А.С. Ташкинов Расчет напорного и самотечного гидротранспорта твердых материалов

		10
+	0,75 15+	0,4 20+ 0,1 30+ 0,025 8		= 0,62 .
		100
Зная значение ( Сϕ		)− 1,5, по табл. 1.2 определяем значениеСϕ , ко-

торое равно в данном случае 1,89.

4.По расходу пульпы ориентировочно принимаем диаметр пульповода Dп =600 мм.

5.По табл. 1.3 находим критическую скорость ϑ кр .= 4 м/с.

6.Рассчитываем диаметр пульповода

	Dп =	4		4000	= 0,59 м.
		3600		4 3,14

Принимаем ближайший стандартный диаметр пульповода Dп=600 мм. 7. Определяем критическую скорость движения пульпы

ϑ кр = 2,8 6 0,115	9,81 0,6	= 4,05 м/с.
	4 1,89

8. Определяем фактическую скорость движения пульпы.

ϑ кр =		4 4000			= 3,94	м/с.
		0,62	3600
3,14

Так как скорость движения пульпы меньше критической скорости на 2%, потери напора можно принять по табл. 1.3 для ориентировочных расчетов или определить по формуле для детальных расчетов:

iп.кр

=

λ о ϑ

к2

р

(1+

8 S)=

0.01 4.052

(1

+ 8

0,115)=

0,052 м.

2q Dп

2 9,81 0,6

9. Определяем общие потери напора по длине пульповода

hоб =

iг.кр

Lп

Кмс=

0,052 800 1,05=

43,6

м.

10. Определяем напор землесосной станции

H

п

=

h

об

+

h

ρ

=

43,+6 10 11,= 9 55,5

м.

г

г

11. При

напоре

землесосной станции

55,5 м и

расходе пульпы

4000 м3/ч по каталогу принимаем землесос 20ГРУ-8Т с колесом диаметром 1250 мм.

12.	По полученным		данным строим характеристику землесоса
Qп = f (Hп ) .
13.	Определяем фактическую скорость движения и потери напора
на 1 м длины пульповода при расходе пульпы 4500 м/ч.
	ϑ ф =		4 4500		= 3,43 м/с;
		3,14 0,62 3600

11

ϑ

2

ϑ

i

=

i

+

i

−

i

(

кр )

4

п

o

п.кр

o

ϑ р

ϑ

кр

р

=

=	0,01 4,052		0,1 4,052					4,05		2	4	4,05		= 0,054	м.
	2 9,81 0,6	+ 0,052−	2 9,81 0,6									3,43
								3,43
	14. Определяем напор землесосной станции
	Hп =	0,054 800 1,05+			10 1,19=				57,2		м.
	15. Определяем фактическую скорость движения пульпы и потери
напора на 1 м длины пульповода при расходе пульпы 5000 м/с.
	ϑ ф =	4 5000			= 4,9	м/с;
		3,14 0,62	3600
iп =	0,01 4,052		0,1 4,052				4,05 2				4,05		=	0,0565	м.
	2 9,81 0,6	+ 0,052−	2 9,81 0,6					4,9		4		4,9
	16. Определяем напор землесосной станции
Hп = 0,565 800 1,05+ 10 1,19=					59,4		м.
	По этим данным строим характеристику пульповода(Qп = f (Hп )) .

Точка пересечения обеих кривых дает рабочую точку землесоса при заданных длине пульповода и высоте подъема. В случае переменной длины пульповода определяют рабочие точки землесоса при min и max длине пульповода с учетом высоты подъема в обоих случаях. Годовая производительность землесоса в этом случае равна среднему значению из значений, соответствующих двум рабочим точкам землесоса.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие свойства пород оказывают влияние на процесс гидротранспортирования пульпы?

2.В чем заключается расчет напорного гидротранспорта?

3.Перечислите основные условия применения различных методик расчета критических скоростей и удельных гидравлических сопротивлений.

4.По каким параметрам производят выбор грунтовых насосов?

5.Схемы соединения грунтовых насосов.

6.Порядок определения диаметра пульповода.

12

7.Рассказать порядок определения “рабочей точки” землесосной

станции.

8.Какие параметры и показатели определяют по графику гранулометрического состава?

Практическое занятие № 2

Тема: Расчет самотечного гидротранспорта пульпы

При самотёчном (безнапорном) гидротранспортировании перемещение потока гидросмеси происходит под действием силы тяжести за счёт разности отметок между начальной и конечной точками транспортирования. При этом поток всегда имеет свободную поверхность.

К преимуществам безнапорного гидротранспорта относят отсутствие энергетических затрат на перемещение потока гидросмеси, небольшие капитальные затраты (транспортируемая система обладает малой металлоемкостью и не требует особого качества исполнения и специальных загрузочных механизмов), высокую надёжность работы при попадании негабаритов и посторонних предметов. Основным недостатком безнапорного гидротранспорта является необходимость иметь значительную разность отметок.

