Производственная безопасность безопасность эксплуатации горного оборудования. Практикум

при h = 20–200 м.

Кроме того, для подобных эрлифтов, то есть у которых гидравлические схемы по всем признакам одинаковы и числа Рейнольдса выше предельных, имеются безразмерные характеристики и коэффициенты, не зависящие от конкретных размеров. К ним можно отнести коэффициент сопротивления эрлифта, а также коэффициент подачи. На основании результатов экспериментальных исследований определено значение коэффициента сопротивления для оптимальных режимов работы: для длинных эрлифтов – 0,04; для коротких – 0,078.

Безразмерный коэффициент подачи предложено определять по формулам:

–  для длинных эрлифтов

–  для коротких эрлифтов

–  для глубинных эрлифтов

По способу ввода газа (воздуха) в подъемную трубу эрлифтные установки делятся на компрессорные (сжатый воздух от компрессора подается в подъемную трубу через смеситель), вакуумные (с помощью вакуум-насоса, подсоединенного к воздухоотделителю, в подъемной трубе создается разрежение, за счет которого атмосферный воздух через воздухопровод всасывается в смеситель) и смешанные, то есть вакуумно-компрессорные.

21

По конструктивному признаку эрлифтные установки подразделяются в зависимости от расположения воздухоподводящей трубы относительно подъемной. Система Ю. Поле – внешний воздухопровод, расположенный параллельно подъемному трубопроводу. Центральная система – воздухопровод расположен концентрично внутри подъемной трубы (смесь жидкости

ивоздуха движется по кольцевому пространству). Система Саундерса – подъемная труба расположена концентрично внутри воздухоподводящей трубы (воздух движется по кольцевому пространству).

Все вышеперечисленные типы эрлифтных установок относятся к так называемым двухрядным. При скважинной гидродобыче используется однорядный эрлифт (в качестве одного из рядов труб используется обсадная труба скважины).

Классификация эрлифтов по схемному признаку определяет их гидравлическую схему в зависимости от величины давления источника сжатого воздуха, высоты подъема над зеркалом воды, глубины погружения смесителя, требуемой производительности

идругих технических требований.

По производственному назначению эрлифты подразделяются на транспортные, добычные и циркуляционно-барботажные.

По виду транспортируемой среды различают эрлифты для подъема однородных жидкостей и для подъема гидросмесей (жидкость и твердый материал). При этом свойства транспортируемой жидкости или пульпы и производственное назначение эрлифтной установки определяют ее гидравлическую схему и состав технологических элементов.

Наибольшее распространение получила односекционная эрлифтная установка (см. рис.  2.1). Однако при ряде положительных отличительных особенностей односекционной установки схема имеет существенный недостаток – при проведении плановых ремонтов нижней части подъемной трубы или смесителя необходимо выполнять откачку всего зумпфа полностью, что при отсутствии второго зумпфа вызывает остановку технологического процесса.

22

Метод инженерного расчета водоотливной эрлифтной установки

В настоящем разделе представлен метод расчета водоотливной эрлифтной установки, предназначенной для подъема воды или пульпы из угольных и рудных шахт, позволяющий по исходным данным определить необходимые гидродинамические параметры установки и выбрать ее конструктивные размеры. При этом обязательным условием является получение устойчивого потока пульпы с расчетно-необходимым содержанием твердого материала.

Основными исходными данными для расчета параметров эрлифтной установки являются: подача эрлифта (Qэ), минимальное и максимальное погружение смесителя эрлифта (hmin, hmax), высота подъема пульпы (H), гидравлическая схема эрлифтной установки.

