![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Хныкин В.Ф. Гидровскрышные работы на карьерах горнорудной промышленности
.pdfвить, что сила удара струп о преграду в пределах основного |
ра |
||||||||||||||||||||||
бочего участка |
струп |
изменяется |
весьма |
незначительно. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Экспериментальным!]-! и теоретическими |
исследованиями |
дока |
|||||||||||||||||||||
зано, |
что независимо |
от |
исходных параметров |
закономерность из |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
менения осевых и средних дина |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мических давлений в гидромони |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
торных |
струях |
|
может |
быть |
вы |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
р а ж е н а |
в |
виде |
уравнения, |
в |
ко |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тором |
в |
качестве |
обобщающего |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
критерия |
используется |
|
длина |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
начального |
|
участка. |
Д л и н а |
на |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
чального |
участка |
гидромонитор |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ной |
|
струи является о б о б щ а ю щ и м |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
параметром |
при |
определении |
не |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
только осевых динамических дав |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
лений, |
но |
н |
|
производительности |
|||||||||||
|
|
|
|
f |
6 |
l/la |
|
гидромонитора. |
|
Об |
этом, |
в |
част |
||||||||||
|
|
|
|
|
ности, |
можно |
судить |
по |
общему |
||||||||||||||
|
-dg-75MM |
dg=89nM |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
виду |
зависимостей |
(рис. 45), |
по |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
строенных по результатам экспе |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
риментальных |
исследований |
[34J. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
этих |
экспериментах |
напоры |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
воды изменялись от 30 до |
110 м |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
вод. |
ст. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ |
построенных |
|
на |
|
рис. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
и 46 зависимостей |
показывает, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
что с уменьшением расстояния от |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
насадки |
гидромонитора |
до |
забоя, |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
т. |
е. |
с |
уменьшением |
|
отношения |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
7 |
и |
с |
ні |
|
і—> |
|
|
производительность |
|
гндро- |
||||||||||
|
-іїд'бЗмм |
dg=$lMM |
|
монитора |
увеличивается, |
|
дости |
||||||||||||||||
Рис. |
45. |
График |
зависимости |
произ |
гая |
на |
расстоянии, |
равном |
дли |
||||||||||||||
не |
|
начального |
участка |
|
струи, |
||||||||||||||||||
водительности |
гидромонитора |
максимальной |
величины. |
|
Поэто |
||||||||||||||||||
|
|
/ |
для пород I I I ка- |
|
|||||||||||||||||||
ГМН-250 от — |
му |
|
зависимости, |
представленные |
|||||||||||||||||||
|
|
'н |
|
|
|
|
|
на |
рис. 45, в пределах |
начально |
|||||||||||||
тегории |
при диаметрах |
насадки: |
|||||||||||||||||||||
го |
|
участка |
струи, |
когда |
|
|
< 1 , |
||||||||||||||||
а —76 м м и 89 м м : 6 — 51 и 63 м м |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
имеют |
вид горизонтальных линий, а |
|
в |
пределах |
основного |
участка |
|||||||||||||||||
струи, |
когда |
—— > 1 , — вид |
гипербол. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
j |
|
|
'и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К а к |
отмечалось |
ранее, |
эффективность |
применения |
гидравличес |
||||||||||||||||||
кого |
способа |
разработк и |
>на карьерах |
зависит |
|
от |
рационального |
||||||||||||||||
использования напорной |
воды |
при |
|
гидравлическом |
разрушении |
||||||||||||||||||
пород |
в массиве и |
размыве |
предварительно |
разрыхленных |
пород |
забоя . В связи с этим большой интерес представляет изучение за висимости удельного расхода напорной воды от расстояния между
насадкой гидромонитора и забоем, напора воды перед насадкой гидромонитора и от диаметра насадки. Удельный расход воды с увеличением напора при прочих равных условиях постепенно умень шается. Это объясняется тем, что при увеличении напора воды од новременно возрастает контактное динамическое давление струи, а
следовательно, повышается |
эффек |
тивность гидравлического |
разруше |
ния породы. |
to |
Рассмотрим, как изменяется
удельный расход |
напорной воды в |
||
зависимости от расстояния |
между |
||
насадкой гидромонитора и |
забоем. |
||
Н а |
сравнительно |
близких |
расстоя |
ниях |
от забоя при |
подрезке |
уступа |
и размыве обрушенных пород удель ные расходы воды имеют постоян ную величину, определяемую в к а ж дом конкретном случае исходными параметрами струи и физико-меха ническими свойствами.
