книги из ГПНТБ / Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие
.pdf
При выполнении транспортных систем по схеме из насоса в насос (т. е. перекачиыми станциями) головная станция работает на вса сывание, а остальные — с подпором.
П р и р а б о т е г и д р о т р а н с п о р т н о й у с т а н о в к и о т п о д в о д н о г о з а б о я с использованием самоходнога плавучего основания (по схеме рис. 38 также могут разрабатываться и затопленные забои) встречаются три схемы расположения вса сывающего патрубка относительно уровня жидкости. По условиям, всасывания наиболее рациональна, согласно (V.4), схема на рис. 38, в._
Рис. 38. Схемы расположения всасывающего патрубка по отношению к уровню-.
а —вышеуровня, 6—науровне, |
ж дкости: |
—забой, 2 |
—всасывающаятруба,. |
в —нижеуровня; 1 |
|||
|
з —насос |
|
|
При прочих равных условиях по этой схеме достигается наибольшая, глубина разработки (до 40—50 м). Выбор той или иной схемы зависит от конкретных условий производства геологоразведочных или гор ных работ.
В отличие от установок с приемниками гидросмеси процесс всасывания плавучих установок происходит при осуществлении по дачи, или иначе п а п и л ь о н а ж а . В этом случае всасывание частиц породы может, например, производиться отдельными углубле ниями (воронками), когда наконечник всасывающей трубы погру жается до заданной глубины; затем наконечник всаса поднимается, производится поперечное перемещение всасывающей трубы в сто рону и снова образуется углубление, расположенное рядом с пре дыдущим, и т. д. При таком способе работы обеспечиваются наиболееблагоприятные условия для всасывания несвязных горных пород.
124
Д л я п о в ы ш е н и я в с а с ы в а ю щ е й с п о с о б н о с т и установок применяют струйные насосы для дополнительного инжек тирования потока во всасывающей трубе (линии). Целесообразность включения во всасывающую линию струйного насоса часто диктуется условиями производства: глубиной разработок в подводном забое, удлиненными всасывающими трубопроводами или наличием трудпотранспортируемых (обычно гравийных) отложений. В этих случаях работа установок происходит при высоких значениях вакуума и ока зывается часто неустойчивой. Простейшие схемы установок со струйными насосами для инжектирования потока приведены на рис. 39.
По уравнению (V.4) использование струйного иасоса обеспе чивает получение дополнительного вакуума во всасывающей трубе. Следовательно, возможны большая величина # пс или повышенные гидравлические потери без нарушения устойчивости режима (т. е-. без срыва вакуума). Иначе говоря, при прочих одинаковых условиях можно увеличить концентрацию гидросмеси в забое или длину всасывающей трубы.
При совместной работе грунтового и струйного насосов, помимо дополнительного вакуума в области всасывающей трубы до входа инжектируемой струи, на стороне суммарного потока создается подпор (т. е. повышенное по сравнению с атмосферным давление), что снижает величину вакуума насоса. Если режим установки в це лом характеризуется величиной вакуума, близкой к критической, за счет подпора достигается снижение этой величины и более устой чивая работа.
Наибольшая эффективность такой схемы достигается при распо ложении насадки на расстоянии около 2,5 м от патрубка; ширина кольцевой щели 5— 6 мм. В этом случае наиболее благоприятно действие подпора (до 1—1,5 м вод. ст.) и в то же время достигается надлежащее перемешивание гидросмеси с поступающим потоком воды.
Недостатки схемы: наличие дополнительного оборудования и рас хода энергии, менее благоприятные условия для работы иасоса па всасывающей стороне (увеличение скоростей входа потока и частиц).
В с а с ы в а ю щ и е |
н а к о н е ч н и к и , |
как уже |
отмечалось, |
|
должны |
способствовать |
повышению диаметра |
воронки |
всасывания |
и вместе |
с тем уменьшению гидравлических |
сопротивлений на |
||
входе гидросмеси.
Опытным путем установлено, что площадь поперечного сечения наконечника должна быть на 20—30% больше площади поперечного сечения всасывающей трубы. Наименьшие гидравлические потери имеют наконечники круглой или эллиптической формы, конфигу рация которых обеспечивает плавный вход гидросмеси в устье снизу (а не с боков). Этому условию удовлетворяют наконечники, выпол ненные по схеме рис. 40. При такой конфигурации поперечного сечения (см. рис. 40, а) гидросмесь подтекает из зоны непосредствен ного контакта наконечника с материалом.
122
—общаясхема; б—применениекольцевойнасадки; J—водовод, —камера, —наса а док, 4 —псасывающаятруба, о —грунтовыйнасос2 3
О
а —профпльвдольтрубыРис. 40. Схемы; б—наконечнэллиптичесийнаконечникков:
Для получения зоны всасывания больших размеров более целе сообразно увеличивать диаметр наконечника, чем повышать ско рость всасывания. Однако она не должна быть меньше утроенного значения гидравлической крупности максимальных по размеру частиц. При этом для получения высокой концентрации твердых частиц в гидросмеси всасывание должно производиться при опре деленном заглублении наконечника, примерно в пределах (3—4) D, где D — диаметр всасывающего отверстия у устья наконечника. Скорость продвижения всаса на легких грунтах около 0,4—0,5 м/с. Положение наконечника относительно забоя также имеет существен ное значение. Поскольку угол естественного откоса мелкозернистых материалов в воде составляет около 30°, то угол наконечника в вер тикальной плоскости должен быть примерно таким же.
