CC BY
30
© В.В. Мельник, 2002
УДК 622.234.5.001.572
В.В. Мельник
Второй выделенный сомножитель может быть представлен, например, в виде
У г =
у • Р + у • Р
• V V • п п
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА БЕЗНАПОРНОГО ТРАНСПОРТА ПУЛЬПЫ ПРИ СКВАЖИННОЙ ГИДРОТЕХНОЛОГИИ
(3)
Б
езнапорное транспортирование горной массы при скважинной гидротехнологии может рассматриваться в трех аспектах:
• по почве в пределах выемочной заходки;
• по наклонной скважине;
• по желобам в пределах выемочного участка.
Следовательно, в наибольшей степени представляют
интерес процессы гидротранспортирования по почве заход-ки, скважине и желобам.
Наиболее исследованным и изученным является гидротранспортирование пульпы по желобам. Общепринятыми зависимостями для определения производительности гидротранспортирования по желобам являются зависимости докт. техн. наук В.С. Мучника и канд. техн. наук А.И. Куприна (табл. 1). Проведенные широкомасштабные исследования А.И. Куприным позволили ему предложить две базовые зависимости для определения производительности гидротранспортирования по желобам и почве выработок (табл. 1).
Док. техн. наук Н.Г. Малухин [3] на основании своих экспериментальных исследований предложил следующее выражение оптимального насыщения потока угольными частицами (обозначения представлен в табл. 1)
= рт ~ р0 ш /т ~г <2т Рт г _ п
безусловно, напоминает формулу Купо-
(1)
Рт
Зависимость (1), прина А.И. и является ее логическим продолжением, скольку более полно характеризует процессы безнапорного гидротранспортирования по почве выработки или заходки.
Представляет интерес и зависимость докт. техн. наук В.И. Грубы [4] основу которой составляет зависимость А.И. Куприна для условий транспортирования пульпы при больших уклонах желобов (табл. 1).
Представим зависимость докт. техн. наук В.И. Грубы в следующем виде
г = 60 • к,
, т/ч (2)
V-
условия
транспортирования
Первый выделенный сомножитель QТ представляет грузопоток (производительность) из забоя, например, при механической выемке. Следовательно, первая величина конкретно указывает, какое количество горной массы нам необходимо транспортировать.
где уу и уп - соответственно объемный вес угля и породы в пульпе; Ру и Рп - относительная величина угля и породы в пульпе (Ру + Рп = 1).
Поэтому физический смысл рого выделенного сомножителя ^) формулы (2) ется в качественной характеристике транспортируемой горной массы.
Третья составляющая зависимости (2) характеризует условия процесса транспортирования, а именно неточность стыковки уложенных желобов, материалы желобов, уклоны и частично также свойства транспортируемого материала (коэффи-циенты кі, к2 и к3 [2]).
Конечно, зависимость (3) в данном виде в полной мере не может охарактеризовать транспортируемую горную массу, поскольку наибольший интерес в данном случае представляет гранулометрический состав и наличие негабаритов угля в пульпе.
Содержание в пульпе различных классов (гранулометрический состав) определяется в первую очередь параметрами основной операции СГД - «разрушения угольного массива». Для определения гранулометрического состава при гидравлической выемке угля предложен ряд методик, базирующихся на предложенной докт. техн. наук М.Н. Маркусом [6], следующей зависимости
Ка = 59,05 - 5,5f + 0,5Р - 0,002Р2 - 1,Ы + 0,006d2, (4) где Rd - выход пласта угля крупностью d, %; Р - давление воды, МПа; / - коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодъяконова.
Основными недостатками представленной зависимости явилось отсутствие учета трещиноватости разрушаемого угольного массива.
По П.И. Аммосову и И.В. Еремину [7] для углей Кузбасса эндогенная (нормальносекущая) трещиноватость, проявляющаяся на участках месторождений, подвергшихся складкообразованию, имеет нестабильную в пределах шахтного пласта частоту и учитывается в конкретных условиях обычно в виде поправочного коэффициента к частоте эндогенной трещиноватости.
Поэтому в качестве показателя трещиноватости угля принят разработанный во ВНИИгидроугле [6] показатель t, который характеризует условную площадь трещиноватости (грань куска, на которые распадается массив угля при его разрушении)
t=2*
і
(5)
где Sl - шаг между трещинами, м; і - номер группы трещиноватости согласно [7], принимающий значения для трещин, пересекающих: і = 1 - пласт на всю мощность; і = 2 -отдельные пачки угля; і = 3 - отдельные петрографические разности; і = 4 - локализованный внутри прослоев и линз витринитового угля.