Рис. 46. Обобщенная зависимость отношения производительности гидромонитора к максимальной
производительности от
С увеличением расхода воды через насадку гидромонитора увеличивается производительность гидромонитора при размыве по род в единицу времени. Такое увеличение расхода воды дости гается двумя путями: увеличением диаметра насадки при постоян ном напоре воды или увеличением давления воды при неизменном диаметре насадки. Первый путь хотя и позволяет повысить произ водительность гидромонитора, однако в этом случае удельный рас ход воды, необходимой д л я разрушения и размыва пород, воз растает.
Анализ |
кривых, показанных на рис. |
47, дает |
возможность сделать вывод |
о том, что |
увеличение расхода воды че |
рез гидромонитор путем увеличения на пора воды при одном и том ж е диаметре насадки позволяет повысить производи тельность гидромонитора и снизить удельный расход напорной воды. С по вышением напора увеличивается не толь ко расход воды через насадку, но и динамическое давление струи по контак ту с породой. Эффект снижения удельно го расхода воды в этом случае в зна чительной степени связан с повышением динамических давлений струи.
В связи с изложенным большой прак тический интерес представляет изучение зависимостей удельного расхода воды
Рис. 47. Зависимость удель ных расходов воды от рас стояния между насадкой гидромонитора и забоем при напорах воды перед на
садкой диаметра 63 мм:
/ — Я 0 = 3 0 м : 2 — Я о - 5 0 м; 3— Я о - 9 0 м : І — # о = 1 1 0 м
от величины осевого динамического давления |
струи по |
контакту |
||
с забоем |
при разных исходных параметрах гидромониторной |
струн, |
||
т. е. при |
разных напорах и диаметрах насадок |
(рис. |
48). |
При |
определении значений осевых динамических давлений струи по контакту с горным массивом в зависимости от напора воды и диаметра насадки были использованы уравнения (18) и (19). Ре
зультаты |
экспериментов, проводившихся |
при |
различных |
напорах |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н на разных расстояниях от за |
||||||||||
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
боя, |
|
для |
определенных |
условии |
||||||
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
месторождения |
|
изображаются |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
одной обобщенной |
зависимостью, |
|||||||||||
12 |
|
|
|
3 |
• |
\ |
• |
|
|
представленной |
на рис. |
48 |
кри |
|||||||
10 |
\о |
|
|
|
|
вой |
|
7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
\ |
|
|
|
|
|
Величина |
удельного |
расхода |
|||||||||||
|
\° |
г |
> |
|
• * |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воды |
при |
определенных |
парамет |
|||||||
|
|
д о |
|
|
|
|
|
|
|
рах |
|
гпдромониторногр |
|
забоя |
и |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
принятой |
технологической |
схеме |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
.о |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ведения работ |
зависит |
от группы |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р а з р а б а т ы в а е м ы х |
|
пород |
и |
вели |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1Рт,кгс/см2 |
чины |
контактного |
динамического |
|||||||||
|
|
давления струп. Эксперименталь |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Рис. 48. Изменение удельных расхо |
ные |
|
исследования |
показывают, |
||||||||||||||||
что |
с увеличением |
динамического |
||||||||||||||||||
дов |
воды |
в зависимости |
от |
величины |
давления |
струи |
|
по |
контакту |
с |
||||||||||
осевого |
динамического |
|
давления |
|
||||||||||||||||
|
горным массивом удельный рас |
|||||||||||||||||||
|
|
струн |
по контакту |
с |
забоем: |
|
||||||||||||||
/ — пссчапо-глшшстые |
породы |
(суглинки); |
ход |
|
воды |
постепенно |
