книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

заиление пульпопровода, грозящее привести к полному его забучиванию.

Д и а м е т р т р у б о п р о в о д а . Чем больше диаметр пульпо­ провода, тем меньше гидравлические сопротивления. Диаметр пульпопровода и скорость движения смеси определяют расход смеси, поэтому эти три величины тесно связаны друг с другом.

К р у п н о с т ь ч а с т и ц п е р е м е щ а е м о г о м а т е р и а л а . Для транспортирования крупных частиц требуется большая ско­ рость движения смеси, чем для транспортирования мелких, а сле­ довательно, и большая энергия.

По данным американских исследователей, стоимость гидро­

гидротранспорта угля различных фракций.

Удельный вес перемещаемого материала оказывает такое же влияние на энергоемкость гидротранспорта, как и крупность. Чем больше удельный вес частиц, тем большая энергия затрачивается на их перемещение.

При увеличении удельного веса транспортирующей жидкости по сравнению с водой энергоемкость безнапорного гидротранс­ порта уменьшается. Если в качестве транспортирующей жидкости применяются растворы удельным весом больше 1, то энергоем­ кость гидротранспорта тем меньше, чем больше удельный вес ра­ створа.

При увеличении вязкости по сравнению с вязкостью воды энер­ гоемкость гидротранспорта увеличивается.

К о н с и с т е н ц и я смеси. Энергоемкость процесса гидро­ транспортирования можно резко снизить благодаря увеличению консистенции гидросмеси.

При уменьшении коэффициента трения сыпучих материалов о стенки трубы энергоемкость гидротранспорта снижается. По­ этому там, где это возможно, необходимо применять трубы из низ­ кофрикционных материалов (стеклянные, эмалированные, пласт­ массовые, футерованные шлакоситаллом и т. д.).

К а ч е с т в о м о н т а ж а п у л ь п о п р о в о д а . Энергоемкость гидротранспорта в значительной степени зависит от качества изго­ товления и монтажа пульпопровода. В частности, несоосность двух смежных труб и криволинейность пульпопровода в горизонтальной и вертикальной плоскостях приводит к значительному увеличению энергоемкости.

В стыке двух несоосно соединенных труб образуется преграда, при ударе о которую часть энергии потока рассеивается, превра­ щаясь в тепло. Кроме того, в таком соединении при резком умень­ шении сечения потока потери напора увеличиваются. Чем больше несоосно соединенных труб, чем значительнее их эксцентриситет, тем больше расход энергии.

190

кость, объяснения не требуют.

§ 6. ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЕ КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА В УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ

При гидротранспортировании угля по трубам в турбулентном потоке воды происходит измельчение кускового угля. Одним из способов значительного (в два-три раза) уменьшения измельчения угля при гидротранспортировании является применение вместо воды высококонцентрированных водных суспензий из мельчайшего угля (с частицами размером мельче 0,06 мм). В качестве таких суспензий могут служить шламы обогатительных фабрик, сгущен­ ные на специальных центрифугах.

Гидротранспортирование в вязкопластичной суспензии из мель­ чайшего угля позволяет резко снизить износ трубопроводов.

§ 7. ХАРАКТЕРИСТИКА БЕЗНАПОРНОГО ГИДРОТРАНСПОРТА

При безнапорном гидротранспорте пульпа движется по желобу, канаве или трубе, имеющим достаточный уклон.

Наличие свободной поверхности потока при безнапорном гид­ ротранспорте допускает изменение его живого сечения.

При безнапорном гидротранспорте кусковых материалов поток может перемещать твердые частицы больших размеров, чем на­ порный поток того же живого сечения.

Преимуществами безнапорного гидротранспорта являются его простота, отсутствие механизмов, требующих ухода и управления, безопасность, незначительная стоимость желобов, небольшая трудоемкость их укладки и загрузки, а также легкость обнаруже­ ния и ликвидации закупорки. Однако безнапорный гидротранс­ порт в отличие от напорного может быть применен только при достаточном уклоне пульпопровода.