Таблица 1
ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БЕЗНАПОРНОГО ГИДРОТРАНСПОРТА ПУЛЬПЫ
Автор, источник Предложенная зависимость Условные обозначения
Мучник В. С., [1,5] Qn _ ^ •с • VКг • (і - ^0 Vср _ с • VКг '(і - ^0 S - поперечное сечение желоба; С - коэффициент Шези; RГ - гидравлический радиус желоба; i - средний уклон трассы; /И - условный «дополнительный уклон».
Куприн А. И., [2] й •Р0 _ к1 к2-41 + к3 Qт і гидротранспорт угля, породы и их смеси для больших пределов уклонов Qe - действительный или предполагаемый расход воды м3/ч; у- объемный вес воды, т/м3; Qт - транспортирующая способность потока при его насыщении т/ч; к1, к2, к3, - эмпирические коэффициенты, зависящие от материала желоба и свойств транспортируемого материала (табл.17 [2])
Куприн А. И., [2] „ ут - уе /т -і Ч _ • 1 ■ у т кт • і гидротранспорт крупнокускового материала , когда dм соизмерима с глубиной потока ут - объемный вес горной массы, т/м3; у - объемный вес транспортирующей жидкости; /т- коэффициент трения перемещаемого материала по почве; кт - эмпирический коэффициент равный 0,45 при транспортировании по почве пласта; i - уклон выработки.
Малухин Н. Г., [3] й0 _ Рт - р0 / - і <2т рт і -п п - коэффициент трения жидкости о почву (п = 0,66). рт - плотность горной массы, т/м3.
Груба В. И., Никулин Э. К., [4] й _б0 кр • к, •р • т-V № -к • $ +к| Ре Vі ) йт _ 60 • ке • Рт • т • Ьк • Уп (грузопоток из очистного забоя при механической выемке) кв - коэффициент выемки пласта (0,45 - 0,97); кр - коэффициент, учитывающий неточности стыковки желобов и повороты става. ро - плотность вод, т/м3.
Суммирование величины Si/i позволяет отобразить преобладающее влияние наиболее протяженных групп трещин.
В табл. 2 приведены значения показателя эндогенной трещиноватости для некоторых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.
Тогда зависимость для определения выхода класса Rd, % при гидравлическом разрушении угольного массива, согласно [6], будет иметь вид
= 3,8 - 87,58 _ + 39395 _
а Р - 0,0061ё у ё + 39
6,58 + 9,54ехр(- 4,685ё3 )- 7,2ехрГ- 0,055357^1
- 0,59------------------------------------^^
t + 6,14
(6)
где Ry - условный показатель сопротивляемости угля гидравлическому разрушению.
Для стандартных классов угля при гидравлическом разрушении зависимость (6) имеет следующий вид:
Я1 = 102,07 - 2,01Яу-------876------------------------(7)
1 у Р - 0,0061 t - 6,14
Я2 = 97,39 - 2,01Яу---------876--------6^2^ (8)
2 у Р - 0,0183 t - 6,14
Таблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНДОГЕННОЙ ТРЕЩИНОВАТОСТИ НЕКОТОРЫХ ПЛАСТОВ ПРОКОПЬЕВСКО-КИСЕЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Шахта, пласт t
Угли полублестящие полосчатые
Им. Ворошилова I Внутренний 6,73
Киселевская II Внутренний 9,75
Зиминка II Внутренний 7,95
IV Внутренний 9,04
Коксовая IV Внутренний 9,73
Угли полуматовые полосчатые
Киселевская II Внутренний 10,2
Зиминка IV Внутренний 15,04
Коксовая IV Внутренний 7,45
Мощный 7,31
Угли матовые однородные
Киселевская II Внутренний 12,5
Зиминка Безымянный 10,45
Мощный 9,58
К3 _ 91,15-2,01Ку -
87,6
7,54
у
Я13 _ 79,38-2,01К
К25 _ 65,19 -2,01К
К50 _ 47,92-2,01К
К100 _ 32,01-2,01К
Р -0,0366 t- 6,14
87,6 9,06
Р- 0,0793 t- 6,14
87,6 9,04
Р -0,1525 t- 6,14
87,6 6,98
Р-0.305 t- 6,14
87,6 3,95
у
(9)
(10) (11) (12) (13)
Р-0,61 t-6,14 Распределение частиц угля по диаметру при различных способах разрушения подчиняется статическому закону «Ро-зина-Раммлера-Вейбула»
Яа = 100ехр(- С 0 ёт ), (14)
где С0 - параметр масштаба; т - параметр, характеризующий склонность угля к разрушению.