уменьшает |
|||||||||||||
2 — разрыхленные мело-мергельные |
поро |
ся. |
К а ж д ы й |
тип |
|
горных |
пород |
|||||||||||||
ды; .? - - плотные |
глинистые |
и |
выветрелые |
|
||||||||||||||||
мело-мергельные |
породы: |
4 — мело-мер |
характеризуется |
своей |
функцио |
|||||||||||||||
|
|
гельные |
породы в |
массиве |
|
нальной |
зависимостью |
|
величины |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
контактного |
динамического |
давления |
|
от удельного |
расхода |
воды. |
Н а Южно - Лебедннском карьере проводились экспериментальные
исследования, в ходе которых |
велась р а з р а б о т к а |
мело-мергельных |
|
пород без |
предварительного |
рыхления. |
|
По результатам исследований построена зависимость изменения |
|||
удельных |
расходов воды при |
размыве плотных |
мело-мергельных |
пород от контактных динамических давлений струи (см. рис. 48,
кривая 4). |
К а к |
видно |
из этого |
графика, |
с |
уменьшением |
осевых |
|
динамических давлений |
струи |
по контакту |
с р а з р а б а т ы в а е м ы м и |
|||||
породами |
(при |
динамических |
давлениях |
|
меньше |
7—8 |
кгс/см2 ) |
|
удельный |
расход |
воды |
резко возрастает и |
процесс |
гидравлической |
разработки полускальных мело-мергельных пород становится не
эффективным . |
Это происходит потому, что при постоянном |
расхо |
де воды через |
насадку гидромонитора и резком увеличении |
удель |
ного расхода воды соответственно сокращается сезонная произво дительность по породе и пропорционально возрастают все состав л я ю щ и е стоимости гидравлической разработки 1 м 3 породы.
Из сравнения кривых 4 и 2 видно, что предварительное рых ление мело-мергельных пород позволило резко повысить эффектив -
і-юсть гидравлического разрушения, вследствие чего удельные рас
ходы |
напорной воды уменьшились примерно |
в 3—4 раза . |
|
|||||||
|
На |
основании |
математической |
|
обработки представленных на |
|||||
рис. 48 экспериментальных данных получено |
следующее уравнение |
|||||||||
для |
определения |
удельного расхода |
напорной |
воды: |
|
|
||||
|
|
|
|
= — |
, м 3 М |
|
|
(21) |
||
где |
М—коэффициент, |
зависящий |
от |
условий применения |
гид |
|||||
|
|
равлического |
разрушения |
в |
забое |
(определяется |
опыт |
|||
|
|
ным путем); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п—показатель |
эффективности гидравлического |
разрушения, |
||||||
|
|
определяемый |
опытным |
путем. |
|
|
|
|||
|
Эмпирический |
коэффициент М учитывает |
влияние |
многих |
фак |
торов на эффективность гидравлической разработки горных пород. Среди этих факторов прежде всего д о л ж н ы быть выделены такие, которые определяют особенности разрабатываемого забоя (сопро тивляемость горных пород гидравлическому разрушению, высота уступа, ширина гидромониторного забоя, уклон подошвы з а б о я ) , способ размыва и систему разработки .
Значения эмпирического коэффициента М, определенные опыт ным путем, для различных пород разрабатываемого забоя следую щие:
|
|
|
|
|
м |
Плотные суглинистые породы (Исовский прииск), |
высота усту |
||||
па 6 м |
|
|
|
|
12 |
Мело-мергельные породы, разрыхленные буровзрывным методом |
|||||
(Южно-Лебединский карьер), высота уступа 25 |
м . . . . . |
. 94 |
|||
Плотные, трудноразмываемые глинистые |
породы; |
рыхлые, вы- |
|||
ветрелые мело-мергельные породы (Южно-Лебединский карьер), |
|||||
высота уступа 25 м |
|
|
|
141 |
|
Полускальные |
мело-мергельные |
породы |
(Южно-Лебединскнй |
и |
|
Лебединский |
карьеры КМА), |
высота уступа 25 |
м |
282 |
Показатель эффективности гидравлического разрушения горных пород не зависит от категории разрабатываемых горных пород и от их сопротивляемости гидравлическому разрушению, а опреде ляется в основном технологическими особенностями гидравличес кой разработки .