Важнейшая особенность безнапорного гидротранспорта заклю­ чается в том, что удельный расход воды при предельном нагруже­ нии потока твердыми частицами изменяется в зависимости от соотношения глубины потока и крупности перемещаемого материала.

Взависимости от отношения глубины потока пульпы h к раз­ меру частиц d в безнапорном гидротранспорте следует различать три принципиально отличные друг от друга области (рис. 79): I — малых соотношений, II — оптимальных и III — больших.

ВI области частицы перемещаются не будучи полностью погру­ женными в воду. Поэтому сила Архимеда и сила лобового давле­ ния реализуются не полностью. Имеет место неустойчивое движе­ ние частиц. Удельный расход воды q при этом тем больше, чем меньше уклон желоба и меньше отношение hid. Это самая неэко­ номичная область гидротранспорта.

191

Во // области, характеризующейся оптимальным отношением, происходит наиболее полное использование энергии потока транс­

лов удельный расход для оптимальных отношений h/d во столько раз больше, во сколько раз больше коэффициент трения материа­ лов по дну желоба.

С увеличением вязкости транспортирующей жидкости удельный ее расход существенно увеличивается, а с увеличением плотно­ сти — уменьшается.

192

Чем больше объемный вес перемещаемых материалов, тем больше удельный расход воды. Наличие поворотов и особенно пе­ ресечений потоков на трассе безнапорного гидротранспорта приво­ дит к резкому возрастанию удельного расхода воды.

При весьма малых уклонах по всей длине трассы через неко­ торые промежутки над желобом иногда устанавливают насадки и подводят к ним воду. За счет действия струй, вылетающих из этих насадок, скорость движения потока пульпы в желобе увеличива­ ется. Однако, как показал опыт эксплуатации таких трасс, эффек­ тивное воздействие струй на твердые частицы при большой глубине потока мало (большая часть энергии гасится на соударение струи и потока).

Для повышения эффективности безнапорного гидротранспорта желоб изготавливают двойным. Верхняя часть желоба имеет сет­ чатые борта, что обеспечивает перелив воды в нижний желоб и лучший контакт струи с твердым материалом (рис. 80).

§ 8. КОНСТРУКЦИИ ПУЛЬПОПРОВОДОВ

Пульпопровод предназначен для транспортирования смеси, твердые частицы которой находятся в активном контакте со стен­ ками. Поэтому пульпопровод имеет, как правило, большую тол­ щину стенок (при расчете толщины стенок исходят не только из требований прочности, но из необходимости иметь запас на их из­ нашивание). Минимальный запас толщины пульпопровода на из­ нос принимают не менее 2 мм.

При гидротранспортировании высокоабразивных (крепких ост­ рогранных) материалов на поворотах пульпопроводов, как пра­ вило, предусматриваются износостойкие вкладыши (базальтовые вставки и т. п.). В пульпопроводе устраивают отводы для разбучивания.

Для обеспечения надежной и продолжительной работы пульпо­ провод должен быть тщательно смонтирован. Наивыгоднейшая форма поперечного сечения пульпопроводов не круглая, как для водопроводов, а эллиптическая, однако вследствие трудности их изготовления эллиптические трубы в СССР пока не выпускают.

§ 9. СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ПУЛЬПОПРОВОДОВ

Пульпопровод состоит из труб, их соединений, фасонных дета­ лей и арматуры.

Металлические трубы диаметром до 400 мм делают бесшов­ ными (цельнотянутыми), трубы диаметром более 400 мм — элект­ росварными с продольным или спиральным швом. Данные о ме­ таллических трубах приведены в табл. 8.

Трубы соединяют при помощи сварки, резьбовых муфт, флан­ цев и специальных замков.

Т а б л и ц а 8

Сварку применяют для соединения труб любого диаметра встык и внахлестку. Резьбовые муфты применяют для соединения пуль­ попроводов небольшого диаметра.

