книги из ГПНТБ / Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие

где f.t = 0,9 — принятое значение коэффициента расхода. Рациональные конструктивные параметры гидроэлеватора рас­

считываем из опытных соотношений: 1) в случае гидротранспорта

углом конусности, равным 4°, и диаметром D; 2) для рядовой горной массы d = 0,2—0,35, но не менее dr = 1,5 а' (где а' — наибольший размер куска); 1{ = 12/2,5 и 12 = (3—4) dr диаметр всаса опреде­ ляется из расчета, чтобы вакуумметрическая высота всасывания была 5 м. К. и. д. гидроэлеватора определится как отношение полезно затраченной энергии к полной энергии, которое равно

кости (вода), воздуха н твердых частиц. Для движения такой смеси по вертикальному или сильно наклонному трубопроводу выпол­ няется простейшее устройство (рис. 100, а и б). Элементы тран­ спортной системы погружаются в приемник гидросмеси. При по­ даче в смесительную камеру воздуха под давлением образуется смесь более легкая, чем гидросмесь в приемнике: По закону сообща­ ющихся сосудов (при воздействии сжатого воздуха) образованная трехкомпонентная смесь поднимается по транспортному трубопро­ воду на высоту, определяемую количеством подаваемого воздуха п другими факторами.

Конструктивное исполнение эрлифтных установок отличается простотой и надежностью действия (см. рис. 100, б). Такие уста­ новки способны перемещать различные горные породы, размер которых ограничивается лишь диаметром трубы. Земснаряды, обору­ дованные эрлифтными установками, применяют на валуиистых россыпях (поднимают валуны размерами до 300 мм). Максимально

шаются с увеличением Н. По опыту величина относительного погру­

жения должна находиться в пределах Н — 0,4—0,8 (в море до 0,95). Эксперименты показывают, что, например, при у = 13 кН/м3 (в приемнике) достигается наименьший расход воздуха около 6 м3

на 1 м3 гидросмеси при давлении 2>105 Н /м 2, что соответствует

2 2 2

В зависимости от величины Н к. п. д. установки меняется, а его максимальные значения не превышают 0,35, а в среднем 0,15—0,20. Необходимость погружения ка­ меры смещения на значитель­ ную глубину под уровень жид­ кости — это основной недоста­ ток эрлифтных установок.

а

Рис. 100. Эрлифтная установка:

Для принятого относительного погружения Н задаемся опти­ мальным удельньш расходом воздуха е. На основе обобщения много­ численных данных измерений и опыта можно принимать

223

Плотность смеси

и недопущения резкого расслоения («толчков») потока на гидро­ смесь и воздух; скорости движения и в трубах промышленного диаметра должны находиться в пределах 4—12 м/с, а в среднем 5—

где рн = 10,1 -104, Н /м 2 — начальное давление при изотермическом сжатии (при р < (1 2 —15)-Ю 4 Н /м 2 можно принять изохорический процесс сжатия, а энергию равной QBpyв).

224

§ 6. ЖЕЛОБА И ТРУБОПРОВОДЫ. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА. ЗАПОРНАЯ АРМАТУРА

Безнапорный или самотечный гидравлический транспорт горных пород осуществляется, как правило, открытыми потоками по жело­ бам (лоткам), проложенным с уклоном в сторону движения гидро­ смеси. Помимо этих устройств для самотечного гидротранспорта могут использоваться металличе­ ские трубы, бетонные коллекторы, канавы и др.

Применительно к механиче­ ской загрузке транспортной си­ стемы применяют самотечные уста­ новки с бункером. В этом случае порода и вода подаются в систему раздельно. В зависимости от з?словий применения приемные бун­ керы выполняются в виде простых воронок или более сложных ус­ тройств—бункеров-смесителей (см. далее).

Рпс.^101. Профили желобов (лотков):

а — металлических; б — деревянпых; 1 — лежень; г — стойка; 3 — брус; 4 — клин

Наиболее распространенными являются металлические желоба, деревянные и железобетонные лотки. Из применяемых на практике желобов круглого, полукруглого, квадратного, прямоугольного, треугольного, трапецеидального и эллипсоидального (или яйцевид­ ного) профиля наивыгоднейшим является полукруглый профиль. Это объясняется тем, что при одной и той же величине поперечного сечения желоба полукруглого профиля имеют наибольший гидравли­ ческий радиус; несколько меньшей величиной гидравлического, радиуса характеризуются желоба круглого, трапецеидального (при угле откоса 60°) и эллипсоидального профиля.

Форма поперечного сечения желобов должна обеспечивать необ­ ходимую жесткость конструкции и требуемую производительность;' транспортирования, а также наименьшие расходы при изготовлен нии. В настоящее время нашли распространение секции? желобов?