Анализ результатов экспериментальных исследований, представ ленных на рис. 48, показывает, что при гидравлической разработке россыпных месторождений, для которых характерен большой удельный вес з а т р а т рабочего времени на дезинтеграцию размы ваемых пород непосредственно в забое и транспортирование обра зующейся пульпы из забоя гидромониторными струями, показатель
эффективности |
гидравлического разрушения |
является сравнитель |
|||
но низким. |
Д л я |
условий гидравлических |
разработок |
россыпей |
|
Исовского |
прииска |
(см. рис. 48, кривая / ) « = |
0,8. На гидровскрыш |
||
ных разработках, не требующих тщательной |
дезинтеграции размы |
||||
ваемой породы |
в забое (поскольку в ней не |
содержится |
полезного |
компонента, подлежащего 'извлечению на обогатительных установ- к а х ) , гидромониторная струя используется при размыве горных
пород более |
рационально. Обработка экспериментальных данных |
(см. рис. 48, |
кривые 2, 3 и 4) показала, что д л я этих условий по |
казатель эффективности гидравлического разрушения имеет боль шее значение (/г =1,75) .
§ а. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ГИДРОУСТАНОВКИ
При анализе возможности применения математико-аиалнтичес- кнх методов определения оптимального режима работы гидроуста новки, выполняющей заданный объем гидровскрышных работ, в начале настоящей главы были сформулированы основные задачи, решение которых должно способствовать достижению поставленной
цели. |
Общий |
порядок расчетов при определении оптимального ре |
ж и м а |
работы |
гидроустановки на к а р ь е р е должен сводиться к вы |
бору таких гидродинамических параметров гидромониторных струн,
которые могут |
позволить р а з р а б а т ы в а т ь породы с |
минимальными |
затратами, а |
т а к ж е к выбору соответствующего |
р е ж и м а работы |
водоснабжающей насосной установки, определению числа одновре менно работающих гидромониторов и землесосов и установлению наивыгоднейших параметров гидромониторного забоя .
О п р е д е л е н и е |
к о н т а к т н о г о |
д и н а м и ч е с к о го |
д а в л е н и я с т р у и . |
Изучение общего характера представленных |
|
на рис. 48 зависимостей показывает [30], что с |
увеличением дина |
|
мических давлений по |
контакту с разрушаемой |
породой происхо |
дит постепенное уменьшение удельного расхода воды. Как у ж |
е от |
||
мечалось', к а ж д ы й тип |
горной породы |
имеет свое определенное |
зна |
чение динамического |
давления струи |
гидромонитора по контакту |
с забоем, обеспечивающее наименьший удельный расход воды. Получение минимально возможных удельных расходов воды является весьма благоприятным, поскольку в этом случае вторая и третья составляющие стоимости гидравлической разработки 1 м 3
породы |
достигают |
в уравнении |
(17) минимальных |
значений. |
|
Однако |
зависимость |
контактных |
динамических |
давлений |
струи от |
з а т р а т |
на электроэнергию в общей стоимости |
1 м 3 породы носит |
более сложный характер . П р и определенном значении давления воды удельная энергоемкость гидравлического разрушения дости гает минимальной величины, а дальнейшее увеличение давления воды у насадки и по контакту с забоем, несмотря на некоторое снижение удельных расходов воды приводит к постепенному уве личению удельных расходов электроэнергии, а следовательно, к повышению эксплуатационных расходов. В ходе наблюдений за работой гидравлических установок на различных карьерах и в ре зультате специальных исследований [14] установлено, что оптималь ное контактное динамическое давление струи, соответствующее при выбранных параметрах гидромониторного з а б о я и способе размыва
Т а б л и ц а 27
|
|
|
|
|
|
|
Напор у |
насадки |
Я 0 |
и у д е л ь н ы й |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
р а с х о д |
воды q при высоте у с т у п а |