Фланцы применяют для соединения труб большого диаметра на нестационарных участках трубопроводов. Фланцевые соедине-

Рис. 81. Быстроразъемное соединение трубопроводов

ния бывают с закрепленными (литыми) или свободно вращающи­ мися фланцами, которые более удобны в эксплуатации. Герметич­ ность фланцевых соединений достигается соответствующим подбо­ ром и установкой резиновых или других уплотняющих прокладок.

Для крепления фланцев, испытывающих давление до 25 кгс/см2, применяют обычные болты для фланцев, при большем давлении необходимо применять шпильки с гайками на концах.

194

Рис. 82. Задвижки:

Колебания температуры воздуха вызывают деформацию труб (удлинение или укорачивание). Для устранения вредного влияния

этих деформаций на магистральных трубопроводах со сварными стыками рекомендуется устанавливать температурные сальниковые компенсаторы. Один компенсатор воспринимает изменение длины трубопровода до 250 мм.

Для выпуска и доступа воздуха в трубопровод применяют ван­ тузы (воздушные клапаны), которые устанавливают в повышенных точках трубопровода. Для выпуска воды в пониженных местах тру­ бопровода устраивают патрубки с затворами.

К фасонным деталям относят колена, тройники и переходники (конфузоры или диффузоры).

В гидрошахтах на поворотах и сопряжениях выработок приме­ няют универсальные колена (рис. 83), которые позволяют монти­ ровать трубы под углом от 0 до 90°. Универсальное колено пред­ ставляет собой систему двух патрубков, расположенных под углом 45° и соединенных быстроразъемным замком.

§10. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИМОНТАЖА ПУЛЬПОПРОВОДОВ

Пульпопровод необходимо укладывать рядом с водоводом так, чтобы к нему при забучивании можно было быстро подвести вы­ соконапорную воду для промывки. Горизонтальные участки пуль­ попровода для выпуска из него воды, остающейся после промывки при демонтаже, ремонте деталей соединений и т. п., следует укла­ дывать с уклоном в сторону движения пульпы (минимальный ук­ лон должен быть равен 0,001). По длине трубопровода необходимо устанавливать вантузы и спускные краны, задвижки располагать шпинделями вверх. Запрещается применять чугунную арматуру. Ня всем протяжении пульпопровода к нему должен быть обеспечен свободный доступ. В местах наиболее вероятного забучивания пульпопровода (после и перед коленом) необходимо предусматри­ вать вставки из коротких труб на быстроразъемных соединениях. Под вертикальным или наклонным участком пульпопровода сле­ дует устраивать опорные башмаки. Колена целесообразно прикреп­ лять к почве выработки штангами.

196

Пульпопровод следует укладывать по почве выработок на дере­ вянных лежаках (при кратковременной службе пульпопроводов можно укладывать непосредственно на почве).

Трубы целесообразно монтировать при помощи быстроразъем­ ных соединений. Через каждые 100—150 м следует устанавливать отводы для промывки пульпопровода при его забучивании.

§ 11. РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ НАПОРНОГО ГИДРОТРАНСПОРТА ПО МЕТОДУ ВНИИгидроугля

Толщина стенок труб выбирается в зависимости от давления (напора) в пульпопроводе и длительности его эксплуатации

где р — рабочее давление в трубопроводе, кгс/см2; D — диаметр трубы, мм;

п — коэффициент перегрузки (п = 1,2);

R — нормативное сопротивление стали, кгс/см2;

k { — коэффициент, учитывающий однородность стали и откло­

трубы на коррозию и истирание,

Т — срок службы пульпопровода, лет; А — годовая производительность пульпопровода по твердому,

т; къ— коэффициент повышения срока службы пульпопровода

1 мм (определяют опытным путем); в условиях шахт Куз­ басса истирание на 1 мм стенок труб диаметром 250 мм, изготовленных из стали марок Ст. 2 и Ст. 3, наблюдается при выдаче до 150 000 т твердого;

а — угол наклона трубопровода к горизонту, градус. Независимо от результатов, полученных по расчету, толщина

стенок трубы должна быть более 4 мм во избежание остаточных деформаций при транспортировании труб к месту монтажа и во время укладки пульпопроводов.

