2.3.2. Расчёт необходимого диаметра трубопровода

При расчете необходимого диаметра трубопровода для гидравлического транспортирования горных пород часовая производительность гидроустановки по гидросмеси определится по формуле

, (2.23)

где Q_т - производительность установки по твердому, м³/сут.; m - пористость породы (m=0,25-0,4 – меньшее значение принимается для плотных грунтов, большее - рыхлых); q - расход воды на размыв 1 м породы, м³ принимать суммарный удельный расход воды на отбойку и выгонку); n - количество рабочих смен в сутках; t_см - продолжительность рабочей смены, ч; k_и - коэффициент использования гидроустановки во времени (k_и=0,7-0,9).

Плотность гидросмеси:

(2.24)

где _т - средневзвешенная плотность размываемой породы, т/м³.

Поэтому вместо параллельного соединения насосов при большой подаче лучше принимать несколько нагнетальных трубопроводов (сетей), каждый из которых имеет свой грунтовый насос или последовательное соединение насосов.

Количество нагнетательных сетей определяется отношением, аналогичным водопроводным сетям:

(2.25)

где Q_гн - подача грунтового насоса, который может быть предварительно принят для гидроустановки, м³/ч (прил. 2.1).

При общем расходе гидросмеси Q_г и количестве магистральных трубопроводов n_сет расход гидросмеси по одному трубопроводу определяется по уравнению (2.25) и составляет:

(2.26)

Величина расхода, установленная по формуле (2.26), является основной при расчёте диаметра трубопровода, который для гидротранспорта должен удовлетворять двум условиям:

(2.27)

(2.28)

где D_вн - внутренний диаметр труб, мм; d_мах - размер максимального куска транспортируемой породы, мм; V_р - расчётная скорость движения гидросмеси по трубопроводу, м/c; V_кр - критическая скорость гидротранспорта, м/c.

Причем, следует отметить, что минимальная энергоемкость процесса транспортирования будет при V_р=V_кр.

Расчётный внутренний диаметр трубопровода:

(2.29)

где V ^_кр - ориентировочное значение критической скорости потока гидросмеси в трубопроводе, м/c.

2.4. Определение критической скорости потока гидросмеси в трубопроводе

При транспортировании породы определяем ориентировочное значение критической скорости потока гидросмеси в трубопроводе:

(2.30)

где D_р - принятый из условия (2.27) внутренний диаметр трубопровода, м (прил. 1.5).

При транспортировании угля:

(2.31)

Определение точного значения критической скорости движения гидросмеси производим по методу проф. В.В. Трайниса:

(2.32)

где _о - плотность воды т/м³; С - коэффициент, учитывающий содержание в породах мелких фракций (породы вскрыши -2 мм; уголь -3 мм); К - коэффициент, зависящий от вида транспортируемых пород (для пород вскрыши К=1,4; для угля К=1,9);  - показатель, отражающий скорость свободного падения частиц породы в спокойном виде; _о - коэффициент гидравлических сопротивлений при движении по трубопроводу чистой воды.

В случае транспортирования смеси пород и угля:

(2.33)

где С₁ - содержание угля (по массе), %.

При 15≤R≤100 %

(2.34)

При 0≤R≤15 %

(2.35)

где R - содержание частиц (по массе) -2 мм (порода) или -3 мм (уголь), %.

(2.36)

где  - эмпирический показатель (=0,204); W - гидравлическая крупность частиц геометрической крупности d_мах, см/с.

По формуле Риттингера:

(2.37)

где а - коэффициент, установленный опытным путем Ричардсом. Значения _т и _о в формуле (2.36 и 2.37) приведены в г/см³, d_мах в см.

(2.38)

(2.39)

(2.40)

(2.41)

где Rе - критерий Рейнольдса.

(2.42)

где  - вязкость воды H·с/м² (ориентировочно можно принять =0,001 H·с/м²). Значение _о в кг/м³. В случае, если С<0,4, то расчётную величину критической скорости V_кр умножают на поправочный коэффициент К_п.

(2.43)

Из условия (2.28) и параметров стандартных труб (прил. 1.5) принимают окончательное решение по внутреннему диаметру (D_р). Толщина трубы должна быть не менее 8-10 мм.

Фактическая скорость движения гидросмеси по трубопроводу:

(2.44)