||||
|
|
|
|
|
|
Средне е |
А = 0 |
м |
Л--=15 |
м |
h = 20 м |
|
Х а р а к т е р и с т и к а пород по степени |
у д е л ь н о е д а в |
|
||||||||||
|
т р у д н о с т и |
размыва |
|
ление струн |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
у з а б о я , |
|
=. |
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
к г с / с м 2 |
s |
s |
|
я |
||
|
|
|
|
|
|
|
а? |
|
а: |
& |
|
& |
Легкие |
(суглинок |
легкий, |
рых |
0,45—0,80 |
55 |
5 |
60 |
4 |
|
3 |
||
лый, |
супесь легкая) . |
. . . |
70 |
|||||||||
Средние |
(суглинок легкий, |
су |
2,00—2,50 |
70 |
6 |
90 |
|
110 |
4 |
|||
глинок |
средний) |
|
|
5 |
||||||||
Тяжелые |
(суглинок |
плотный, |
3,80—4,00 |
80 |
7 |
110 |
6 |
150—170 |
5 |
|||
суглинок тяжелый) . . |
. . . |
|||||||||||
Очень |
тяжелые (глина |
песчани |
5,60—6,00 |
90 |
|
150 |
7 |
180—200 |
6 |
|||
стая |
с гравием) |
|
|
|
8 |
породы определенному давлению воды у насадки,' — это давление, при котором одновременно достигаются минимальные удельные
расходы воды и электроэнергии. |
|
Н а основании анализа [14] 'работы |
гидроучастков Батуринско- |
го и Ермолаевского угольных карьеров |
были определены значения |
(табл. 27) средних удельных динамических давлений струи, обес печивающих максимальную производительность гидромонитора и
минимальный |
удельный расход воды при разработке типичных |
для угольных |
карьеров вскрышных пород. |
При оценке эффективности размыва горных пород целесооб разнее пользоваться величиной не среднего удельного, а осевого динамического давления струи, поскольку между этими парамет рами имеется наиболее тесная корреляционная связь [30]. С уве личением сопротивляемости горных пород гидравлическому раз рушению эффективность гидравлической разработки снижается, а значения оптимального осевого динамического давления гидромо ниторной струи и минимально возможного удельного расхода воды возрастают. В табл . 28 приведены показатели эффективности гид равлического разрушения горных пород, полученные на основе
экспериментальных |
данных. |
Д а н н ы е табл . 27 |
и 28 могут быть использованы при проекти |
ровании гидромеханизации на карьерах, горные породы которых имеют физико-механические свойства, аналогичные свойствам по род р а с с м а т р и в а е м ы х карьеров . Значения оптимальных осевых динамических давлений и удельных расходов воды дл я других
горных пород |
следует определять экспериментальным путем. |
|
Р а с ч е т |
р а с х о д а в о д ы и в ы ' б о р н а с о с н о г о |
о б о |
р у д о в а н и я . |
Производительность гидромониторно-землесосной |
установки при размыве горных пород находится в тесной |
связи с |
|
производительностью по воде и напором |
насосной установки. По |
|
этому от правильного выбора насосного |
оборудования и |
р е ж и м а |
Т а б л и ц а 28
|
Оптнмпльное |
||
Х а р а к т е р и с т и ка горных п о р о д , р а з р а б а т ы в а е м ы х гидромеха |
осевое |
динами |
|
ческое |
д а в л е |
||
низацией |
|||
ние с т р у и , |
|||
|
к г с / с м 2
М и н и м а л ь н о иозможныл
у д е л ь н ы й р а с ход в о д ы ,
м а / м "
Плотные суглинистые породы |
(Исовский |
прииск) . . . |
6,3—6,8 |
2,8—3,0 |
Мело-мергельные породы, разрыхленные |
в результате |
|
|
|
применения буровзрывного метода (Южио-Лебедин- |
7,3 |
3,4 |
||
cKiiii карьер КМА) |
|
|
||
Плотные трудноразмываемые глишк'тые породы четвер |
8,0 |
3,8 |
||
тичных отложений (Южно-Лебедннскнй |
карьер КМА) |
|||
Полускальные мело-мергельные |
породы |
(Южно-Лебе- |
8,7 |
6,8 |
|
|
|
его работы |
зависит эффективность работы гидромониторов в забое |
|||||
и стоимость |
разработки I м 3 |
породы. |
|
|
||
Путем изменения характеристик центробежных насосов в ши |
||||||
роком диапазоне и режимов работы гидромониторной |
установки |
|||||
можно выбрать |