Гидравлическая схема эрлифтной установки. Эрлифтная ус­ тановка, гидравлическая схема которой представлена на рис.  2.4, работает следующим образом: от компрессора 4 сжатый воздух по воздухопроводу 5 через открытую задвижку 6 по воздухоподающему трубопроводу 7 поступает в смеситель 1 эрлифта. Вследствие возникшего перепада давления аэрогидросмесь (воздух, вода, твердый материал) из смесителя, находящегося в забое с размытой пульпой, подается через трубу 2 в воздухоотделитель 3, где происходит выделение воздуха в атмосферу, а пульпа поступает в отсадочный промприбор 14 для отделения золота, алмазов и др., затем – в центробежный сепаратор тонкой очистки 15 и сбрасывается по трубопроводу 16 в зумпф 19. В зумпфе 19 твердый материал оседает на дно, а вода переливается в зумпф 18, откуда забирается насосом 11 через трубопроводы 8, задвижки 9 к забою через форсунки 12 для размыва грунта. Кроме того, при понижении уровня воды в скважине вода из зумпфа 18 может перекачиваться насосом 13 в основную скважину. В случае забучивания воздухопровода 7 предусмотрена промывка его водой через открытую задвижку 10 при закрытой задвижке 6 насосом 11.

Технологией предусмотрена закладка твердым материалом, подаваемым грунтонасосом 1 из зумпфа 19 в отработанные скважины 20 с одновременным поднятием обсадных труб.

23

Рис.  2.4.ГидравлическаясхемаэрлифтнойустановкитипаЭС-Г: 1 – смеситель; 2 – подъемная труба; 3 – воздухоотделитель; 4 – компрессор; 5 – воздухопровод; 6 – задвижка; 7 – воздухопровод; 8 – трубопровод; 9 – задвижка; 10 – задвижка; 11 – насос; 12 – форсунки размыва; 13 – насос; 14 – промприбор; 15 – сепаратор; 16 – сливной трубопровод; 17 – грунтонасос; 18, 19 – зумпф;

20 – отработанные скважины

2.2.  Порядок выполнения работы

Определение основных параметров водоотливной эрлифтной установки

Порядок расчета основных характеристик установки принят с учетом особенностей процесса разработки обводненного месторождения и подъема пульпы эрлифтом.

24

Эрлифт должен обеспечивать надежную и бесперебойную работу во всем диапазоне абсолютных погружений, при постоянной высоте подъема гидросмеси.

Относительное погружение эрлифта

h

αmin = +min ; (2.12) H hmin

αmax = h+max . (2.13) H hmax

Расчет эрлифта ведем для условий amin, так как в этом случае будет иметь место максимальный расход воздуха.

Удельный расход воздуха q для подъема 1 м3 пульпы определяем по данным экспериментальных исследований при amin по формулам (2.6), (2.7) или (2.8) в зависимости от того, какой тип эрлифта по гидравлической классификации используется в рассматриваемом случае (длинный, короткий или глубинный).

С учетом коэффициента режима Kр значение оптимального удельного расхода воздуха

Полученное значение удельного расхода воздуха достаточно хорошо согласуется с экспериментально полученными данными для аналогичных условий.

Эквивалентный диаметр подъемной трубы эрлифта определяем по зависимости

гдеKQ – безразмерный коэффициент подачи, определяемый для рассматриваемого специального эрлифта по формуле

В дальнейшем расчете принимаем подъемную трубу постоянного сечения по всей длине. Выбираем по ГОСТу трубу с параметрами, близкими к расчетным.

25

Определяем расход воздуха, приведенный к нормальным условиям:

гдеQЭ – подача эрлифта, м3/ч.

Определяем количество и характеристики компрессоров, необходимых для устойчивой работы эрлифта. При этом необходимо учитывать, что в общем количестве компрессоров должны быть учтены рабочие, резервные и аварийные компрессоры. Количество резервных компрессоров выбирается такое же, как и рабочих, а аварийных в два раза меньшее, чем рабочих или резервных.

Далее производим расчет скоростей аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта.

Критическая скорость при транспортировании твердого материала по вертикальным трубопроводам определяется

гдеK – опытная константа. Выбирается в зависимости от крупности твердого материала;

Uжк – скорость стесненного падения частиц, м/с;

aZ – дифференциальная относительная плотность потока в z-м сечении подъемной трубы;

DЭ – диаметр подъемной трубы эрлифта, м.