В условиях открытых горных разработок лотки для самотечного гидротранспорта пород подразделяют на забойные (для транспорта гидросмеси в пределах рабочей площадки уступа), распределительные (для транспорта гидросмеси от рабочих площадок к основной магистрали), магистральные (для транспорта гидросмеси вне контуров карьеров), отвальные (для укладки породы на гидроотвалах). Забойные, распределительные и отвальные лотки собираются из отдельных секций. Магистральные лотки изготовляют на месте работ из досок толщиной 4-5 см, которые соединяют в четверть и скрепляют при помощи деревянных хомутов. Расстояние между хомутами магистральных и секционных лотков 1,5 и 1 м соответственно. Забойные, распределительные и отвальные лотки являются сборно-разборными. Иногда применяют металлические лотки.

13

Транспортирование твердых частиц

Теоретические основы безнапорного гидротранспорта базируются на следующих физических процессах, сопровождающих движение гидросмеси.

1. Поток, двигаясь на наклонной плоскости, увеличивает свою кинематическую энергию и интенсивность внутреннего турбулентного перемешивания.

2.Силы воздействуют на твёрдые частицы и перемещают их как во взвешенном состоянии, так и состоянии волочения в придонной области.

3.В зависимости от уклона дна изменяется устойчивость твёрдых частиц, так как часть их веса проектируется на направление движения. При больших уклонах их передвигать легче (при уклоне, большем угла естественного откоса, частицы будут двигаться под действием собственного веса и без воды). Находясь же в потоке во взвешенном состоянии, частицы утяжеляют поток, что приводит к увеличению двигающей силы.

4.Наличие твердых частиц (особенно в природной области потока) увеличивает силу сопротивления движению.

Основной характеристикой самотечного гидротранспорта является транспортирующая способность потока. Она характеризует собой предельное количество твёрдого, которое поток способен переносить. На эффективность транспортирования оказывают влияние уклон дна, площадь и форма поперечного сечения потока, расход воды, гранулометрический состав и плотность твердого, местные сопротивления.

Транспортирующая способность потока зависит от разнородности по крупности частиц и наличия мелких фракций, которые создают транспортирующую способность жидкости. Добавление в кусковую породную смесь некоторого количества мелких фракций резко увеличивает транспортирующую способность по массе твердого. На транспортирующую способность потока большое влияние оказывает сила взаимодействия перемещаемого твёрдого и дна, которая зависит от коэффициента трения. Транспортирующая способность жидкости характеризуется

критической скоростью потока ϑ кр, при которой транспортирующая

способность используется полностью. При уменьшении скорости транспортирующая способность уменьшается, а при возрастании скорости она увеличивается

14

Гидротранспорт твёрдого безнапорным потоком воды может происходить как во взвешенном состоянии, так и донным волочением. Мелкие частицы перемещаются во взвешенном состоянии, а куски горной массы движутся в основном в придонной части короткими скачками, перекатыванием или скольжением. Методы расчета для этих видов движения твердой фазы различны.

Расчет безнапорного гидротранспорта заключается в определении необходимого уклона дна потока и его поперечных размеров при заданных производительности по твёрдому, удельном расходе воды и физи- ко-механических свойствах транспортируемой горной массы.

Ниже рассмотрен универсальный метод расчета безнапорного гидротранспорта, разработанный канд. техн. наук В.К. Тарасовым. Суть метода заключается в подборе эффективного сочетания критической скорости ϑ кр и уклона i . Для обеспечения требуемой скорости потока

необходим уклон. Чем крупнее и тяжелее куски, тем больше должна быть скорость потока. Для получения большой скорости потока необходим большой уклон. Увеличение уклона лотка вызывает уменьшение устойчивости (сопротивляемости) транспортируемых кусков, т. е. на наклонной поверхности требуется меньшая скорость для их перемещения. Составляющая веса кусков проектируется на ось движения. В экспериментах отмечались режимы, когда добавка твердого в поток вызывала ускорение движения.

В основу метода положена расшифровка физического смысла коэффициента Шези, который представляет собой соотношение величин, характеризующих активные силы и силы сопротивления. Если принять

τ= k т ϑ 2 , что соответствует развитой турбулентности, то уравнение равномерного движения примет вид

(k т ϑ 2 ) / ρ см = R i .

Из этого уравнения следует что

ϑ = ρ см / k т R i = C R i .

Таким образом, для гидротранспорта

С = ρ г / k т ,

где kт - коэффициент, характеризующий трение на границах по-

тока.

Значения ϑ кр меняются в сравнительно небольшом диапазоне. Это

свидетельствует о возможности применения инженерных методов рас-

15

чёта параметров безнапорного гидротранспортирования. Исследования показали, что при ρ г > 1,05 т/м3 добавка твердого вызывает ускорение потока (коэффициент Шези увеличивается) (см. рисунок), а при

ρг ≤ 1,05 т/м3 увеличивается трение на границах потока.