рабочую точку на характеристике насоса, парамет |
|||||
ры которой обеспечивали бы максимально возможную |
производи |
|||||
тельность гидроустановки |
при размыве горных |
пород. |
|
|||
Результаты |
исследований |
[31], выполненные |
при гндроотбойке |
|||
угля в Кузбассе, позволили |
установить, что обычно дл я |
гидроэнер |
гетических расчетов методы определения параметров струи, осно
ванные |
на принципе достижения |
ее максимальной энергии, дл я кон |
||||
кретных |
условий |
разрушения |
горных |
пород |
гидромониторными |
|
струями |
неприемлемы. Это объясняется |
прежде |
всего тем, что про |
|||
изводительность |
гидромонитора |
при |
размыве |
пород определяется |
||
не только расходом и давлением |
воды |
у насоса, |
но и величиной ди |
намического давления струи по контакту с забоем и определенной зависимостью удельного расхода воды от этого давления . В соот ветствии с общим видом зависимости, приведенной на рис. 48, раз мыв породы струей воды может производиться при разных кон тактных давлениях струи. Пр и этом могут изменяться удельные расходы воды, а следовательно, могут быть приняты и разные зна
чения производительности |
насосной |
установки по воде в пределах |
|||||
ее расходной |
характеристики. |
|
|
|
|
||
М е ж д у производительностью |
гидромонитора |
по породе и про |
|||||
изводительностью |
насоса |
по воде имеется с л о ж н а я |
зависимость, |
||||
з а т р у д н я ю щ а я |
в |
практических |
условиях определение рабочих па |
||||
раметров насоса, |
при которых |
производительность |
гидромонитора |
||||
по породе достигает максимального значения. |
|
|
|||||
На рис. 49 расходная характеристика насоса показана в виде |
|||||||
кривой /, а кривая 2 является |
гидравлической |
характеристикой |
|||||
водовода, по которому напорная |
вода |
подается от насоса к гидромо |
|||||
нитору в забой. Рабочие |
параметры |
насоса характеризуются точ- |
кой а пересечения кривых 1 |
и 2. При изменении гидравлической |
ха |
||||||||||||||||||||
рактеристики |
водовода |
ра.бочая |
точка на |
расходной |
характеристи |
|||||||||||||||||
ке насоса |
может |
смещаться |
влево |
(точка Ь) или вправо (точка |
с). |
|||||||||||||||||
Это |
вызовет |
изменение |
рабочих |
параметров |
насосной |
установки, |
||||||||||||||||
т. е. расхода |
Q |
и |
напора |
И. Например, при увеличении расхода |
||||||||||||||||||
воды в соответствии с расходной |
характеристикой |
насоса |
будет |
|||||||||||||||||||
уменьшаться |
напор, |
развиваемый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
насосом. |
|
|
|
|
расхода |
воды |
Р,кгс/смг |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
С |
|
увеличением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
увеличивается |
|
|
производитель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ность |
гидромонитора |
по |
породе, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
так как при этом увеличивается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
расход напорной воды через на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
садку гидромонитора. Но увели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
чение |
расхода |
воды |
вызывает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
одновременно |
уменьшение |
рабо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
чего |
|
напора |
насоса, |
а |
следова |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
тельно, снижение |
напора |
воды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
перед гидромонитором и динами |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ческого |
давления |
|
по |
|
контакту |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
струи с забоем. Это, в свою оче |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
редь, |
|
приводит |
|
к |
увеличению |