197

§12. ПРИЧИНЫ ЗАБУЧИВАНИЯ ПУЛЬПОПРОВОДОВ

ИСПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Основными причинами закупорки пульпопроводов при эксплуа­ тации гидротранспортных установок являются:

ошибки в проектировании транспортных установок (неправиль­ ный выбор режима работы гидротранспортных установок, непра­ вильный профиль трассы пульпопровода и т. п.);

неправильная эксплуатация транспортных установок (забучивание пульпопровода вследствие подачи густой пульпы и неравно­ мерной подачи транспортируемых материалов, наличие утечек жидкости и т. п.).

Рис. 84. Реактивный самопередвигающийся снаряд для разбучивания пульпопроводов:

вильно выбирать тип загрузочного аппарата и дробилки; ограни­ чивать использование установки в режиме заиления; заменять на участках, опасных в отношении закупорки, трубы большого диа­ метра пульпроводами меньшего диаметра, чтобы увеличить ско­ рость движения пульпы; автоматизировать процесс промывки (время промывки должно составлять 6—7 мин) и регулирования режима работы всей системы пульпопровода; обеспечивать равно­ мерную подачу транспортируемого материала и постоянство его гранулометрического состава; устраивать специальные люки для проверки и разбучивания закупорки в пульпроводах.

Перед началом работ при помощи специальных приборов необ­ ходимо уточнить местонахождение и протяженность закупорки.

При небольшой и не очень плотной закупорке открывают люк с одной стороны пульпопровода и подают поток при полном дав­ лении насоса. Если закупорка на участке имеет значительную про­ тяженность или не может быть устранена по первому способу, можно, открыв люк, подавать воду под давлением то с одной, то с другой стороны.

198

Одним из приспособлений для разбучивания пульпопроводов может служить самопередвигающийся реактивный аппарат «Лас­ точка» (рис. 84), конструкция разработана коллективом обогати­ тельной фабрики гидроучастка шахты «Коксовая». Забученный в пульпопроводе материал размывают струей воды из передней насадки, а движение аппарата происходит благодаря разности реактивных сил, возникающих вследствие неодинаковых сечений струй.

§ 13. ХАРАКТЕРИСТИКА ПУЛЬПОПРОВОДА

Изменение давления Н в некотором сечении, например 1—I (рис. 85), в зависимости от объемного веса пульпы и скорости ее движения (расхода воды) называется характеристикой пульпопро­ вода. На графике она выражается семейством кривых, каждая из которых соответствует определенному значению консистенции пульпы. По оси абсцисс откладывают скорость движения пульпы ѵп или расход пульпы Qn, а по оси ординат — напор Н, необходи­ мый для работы пульпопровода.

Полный напор Н складывается из геодезической высоты (гео­ метрической высоты подъема пульпы), умноженной на объемный вес пульпы, и потерь напора при движении пульпы

ются из потерь напора Ігв при движении технической воды и по­ терь напора h', вызываемых присутствием в технической воде твер­ дых частиц пульпы,

Дh — h j i ' .

На рис. 85 прямые 1, 2, 3 и 4 соответствуют статическому на­ пору при заполнении пульпопроводов технической водой и пульпой различного объемного веса у '. у" и у"', причем у' < у" < у "'.

Этот напор не зависит от скорости движения пульпы. Кривые 5 ,6 ,7 и 8, соответствующие потерям напора при движении техни­ ческой воды по пульпопроводу с различной скоростью, подобны друг другу и начинаются от параллельных линий 1 ,2 ,3 и 4.

Кривые 9, 10 и 11 характеризуют зависимость напора при дви­ жении пульпы различной консистенции от ее расхода; каждая из них соответствует определенному постоянному значению уп. Чем выше консистенция пульпы, тем выше расположена кривая, т. е. потеря напора растет с увеличением консистенции.

Все кривые при условии уп>1 имеют минимум, положение ко­ торого соответствует величине критического расхода QKp (или ско­ рости иК ) для данной консистенции пульпы. С уменьшением ско­ рости в области V< Цщт потери напора увеличиваются и кривая

199