Применительно к сыпучим материалам большого удельного веса установлено, что зона всасывания лишь немногим превышает пло щадь поперечного сечения всасывающего наконечника. При этом минимальная скорость движения гидросмеси во всасывающем трубо проводе составляет около 1,5—2 м/с; максимальная глубина погру жения наконечника не превышает 0,75 диаметра всасывающей трубы. Скорость продвижения всаса порядка 0,2 м/с. Приведенные рекомендации относятся в полной мере также и к условиям работы на несвязных кусковых породах.
Заметим, что наконечник по схеме рис. 40, б волочится по дну, т. е. способствует подгребанию грунта во всасывающий трубопровод.
П р и р а з р а б о т к е в п о д в о д н ы х з а б о я х с в я з н ы х п о р о д процесс гидравлического всасывания сочетается с предварительным рыхлением. В зависимости от степени связности частиц породы, обусловленной слеживаемостыо (или уплотнением под действием собственного веса слоя), цементацией за счет мель чайших частиц и т. п., применяют различные способы рыхления: гидравлический (струями), механо-гидравлический (комбинирован ный — струями и рыхлением фрезой) и механический. В отдельных случаях при разработке осадочных пород при механическом рыхле нии используют массивные скалывающие головки.
Простейший пример сочетания гидравлического всасывания с пред варительным рыхлением — очистка отстойников (водосборников) передвижной гидротранспортной установкой. На рис. 41 такая схема достигается применением гибких водовода с насадкой и вса сывающей трубы. По мере продвижения установки система подклю чения переносится на длину укорачивания транспортного трубо провода (примерно на 3 м). Гидравлический способ рыхления дает хорошие результаты на малосвязных осадках (тонких песках, супе сях, шламах и т. п.), так как размывающее действие затопленных струй (т. е. в воде) значительно ослабевает.
Более эффективно применение механического (а в случае консо лидированных илов — гидромеханического) рыхления. В основном рыхление ведется фрезами. Разрушение породы достигается при воздействии режущих граней вращающейся фрезы. На рис. 42, а
прочных монолитных ковшовых фрез, располагается приемник с всасывающим наконечником.
На породах с включениями валунов применяют тяжелые ценные рыхлители. Во всех случаях механические рыхлители выполняют из высокопрочных сортов стали.
§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВСАСЫВАНИЯ
Выполнению расчетов параметров или их обоснованному выбору предшествует определение категории пород в осадках по трудности разработки подводным забоем. Тем самым устанавливается необхо димая гранулометрическая характеристика осадков по крупности (или ожидаемый диапазон изменения крупности).
В случае гидротранспортных установок с приемниками гидро смеси по результатам предварительных изысканий устанавливается ожидаемый диапазон изменения гранулометрической характеристики рыхлых пород. В табл. 8 приведена в сокращенном виде класси фикация пород в осадках по трудности разработки подводных забоев гидравлическим всасыванием (принята Госстроем СССР).
Скорость всасывания иис во всасывающей трубе наиболее жела тельна 3,5—4 м/с. Если всасывающая линия имеет горизонталь ную часть, то в ней должно выдерживаться условие ивС ^>икр; в поднимающемся участке при а > 45—75° это соотношение должно сохраняться по критической скорости для вертикальной трубы. По заданной величине расхода вычисляется диаметр всасывающего трубопровода D.
П р е д е л ь н о е р а с с т о я н и е h„ от всасывающего нако нечника до поверхности породы устанавливается опытным путем в зависимости от вида породы, скорости подачи ип (или папильонажа) и заглубления всасывающего наконечника.
В а к у у м м е т р и ч е с к а я в ы с о т а всасывания для опре деленного типа насоса и заданного расхода Нвв должна [приниматься
меньше критической величины вакуума Н'вв примерно |
на 10—15%. |
Если принять р п 0,25 м вод. ст., то Нвв 7,8 м |
вод. ст. Это |
значит, что вакуумметрическая высота всасывания у лучших типов насосов не превышает 7—7,5 м вод. ст. Как уже отмечалось, более устойчивые режимы достигаются при меньших значениях Н вв.
Р а с ч е т в с а с ы в а ю щ е й с п о с о б н о с т и ведется ме тодом последовательных приближений по заданным значениям па раметров Иве, ип, D и принятой последовательности заглубления всасывающего устройства. При этом в зависимости от технологи ческих требований рассчитывается величина Я вс по задаваемой концентрации (обычно для установок с приемником гидросмеси) или Нвс выбирается (для установок с подводным забоем), а расчету подлежит максимально достижимая концентрация (или у гидросмеси) по уравнению (V.4).