трапецеидального сечения, изготовленные из стальных листов тол­ щиной 3—4 мм (рис. 101, а), а также деревянные. Применяемые на гидрошахтах типоразмеры желобов приведены в табл. 17.

Т а б л и ц а 17

Данные о размерах желобов

При выборе профиля желоба следует исходить в первую очередь из конкретных условий применения самотечного транспорта (вида материала, срока службы транспортных средств и т. п.). При пере­ мещении материалов, представленных глинистыми или песчаными породами, для обеспечения наименьших сопротивлений при движении гидросмеси во взвешенном состоянии целесообразно применение лотков полукруглого профиля. Лотки эллипсоидального профиля по сравнению с другими обеспечивают наибольшую высоту уровня воды над дном, поэтому для перемещения мелких легкосыпучих материалов расходуется наименьшее количество воды. Однако отно­ сительная сближенность боковых стенок отрицательно сказывается на перемещении кусковых материалов, движущихся в основном скольжением по дну лотка или прерывным взвешиванием вблизи нижней стенки. В то же время при квадратном, прямоугольном и трапецеидальном профилях истирание от кусков распределяется по большей поверхности, вследствие чего срок службы таких лотков повышается.

При перемещении материала, представленного в основном куско­ вой фракцией, наилучшее условие транспортирования обеспечи­ вается в лотках прямоугольного (трапецеидального) профиля. Лотки такой формы могут пропускать большее количество крупного мате­ риала, чем лотки полукруглого поперечного сечения такой же ширины при одинаковом расходе воды (рис. 101, б).

Лотки, предназначенные для эксплуатации в течение значитель­ ного срока на ответственных коммуникациях транспорта предприя­ тия, выполняются из железобетона (коллекторы для хвостов и конщентратов, канавы в капитальных выработках), листовой стали !Н прочных сортов дерева с армировкой в виде чугунных плит, кера­ мических плиток, вкладышей из гранита и т. п. На рис. 102 показан поперечный разрез железобетонного стационарного лотка, выполнен­ ного .с .оптимальным профилем.

226

Металлические желоба штампуются из листовой стали. Такие желоба наиболее целесообразны для применения в шахте (руднике), поскольку по сравнению с прямоугольными лотками того же попе­ речного сечения их размеры в высоту меньше. Секции металлических желобов длиной 1,4—2 м соединяются внахлестку (по типу рештаков), для чего головная часть каждой секции выполняется несколько шире.

В шахтах желоба укладываются на почву выработок. Стыкованиесекций производится с помощью костылей и проушин, приварива­ емых к боковым стенкам желобов с наружной стороны. Уклон трас­ сы желобов (для угля) в сторону движения гидросмеси принимается равным 0,05—0,08 для металли­ ческих и 0,03=—0,05 — для эмали­ рованных.

На гидрошахтах транспорт самотеком осуществляется обычно по нарезным и подготовительным выработкам до угленасосной ка­

дротранспорта по деревянным же­ лобам на поверхности на расстоя­ ние до 10 км. В лотках для приема гидросмеси или удаления крупных кусков породы приме­ няют специальные конструкции

(рис. 103, б).

Дальнейшее совершенствование конструкций желобов и лотков предусматривает: снижение уклонов и улучшение режима транс­ портирования (за счет покрытия желобов эмалями и другими футеровками и устранения утечек в ставах). Требуется тщательная рихтовка става. Канавы с длительным сроком службы выполняются

соблицовкой (рис. 103, а).

Взависимости от назначения лотки выполняются стационарными

или передвижными (с удлинением или укорачиванием трассы), И те и другие могут служить в качестве магистральных или распре­ делительных транспортных устройств. Магистральные самотечные установки предназначаются обычно для больших расходов гидро­ смеси, а распределительные — для малых расходов. Примерами магистральных устройств могут служить: хвостопроводы на обога­ тительных фабриках, лотки или канавы для транспортирования горных пород от места добычи до места переработки или укладки в отвал (см. рис. 103, б) идр. Примерами распределительных устройств

являются желоба, установленные между обогатительными аппара­ тами, лотки или канавы для 'доставки гидросмеси в зумпф земле­ сосной установки.

Лотки укладываются на почве или на эстакадах при значитель­ ном изменении рельефа местности. Металлические желоба в руднике или шахте укладываются на почве выработок, а на поверхности ори необходимости для них сооружаются легкие эстакады; в ста­

Рис. 103. Устройства для самотечного гидротранспорта на россыпях:

в — канава: 1— облицовка, 2 — Оорт с углом наклона 50—60°; б — аккумулиру­ ющий приемник: 1 — лоток, 2 — резервуар (глубиной до 1—1,5 м), з — осадок, 4 — разгрузочный патрубок, о — напорная труба

Срок службы лотков (желобов) зависит от вида перемещаемого материала, крупности и формы его частиц, скорости движения гидро­ смеси и материала, из которого изготовлен лоток или желоб. Наи­ больший износ характерен при транспортировании кусковых остро­ гранных материалов и наименьший — при перемещении пылевид­ ных пород. Для магистральных систем транспорта в шахте, а также распределительных лотков целесообразны металлические желоба из износоустойчивых сортов стали толщиной 3—4 мм. Такие желоба

чаников).