Рис. 49. |
Гидравлические |
характери |
||||||||||||||
удельного |
расхода |
воды |
и |
к |
||||||||||||||||||
уменьшению |
производительности |
|
|
|
|
стики: |
|
|
|
|||||||||||||
/ — насоса; |
2 — в о д о в о д а : |
Р — н а ч а л ь н о е |
||||||||||||||||||||
гидромонитора |
по |
|
породе. |
М о ж |
||||||||||||||||||
|
д а в л е н и е , р а з в и в а е м о е |
н а с о с о м ; |
Рп-~ |
д а в |
||||||||||||||||||
но |
подобрать |
такое |
|
значение |
л е н и е |
(напор) |
воды |
на |
н а п о р н о м |
п а т р у б к е |
||||||||||||
производительности |
насосной ус |
н а с о с а ; PQ—давление |
|
п е р е д |
н а п о р н ы м |
пп- |
||||||||||||||||
т р у б к о м |
насоса; |
Рг |
— р а з н о с т ь отметок |
оси |
||||||||||||||||||
тановки, при котором производи |
||||||||||||||||||||||
насоса |
и с т в о л а |
г и д р о м о н и т о р а ; |
- сум |
|||||||||||||||||||
тельность |
гидромониторов |
при |
м а р н ы е |
потери |
д а в л е н и я ( н а п о р а ) в |
тру |
||||||||||||||||
размыве |
породы |
в |
|
забое |
будет |
|
б о п р о в о д е и г и д р о м о н и т о р е ( л и н е й н ы е и |
|||||||||||||||
|
|
м е с т н ы е ) ; |
Q — р а с х о д |
насоса |
|
|||||||||||||||||
максимальной . |
При |
нахождении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экстремума функции производительности насосной установки от расхода д л я условий применения гидромеханизации на карьерах необходимо удельный расход воды определять в зависимости от напора при всех прочих неизменных условиях.
Величина удельного расхода воды зависит от давления воды, диаметра насадки и от параметров гидромониторного забоя (см. § 4) . Используя уравнение (18) закономерности изменения осевых
динамических |
давлений |
в пределах |
основного участка гидромони |
торной струи, |
приведем |
в ы р а ж е н и е |
(21) к виду: |
где Р0— осевое динамическое давление струи на выходе из насадки. Подставив формулу (22) в уравнение (5) и объединив все пара метры, не зависящие от исходного давления воды, в один коэффи
циент, получим следующее выражение:
п |
(23) |
где С — постоянный коэффициент,
Значение коэффициента С д л я заданных условии разрабаты ваемого забоя с достаточной степенью точности может быть при
нято постоянным, независимым от давления воды у насадки |
гидро |
|||||||||||||||||
монитора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n = |
f(Q) |
|||
Д л я |
нахождения |
экстремального |
значения |
функции |
||||||||||||||
давление струп при истечении из насадки |
|
гидромонитора |
Р0 |
долж |
||||||||||||||
но быть выражено в функции от расхода Q насосной |
установки. |
|||||||||||||||||
Поэтому |
сначала представим |
давление |
Р0 |
в |
виде |
следующей |
|
зави |
||||||||||
симости: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Рп — давление |
|
Po = |
P*±Pv-P» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(24) |
||||
(напор) |
воды |
на |
напорном |
патрубке насоса; |
||||||||||||||
Рг — разность |
отметок оси насоса |
и ствола |
гидромонитора; |
|
Рс— |
|||||||||||||
общие потерн напора в водоводе и |
гидромониторе |
(линейные |
и |
|||||||||||||||
местные). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д а в л е н и е на напорном патрубке насоса |
может быть |
представ |
||||||||||||||||
лено в виде следующего |
уравнения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Pa = P-RnQ\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(25) |
|||
где Р — начальное |
давление, |
развиваемое |
|
насосом; |
R„ — коэффи |
|||||||||||||
циент сопротивления, зависящий от конструкции |
насоса. |
|
|
|
|
|||||||||||||
Общие потери напора |
в водоводе и |
гидромониторе |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Рс = |
t Q 2 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(26) |
|
где т — о б щ и й |
коэффициент |