Определяем дифференциальную относительную плотность потока в z-м сечении подъемной трубы:

гдеrтв – плотность твердого материала; rж – плотность жидкости;

qZ – удельный расход воздуха, приведенный к давлению в z-м сечении подъемной трубы:

гдера – атмосферное давление;

рz – давление в z-м сечении подъемной трубы:

26

гдеZ – глубина водоема до z-го сечения; rж – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

Объемная концентрация твердого материала в z-ом сечении

гдеdk – крупность частиц твердого материала, мм;

Сdk – коэффициент сопротивления движению твердых частиц в водо-воздушном потоке.

Действительная скорость потока аэрогидросмеси на входе в подъемную трубу

И если Uвхд > Uкрвх, то значит, что в начале движения по подъемной трубе достигаются скорости, обеспечивающие устойчивые

режимы работы по подъему твердого материала в эрлифте, а поскольку с продвижением вверх скорость аэрогидросмеси возрастает в результате расширения сжатого воздуха, то на основании этого можно утверждать, что и в выходном сечении подъемной

трубы Uвыхд > Uкрвых.

Скорость в подводящем трубопроводе, необходимая для транспортировки твердого материала:

гдеvн – начальная скорость движения гидросмеси; KЗ – коэффициент запаса;

27

СТ – коэффициент сопротивления при движении твердого тела в воде.

Действительная скорость гидросмеси в подводящем трубопроводе

4Q

vпд = π 2 Э , (2.26) dпвн 3600

гдеdпвн – внутренний диаметр подводящей трубы.

Если vпд > vп, то в подводящей трубе обеспечиваются надежные условия для транспортирования твердого материала.

Диаметр воздухоподающего трубопровода определим исходя из того, что потери в воздухопроводе не должны превышать 0,1rgh:

гдеl – коэффициент Дарси;

l – длина воздухопровода, м; Qв – расход воздуха, м3/мин;

Hв – длина вертикальной части воздухопровода, м;

rср.в – средняя плотность воздуха в воздухопроводе при постоянной температуре:

По полученному значению dср.в выбирают стандартный диаметр воздухопровода.

2.3.  Требования к отчету

Отчет должен содержать:

–  сведения о назначении и схемах эрлифтных водоотливных установок;

–  сведения о методе расчета основных конструктивных параметров эрлифтной водоотливной установки;

–  гидравлическую схему расчетной эрлифтной водоотливной установки;

–  расчеты по формулам с указанием определяемых параметров;

28

–  результаты расчетов; –  выводы.

2.4.  Вопросы для самоконтроля

1.  Какие бывают типы водоотливных установок?

2.  Из каких основных узлов и элементов состоит водоотливная эрлифтная установка?

3.  Какие компрессоры применяются в системах эрлифтного водоотлива угольных шахт?

4.  Каковы основные правила безопасности, которые необходимо соблюдать при монтаже и эксплуатации эрлифтных водоотливных установок?

2.5.  Варианты заданий

29

Практическая работа №  3 ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

ОПАСНОСТЕЙ И ВРЕДНОСТЕЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОЧИСТНОГО ГОРНОШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Цель работы – освоение теоретических и практических навыков определения условий возникновения опасностей и вредностей при эксплуатации очистного горно-шахтного оборудования.

3.1.  Общие теоретические положения

Основными причинами травматизма в очистных забоях являются вывалы и обрушения угля и пород кровли и повреждения от машин и механизмов. По первой причине в очистных забоях шахт России смертельно травмируются примерно 30 %, по второй – 25 % от общего количества пострадавших на шахтах угольной отрасли в подземных выработках.

Наиболее распространенными причинами несчастных случаев от обрушения породы и угля в лавах является ведение работ с нарушением паспортов крепления и управления кровлей (примерно 70 %), а также несоответствие их горно-геологическим условиям и нарушение установленной технологии (до 30 %). Число несчастных случаев от обвалов и обрушений породы в определенной мере зависит от способа управления кровлей.

Так, при управлении кровлей с частичной закладкой число несчастных случаев в 1,2–1,3 раза больше, чем при управлении кровлей с закладкой выработанного пространства (эти способы широко применялись при широкозахватной выемке угля), а по сравнению с управлением кровлей полным обрушением – меньше на 40–43 %.

Широкое применение механизированных комплексов позволяет в значительной степени повысить безопасность труда в очистных забоях за счет механизации процессов крепления и управления кровлей.

30