• Ориентировочные значения уклонов для самотечных установок следующие:

- а) для железобетонных лотков уклоны берутся от 0,006—0,008 до 0,012; на закруглениях уклоны примерно на 25% больше, причем

.228

радиус закругления должен быть не меньше 4—5-кратной ширины лотка;

б) для деревянных лотков уклоны берутся в пределах 0,015— 0,1; при перемещении кусковых материалов (коренных горных пород) уклоны принимаются от 0,04 до 0,08 и более; в целях созда­ ния равномерного движения гидросмеси головная часть лотка должна иметь уклон на 10—15% больше;

в) для металлических желобов при перемещении кусковых мате­ риалов уклоны берутся в пределах 0,03—0,06;

г) для капав, облицованных деревом, необходимы уклоны на 15—30% больше, чем для лотков.

Опыт показывает, что скорость гидросмеси, равная 2,1—2,4 м/с, достаточна для перемещения кусков угля размером до 250 мм в попе­ речнике. Расчеты параметров самотечного транспорта выполняются по общей методике, изложенной в гл. IV.

Трубопроводы и их элементы

Для гидравлического транспорта применяются стальные цельно­ тянутые трубы ГОСТ 8732—58 и сварные трубы с продольным швом (обычно диаметром до 600 мм), различного диаметра, рассчитанные

транспортной установки с одной позиции, трубопроводы, как и во­ доводы, разделяются на магистральные и забойные. Магистральные трубопроводы на шахтах и карьерах работают с одной позиции продолжительное время (иногда более трех лет), поэтому трубы для них часто соединяются сваркой.

По прочности на разрыв от внутреннего давления на магистраль­ ных участках вполне приемлемы трубы толщиной 5—6 мм. Однако вследствие их значительного износа при эксплуатации толщину стенок приходится увеличивать до 8—14 мм. Для карьеров звенья труб берутся длиной 8 м и более, в подземных выработ­ ках 4—6 м.

Забойные трубопроводы в подземных и открытых выработках собирают из облегченных сварных труб соответственно с толщиной стенок до 4 мм при длине одного звена 2—3 м и толщиной до 6 мм при длине 4—6 м.

Сборка и разборка трубопроводов значительно облегчается при применении быстроразъемных соединений, которые в шахте исполь­ зуют часто и на магистральных линиях (трубы диаметром 300— 350 мм и менее).

Для трубопроводов, эксплуатируемых в подземных условиях, быстроразъемные соединения должны обладать достаточной проч­ ностью деталей и компактностью. Таким требованиям отвечают широко применяемые в промышленности быстроразъемные соединения с клиновой затяжкой (рис. 104, а), рассчитанные на давление до 4 -1 0 6 Н /м2 и диаметры 100—300 мм. Соединение труб осуществляется

229

с помощью полумуфт и клипа, обеспечивающих плотное стыко­ вание и затяжку резиновых прокладок.

В свою очередь в открытых выработках помимо быстроразъем­ ных соединений, описанных в гл. VII, применяют соединения с кли­ новым замком и стыкованием труб в раструб (рис. 104, б). При низких напорах, характерных для грунтовых насосов, такие соеди­

стых и глинистых материалов на

Рис. 104. Быстроразъемные соединения клинового типа:

а — для подземных выработок: 1 п 2 — полумуфты, привариваемые к трубам, 3 — фланец, 4 — резиновое уплотнение, 5 — палец, 6 — клин; б — для открытых выработок: 1 — труба с раструбом, 2 и 3 — крючья, 4 — натяжная скоба, 5 — резиновая прокладка, 6 — кольце­ вой буртик, 7 — клпн

поверхность применяют облегченные трубы, изготавливаемые из

в 3—4 раза легче; поверхность внутренних стенок более гладкая, вследствие чего гидравлические потери в них меныпе (примерно на 10—15%); трубопроводы из фанеры быстрее монтировать и демон­ тировать; они удобны в зимнее время, поскольку имеют значительно меныпую теплопроводность, чем металлические трубы. На тонкоизмельченных породах толщина стенок труб уменьшается на 1,5 мм после перемещения по ним 50—60 тыс. м3 материала.

Для соединения фанерных труб применяют устройства по схеме рис. 105. Вблизи поворотов предусматривается дополнительное креп­ ление.

230