ССв

1,8

1,4

1

График зависимости коэффициента Шези для гидросмеси (С) от отношения (ρ г − ρ о ) / ρ о (Св-коэфициент Шези для воды ):

1,2,3,4-соответственно при транспортирования крупнокусковой горной массы ,песчано-гравелистой смеси ,угля, угольно-породной смеси

Параметры безнапорного гидротранспорта рассчитываем в следующем порядке.

1. Определяем критическую скорость потока (с некоторым запасом

транспортирующей способности ) по формуле
ϑ кр =	В4 1 9	ρ г − ρ		ρ т− ρ		2
			о		г	,
	Fr	ρ о		ρ о

где Fr = W 2 /(g d) - критерий динамического подобия Фрунда, определяемый для транспортируемой фракции; В - коэффициент, кото-

16

рый зависит от свойств транспортируемой горной массы, и характеризуется следующими данными

Транспортируемый груз	Коэффициент В
песчано-гравелистая смесь	3,85
смесь угля и породы	3,95
рядовой уголь	3,45
крупнокусковатый уголь	2,86

2. Определяем площадь живого сечения потока по формуле

ω = (Qт+ Qв ) /ϑ кр ,

где Qт , Qв -соответственно расход твёрдого и воды, м3/с.

3.Находим размеры живого сечения потока.

4.Определяем гидравлический радиус.

5.Находим коэффициент Шези для воды.

6.Определяем коэффициент Шези для гидросмеси.

7.Рассчитываем уклон лотка.

Пример расчёта

Определить ширину деревянного лотка, его уклон, глубину потока для безнапорного гидротранспорта песчано-гравелистой смеси (средняя

крупность фракций d =

0,007 м, плотность твёрдого

ρ т = 2,7 т/м3 ,

гидравлическая крупность

W =

0,29 м/с). Производительность по гор-

ной массе Qт = 0,036 м3/c

при отношении Qт :Qв = 1:7,5.

1. Определяем плотность гидросмеси:

ρ

т

Qт

+ ρ

о

2,7

0,13 + 1

Qв

3

ρ г =

=

= 1,2 т/м .

1+

Qт

1

+

0,13

Qв

2. По

ϑ кр =

формуле определяем критическую скорость :
3,85	4 1 9	ρ г − ρ		ρ т− ρ		2	9,81 0,007	×
			о		г	= 3,854
	Fr	ρ о		ρ о			0,292

17

×9

1,2 −

1

2,7 −

1,2

2

м/с.

1

1

= 3,3

3. По формуле определяем площадь живого сечения потока :

ω

=

Qт

+ Qв

=

0,036 + 0,036

7,5

= 0,092 м2

ϑ

3,3

кр

4. Из условия bл =

3hп определяем размеры живого сечения пото-

ка:

глубина потока

ω

0,092≈

hп =

=

0,18

м;

ширина лотка

3

3

ω

0,092

bл =

=

=

0,5

м.

h

п

0,18

5. Находим для прямоугольного лотка гидравлический радиус :

R = ω

=

b hп

=

0,092

=

0,107 м.

b + 2hп

0,5+ 2 0,18

χ

6.

По

формуле

определяем

коэффициент Шези

для

воды

( nш =

0,012 , см.

лаб. работу № 5) :

0,1071 6

С =

1

R1/ 6

=

= 57,4

n ш

0,012

7. Находим коэффициент Шези для гидросмеси.

Определяем параметр Архимеда, который в данном случае

равен

0,2 , и по нему на графике (см. рисунок) находим поправку

к коэффи-

циенту Шези, равную 0,4.

Тогда коэффициент Шези для гидросмеси

С= 0,4 57,4= 22,96 .

8.Определяем уклон дна лотка

i =	ϑ	к2	р	=	3,3		2	≈ 0,2 .
	С2 R				22,962
						0,0107

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется самотечным гидротранспортом?

2.В чем заключается расчет самотечного гидротранспорта пуль-

пы?

18

3.На каких физических процессах, сопровождающих движение гидросмеси, базируются основы расчета безнапорного транспортирования твердых частиц?

4.Как подразделяются лотки для самотечного гидротранспорта в условиях открытых горных разработок?

5.Порядок расчета параметров самотечного гидротранспорта

пульпы.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. - М. : Недра , 1985.- 470 с.

2Бессмертный К.С., Бритаев В.А. Гидромониторщик на карьере. -

М.: Недра, 1982.- 205 с.

3Нурок Г.А., Лутовинов А.Г., Шерстюков А.Д. Гидроотвалы на карьерах. - М.: Недра, 1977.- 310 с.

4Ялтанец И.М. Проектирование гидромеханизации открытых горных работ. - М.: МГГИ, 1994.- 480 с.

19

Составители Александр Сергеевич Ташкинов Владимир Федорович Воронков

Расчет напорного и самотечного гидротранспорта твердых материалов

Практикум по дисциплине “Гидромеханизация открытых горных работ” для студентов специальности 090500- “Открытые горные работы”

Редактор Е.Л.Наркевич

ЛР № 020313

Подписано в печать 19.01.00. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.- изд. л. 1,7. Тираж 75 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.