Подсчеты гидравлических сопротивлений ведутся с учетом ре комендаций § 2 и § 3 настоящей главы. Данный расчет является
126
Т а б л и ц а 8
Категория
Классификация осадков по трудности разработки подводным забоем
|
Гранулометрическаяхарактеристикаосадков |
|||||
Порода |
|
(dcp, ыми%повесу) |
галька |
|||
глинистые |
|
пески |
|
гравий |
||
восадках |
|
|
||||
|
0 ,0 0 5 — |
0,0 5 — |
о,i s - |
|
|
|
|
<0 ,0 0 5 0,05 |
0,15 |
о.5 |
0 , 5 - 2 |
2 - 4 0 |
> 4 0 |
П е с к и
I
II
III
IV
V
VI
мелкозер нистые
средпезернпстые
разнозериистые
илистые
П е с к и
разнозерппстые
илистые
крупнозер нистые
Супеси легкие
Супеси
тяжелые
Песчаногравийные
Суглпнкп
легкие
Песчапогравпйпые
Суглинки
средние
Песчано гравийные
Суглинки
тяжелые
|
|
> 5 0 |
До 50 |
|
|
ДО 3 |
До 15 |
До 50 |
> 5 0 |
До 10 |
— |
|
|
|
|
До 1 |
|
|
|
До 50 |
До 50 |
|
|
|
До 20 |
|
| |
|
|
|
До 15 |
До 50 До 50 10-50 |
|
||
До 3 |
20-50 |
|
|
До 5 |
|
|
|
|
— |
||
|
До 15 |
До 50 |
До 50 |
50 |
|
3—6 |
|До 50 |
|
|
|
|
6— 10 |
До 50 |
|
До 5 |
— |
|
До 3 |
|
|
|
|
— |
10-15 |
|
|
|
|
— |
До 5 |
|
|
|
|
До 30 |
15—20 |
|
|
|
|
До 10 |
До 5 |
|
|
|
|
До 40 |
20 -30 |
|
|
|
|
До 10 |
Примечания.1.Припослойнойразработкекатегорияосадковустанавливается длякаждогослоя. 2.Всвободныхграфахвозможнолюбоесодержаниефракций.
127
составной частью общего расчета установок гидротранспорта и вы полняется при пересчете рабочих и кавитационных характеристик насосов с воды на гидросмесь (см. гл. IV и VIII).
Для примера выполнены расчеты всасывающей способности установки с грунтовым насосом 10ГР для условий # п = 6 м; Я вс =
= 1,5 |
м; |
длина |
всасывающей трубы с учетом местных сопротив |
||||
лений |
I = |
29 |
м; |
отношение вертикального участка к горизонталь |
|||
ному 1 : 1; D = |
0,35 м. Максимальный расход по воде Q'0 = 450 л/с. |
||||||
По |
расчету |
(V.7) получено |
Qo = |
245 л /с = 0,545 |
Q0 и у' — |
||
= 15,2 кН/м3, т. е. из расчета следует, |
что максимально достижимая |
||||||
величина |
у' |
обеспечивается при |
резко уменьшенном |
(примерно |
|||
в два |
раза) расходе по сравнению с перемещением воды. |
|
|||||
Таким образом, при проектировании гидротранспортных систем с использованием насосов, техническая характеристика которых дается по воде, всегда следует проводить поверочный расчет на всасывающую способность головной станции. Эффективная работа достигается при полном соответствии расчетных параметров нагне тательного трубопровода всасывающей способности.
Г л а в а VI
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ НА ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ И ГОРНЫХ РАБОТАХ
Широкое применение гидромеханизации в различных звеньях технологии геологоразведочного и горного производства является характерной чертой современного развития этих отраслей промыш ленности. В каждом конкретном случае технология работ осуще ствляется с использованием различных технических средств гидроме ханизации, которые можно объединить в т е х н о л о г и ч е с к и е к о м п л е к с ы .
Схематическое изображение сочетания отдельных процессов тех нологического цикла с применением технических средств гидро механизации назовем технологическими схемами. Целесообразность применения тех или иных технологических схем, как и гидромеха низации вообще, решается путем технико-экономических расчетов.
§ 1. КОМПЛЕКСЫ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ ПРИ ВЕДЕНИИ БУРОВЫХ РАБОТ
Разведочное (в том числе глубокое) бурение наиболее эффек тивно при скоростных режимах и применении специальных разру шающих забойных механизмов с высокопрочными армированными коронками. Интенсификация процесса бурения в таких условиях возможна только при создании надежной циркуляции в забое потока промывочной жидкости заданных параметров (т. е. смеси воды с диспергированными твердыми частицами, обычно глины с присад ками), а в соответствующих условиях .— освоение так называемого бескернового процесса. В последнем случае разбуренная в забое порода выдается на поверхность в виде гидросмеси, причем проба в таком виде подвергается анализу и относится к определенным интервалам геологического разреза проходимой скважины.
Наконец, в условиях неустойчивых боковых пород в целях по следующего сохранения скважин производят тампонаж затрубного пространства нагнетанием цементных растворов. Подобная схема широко применяется и при цементации разведочных и эксплуата ционных шахтных стволов.
9 Заказ 545 |
129 |