линейных |
и |
местных |
потерь |
напора |
в |
|||||||||||
водоводе и гидромониторе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Уравнение |
( 2 4 ) |
с |
учетом |
выражений |
|
( 2 5 ) |
и |
( 2 6 ) примет |
вид: |
|||||||||
|
|
|
Po = |
P±Pr-(Rn |
|
+ |
^)Q*- |
|
|
|
|
|
(27) |
|||||
Подста-впв |
уравнение |
( 2 7 ) в формулу |
|
( 2 3 ) , получим |
уравнение |
произодительностп гндромопиторно-землесосной установки, выра женной в функции от производительности насосной установки:
П = |
Q [Р ± Рг - |
(/?„ + |
т) Q2 ]". |
(28) |
Поскольку функция |
IJ=f(Q), |
как это |
'было показано |
выше, |
имеет экстремальное значение, для нахождения расходной харак теристики насосной установки, соответствующей максимальной про изводительности гидромониторно-землесосной установки по породе,
необходимо взять первую производную уравнения |
( 2 8 ) , приравнять |
|
ее нулю и решить относительно |
Q. Решение этой |
задачи [ 3 2 ] по |
зволило установить, что рабочая |
точка на расходной характерис |
тике насосной установки, при которой режим работы всей гидромо ниторно-землесосной установки является оптимальным, определя ется следующими параметрами:
оптимальным расходом воды насосной установки
п - |
/ |
р ± Р |
г |
• |
|
|
2(/г1 1 |
+ |
х ) ' |
оптимальным давлением |
воды |
на |
|
напорном патрубке насоса |
п . о п т |
|
|
|
( 3 0) |
|
|
|
|
Таким образом, режим работы насоса и водовода должен вы бираться с учетом достижения максимальной производительности гидроустановки при гидравлическом 'разрушении горных пород на порной струей. Приведенные формулы выведены для условий сов местной работы одного насоса и одного гидромонитора. В случае применения двух или нескольких насосов, соединенных одним на порным водоводом, необходимо строить их совместную расходную характеристику; если ж е напорная вода подается не к одному, а к двум или нескольким одновременно работающим гидромониторам, то необходимо их рассматривать как один условный (эквивалентный) гидромонитор.
О п р е д е л е н и е д и а м е т р а н а с а д к и и ч и с л а о д н о в р е м е н н о р а б о т а ю щ и х г и д р о м о н и т о р о в . Д и а м е т р на садки гидромонитора 'и число гидроустановок определяются в зави симости от проектного объема гидромеханизационных р а б о т на карьере. Если объем гидромеханизационных работ не слишком ве лик и может быть выполнен одной гидроустановкой, оборудованной одним рабочим гидромонитором и забойным землесосом, то диа
метр насадки гидромонитора определяется >по расходу воды |
Q и |
|||||
давлению |
ее у насадки |
гидромонитора На: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 3 1 ) |
Д а в л е н и е |
воды у насадки гидромонитора Н0 |
может |
быть |
уста |
||
новлено |
по |
величине |
давления на напорном |
патрубке |
насосной |
установки в зависимости от рельефа местности, по которой проло
жен |
водовод, и потерь напора, необходимых |
на преодоление мест |
ных |
и линейных 'сопротивлений водовода. |
|
После определения диаметра насадки d0 |
и напора Я 0 выбира |
ются наиболее современные типы гидромонитора и землесоса с р а с ходной характеристикой, соответствующей расходу образующейся
при гидравлическом разрушении пульпы. |
|
В случаях, когда проектный объем |
гидромеханизационных ра |
бот настолько велик, что 'необходимо |
применять несколько гидро |
установок, для выбранных типов гидромониторов в зависимости от
принятого |
давления воды определяются оптимальные диаметры |
|||||||
насадок. |
|
При |
увеличении |
диаметра |
насадки |
посте |
||
пенно |
|
улучшается |
компактность |
струи |
и |
увели |
||
чивается |
длина |
ее |
начального |
участка. |
|
Однако, |
||
в связи |
с |
тем что ствол гидромонитора имеет определенный диа |
||||||
метр, с |
точки зрения |
законов гидродинамики |
д о л ж н о |
соблюдаться |