая зона карьера – совокупность уступов, которые находятся в одновременной разработке. Гидроотвал (карта намыва) – гидротехническое сооружение, предназначенное для приема гидросмеси, отделения, обезвоживания и складирования горной массы, прояснения и возврата в технологическую систему отработанной воды. Поверхность намыва – площадь, на которой происходит отложение частиц пород в результате движения по ней потока пульпы. Земснаряд – машина для выемки пород со дна водохранилища. Земснаряд может плавать или перемещаться по дну водохранилища. В отличие от драги он не имеет обогатительной установки. Высота рабочего уступа земснаряда – средняя прочность толщи пород, которые одновременно разрабатывается земснарядом. Рабочий блок земснаряда – часть заходки, которая разрабатывается одним земснарядом без переключения плавучего пульповода. Забой земснаряда – поверхность рабочего уступа, которая является непосредственным объектом влияния рабочего органа земснаряда. Рабочий горизонт уступа земснаряда – наиболее низкая отметка рабочего положения всасывающего трубопровода и его разрыхлительного устройства. 1.3 Основные термины и понятия при подземном способе разработки Гидрошахта (гидроучасток) – совокупность подземных выработок, предназначенных для подземной добычи полезных ископаемых с частичной или полной гидромеханизацией процессов выемки и транспортировки горной массы. 9
Основными гидротехническими характеристиками гидрошахтами являются: – размеры шахтного поля; – прочность и угол падения пластов; – капитальные и вспомогательные горные выработки (штреки, квершлаги, бремсберги, уклоны, аккумулирующие штреки, сбойки, гезенки, печи, забои, заходки); – выработанное пространство и т.д. Аккумулирующий штрек – наклонная балка для самотечного гидротранспорта горной массы из забоев одного яруса. Печь – выработка, пройденная в толще пласта по его падению, что служит для транспортирования гидросмеси к штреку, который аккумулирует. Просек – сбойка между печами, которая обеспечивает вентиляцию. Блок – составляющая часть яруса. Ходовая печь – выработка, которая служит для доставки материалов и передвижения людей к забою. Пульпосбрасывающая печь – тоже, для спуска гидросмеси. Транспортная печь – тоже, для спуска грузов. Вынимающая печь – место установки гидромонитора при совершении отбойки. Заходка – пространство, которое отрабатывается за одну установку гидромонитора. Этаж – часть шахтного поля, ограниченная аккумулирующим и вентиляционным штреком. Ярус – часть шахтного поля, ограниченного верхним вентиляционным и главным аккумулирующим штреком (включая несколько этажей). Панель – часть шахтного поля, которое включает несколько ярусов. Вопросы для самопроверки 1. Что называется гидромеханизацией? 2. Что включает наука по гидромеханизации горных работ? 3. Какие преимущества и недостатки гидравлического способа разработки? 4. Что относится к основным гидротехническим характеристикам гидрошахт? 5. Что называется гидроотвалом? 10