На основе всестороннего анализа всех существующих и представленных в табл. 1 зависимостей предлагается в качестве базовой для определения производительности безнапорного транспортирования при скважинной гидротехнологии, использовать формулу докт. техн. наук Н.Г. Малухина, представив ее в следующем виде
f-i
У г
У 0
к
і - п
(15)
где Пв - производительность скважинных гидромониторных, тонкоструйных или механогидравлических агрегатов, т/ч; Rd - гранулометрический состав транспортируемой горной массы.
Поскольку при скважинной гидротехнологии предусматривается применение гидромониторных скважинных агрегатов, работающих в различных режимах (одно-, двух- и трехструйного); тонкоструйных агрегатов, работающих в режиме перекрещивающихся, параллельных и сходящихся струй; механогидравлических агрегатов, то первый сомножитель зависимости (15) Пв и будет представлен производительностью указанных струйных и механогидравлических органов выемки.
Зависимость (15) вполне пригодна для определения производительности безнапорного транспортирования при скважинной гидротехнологии, поскольку включает в себя:
• количество горной массы, предназначенной для транспортирования;
• характеристику транспортируемого материала;
• условия транспортирования.
Следует отметить, что, несмотря на кажущуюся сложность зависимости (15), она является весьма важной с точки зрения согласованности всех подсистем скважинной гидротехнологии «разрушение угольного массива» - «безнапорное транспортирование и выдача пульпы на поверхность» -«доставка потребителю» - «обезвоживание угля и осветление технологической воды» по следующим причинам.
На основании предложенных зависимостей (7-13) определяется способность угольного массива разрушаться на куски определенных классов. При определенных природных, гидравлических, технических и технологических факторах возможно определить данные по гранулометрическому составу горной массы в пульпе.
Например, при скважинной добыче по пласту «Мощному» гидрошахты «Тырганская» ООО НПО «Прокопьевск-уголь» при начальном давлении Ро = 11,0 МПа, диаметре насадки ё0 = 0,02 м, сопротивляемости пласта «Мощного» гидравлическому разрушению Ry = 2,1 и показателе трещиноватости t = 10,2 будем иметь следующие значения стандартных классов перед безнапорным транспортированием горной массы: Rl00=20,2 %; R50=15,1 %; R25=16,7 %; Rlз=14,2 %; R6=12,2 %; Rз=6,6 %; Rl=14,9 %.
С учетом работы [1], в которой совершенно обоснованно выбраны 5 классов гранулометрического состава угля: I -(+100) м; II - (+50 - 100) мм; Ш - (+0,5 - 50) м; IV - (+0,05 - 0,5) мм; V - (-0,05) мм, и предложена эвристическая модель измельчения угля, при помощи которой возможно с большой степенью надежности планировать процессы выдачи пульпы на поверхность гидроэлеватором, эрлифтом или комбинированным способом.
Следовательно, для определения производительности безнапорного транспорта пульпы при скважинной гидротехнологии предлагается зависимость (15), наиболее полно учитывающая процессы гидротранспортирования и его согласования с другими подсистемами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Атрушкевич А.А., Казаков С.Л., Стефанюк Б.М., Атрушкевич ВА. Гидротранспорт угольных шахт. - Новокузнецк: КузНЦ АИН ПФ, 1994. - 143 с.
2. Куприн А.И. Безнапорный гидротранспорт. - М.: Недра, 1964. - 160 с.
3. Малухин Н.Г. Исследование параметров подъема пульпы и его влияние на эффективность скважинной добычи. Дисс.
... канд. техн. наук. -М.: МГРИ, 1979. - 174 с.
4. Груба В.И., Никулин Э.К., Оголоб-ченко А.С., Палаяни ФА. Основы управления гидротранспортными системами угольных шахт. - Донецк: Донбасс, 1993. - 225 с.
5. Пучков ЛА., Михеев О.В., Казаков С.П., Сонкус В.В., Атрушкевич В.А. Гидротранспортные системы горнодобывающих
предприятий - М.: Изд-во МГГУ, 2000. -144 с.
6. Плетнев ОН. К расчету гранулометрического состава угля, добываемого в коротком гидромониторном забое. Техника и технология гидравлической добычи угля. - Новокузнецк: ВНИИгидроуголь. -С. 68-72.
7. Аммосов П.И., Еремин И.В. Трещиноватости углей - М.: Недра, 1960.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Мельник Владимир Васильевич — доцент, кандидат технических наук, кафедра «Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет.
