книги / Эксплуатационные характеристики земснарядов с погружными грунтовыми насосами

где km — длина корпуса земснаряда (по техническим данным /зем = 38 м); /зв — длина звена плавучего пульпопровода (по техниче­ ским данным /33 = 6 м); п — инвентарное число звеньев плавучего пульпопровода (п = 25); ocj — угол поворота шарового соедине­ ния плавучего пульпопровода (по паспортным данным cXi = 15°).

3. Выбор типа земснаряда и расчет основных показателей производственных процессов разработки обводненного месторождения [39]

Дано: тип залежи — УГСП; нормальная средняя мощность продуктивной толщи — 15 м; мощность вскрыши до верхнего продуктивного горизонта: минимальная — 0,3 м, максимальная

—0,5 м; размеры залежи в плане — 200x700 м; суточная произ­ водительность по горной массе — 5000 м3; глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхности — 2,0 м; плотность грунта

—уг —2,65 т/м3; пористость — т = 0,35; грансостав: 0,1+0,25 мм

—9 %; 0,25+0,5 мм — 4 %; 0,5+1 мм — 6 %; 1+2 мм — 11%; 2+3 мм — 24 %; 3+5 — 19 %; 5+10 мм — 15 %; 10+20 мм — 7 %; 20+40 мм — 5 %; высота подъема гидросмеси — 12 м; макси­ мальная дальность транспортирования по магистральному трубо­ проводу — 1,2 км; водоснабжение прямое.

Решение:

1. Выбор типа земснаряда.

1.1.Группа грунта по трудности разработки — V.

1.2.Техническая производительность земснаряда по грунту

где п — число рабочих смен в сутки (п = 3); t — продолжитель­ ность смены (t = 8 ч); Кв — коэффициент использования земсна­ ряда во времени (#„ = 0,6).

1.3. Для разработки тяжелых песчано-гравийных грунтов V группы принимается земснаряд 350-50Т. Данный земснаряд обеспечивает в грунтах V группы производительность до 350 м3/ч

81

при глубине разработки до 18 м. На земснаряде установлен грун­ товой насос 10Р-11М, обеспечивающий производительность по гидросмеси в оптимальном режиме 3500 м3/ч. Земснаряд обору­ дован напорным свайным ходом.

1.4. Проверка грунтового насоса земснаряда по условиям всасывания. Для этого определяются потери напора, м, во всасы­ вающей линии

где Яг — геодезическая высота всасывания (Яг = - 0,8 м, знак «минус» означает, что ось землесоса расположена ниже уровня воды в забое); Яр — глубина разработки (Яр = 13,5 м); у0 — плот­ ность воды (у0 = 1 т/м3); уг — плотность гидросмеси, т/м3;

г0 — удельное гидравлическое сопротивление при движении воды по всасывающему трубопроводу. При диаметре всасывающего трубопровода DBC= 600 мм и расходе 3500 м3/ч i0= 0,0215 м/м (по табличным данным); /вс — длина всасывающего трубопровода (по техническим данным /вс = 35 м); Увс — скорость гидросмеси во всасывающем трубопроводе,

hM— местные потери напора в шаровых шарнирах, местах суже­ ний, коленах и др. (принимается в приближенных расчетах как 5- 10 % от гидравлических сопротивлений по длине всасывающего трубопровода; принимая 10 %, hH= 0,084 м); hm— потери напора в щели всасывания, м,

Лщ = h{лр + hK,

82

/*отр — потери напора на отрыв от забоя (при фрезерном и ротор­ ном рыхлителе Л01р = 0); /гпх — потери напора во всасывающем наконечнике, м,

Явс = - 0,89 + 1,35 + 0,835 + 0,084 + 0,57 + 0,37 = 2,34 м.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания при ра­ боте землесоса на гидросмеси

То ЧТо J

где Явак — вакуумметрическая высота всасывания на вода (Я8ак = = 6,5 м); Я а — атмосферное давление (Яа = 10 м вод. ст);

Явс < Явак,г = 2,34 < 6,1.

Потери напора во всасывающем трубопроводе земснаряда меньше допустимого вакуумметрического напора. Следователь­ но, земснаряд будет работать в нормальном режиме без срыва вакуума.

2. Подготовка пород к выемке.

Земснаряд 350-50Т оборудован фрезерным рыхлителем от­ крытого типа ФО-350. Расчетная производительность рыхлителя по тяжелым грунтам 350 м3/ч. Рыхлитель разрабатывает грунт и подает его к всасывающему наконечнику.

83

где /ф — длина фрезы, м; — средний диаметр фрезы, м; Rt —

коэффициент, характеризующий степень использования фрезы по длине (при напорном свайном ходе R{= 0,5+1,0); Ra— коэффици­ ент, характеризующий степень использования фрезы по диаметру (при разработке плотных связных грунтов Ra - = 0,85+0,95); /?пр

— коэффициент просора (потерь) грунта (/{щ, = = 0,75+0,85).

По технической характеристике земснаряда скорость на ба­ рабанах папильонажных лебедок изменяется от 0,7 до 16,5 м/мин. Полученное значение Vn близко к оптимальным скоростям папильонирования в 4—5 м/мин.

2.2. Окружная скорость вращения фрезы Уфр =(0,6+0,85)УВС=0,7-3,34 = 2,41 м/с.

Большие значения коэффициента принимаются при разра­ ботке связных грунтов. Для нашей группы пород принимается его значение 0,7. Пересчет на скорость вращения фрезы в об/мин:

= 60Уфр^ 60-2,41 = 24,6 об/мин. !фр тО% 3,141,81

Техническая скорость вращения фрезы 12,8 и 24 об/мин. Принимается «фр = 24 об/мин.

2.3. Необходимая мощность электропривода фрезерного рыхлителя

дгфр = £(0=346 • 0,45 = 155 кВт,

где © — удельная мощность привода фрезерного рыхлителя, приходящаяся на 1 м3 часовой производительности, принимается по таблице.

Мощность установленного на рыхлителе двигателя 320 кВт. Рекомендуется при отработке данного месторождения снизить

.установленную мощность двигателя до 200 кВт. 3. Определение параметров выемки.

Принимается блочная отработка месторождения. Блоки от­ рабатываются параллельными заходками. В заходке земснаряд

84

перемещается свайно-тросовым способом при напорном свайном ходе. Схема перемещения веерная.

3.1. Ширина заходки земснаряда при веерном перемещении

5 = 2/?sin— = 2-61-sin40° = 78 м,

2

где R — горизонтальное расстояние между напорной сваей и фре­ зой, м; а — угол поворота земснаряда в заходке (а = 80°);

R = Ip cos(5 + I = 25,3 • 0,846 + 29,5 = 61 м. Угол наклона рамы рыхлителя к горизонту

откуда Р = 32°.

3.2. Шаг передвижки земснаряда

S = /ф i?/ cosJ3 = 1,36 • 0,95 • 0,46 = 1,1 м.

Ход тележки напорной сваи земснаряда 350-50Т равен 6 м. 3.3. Объем грунта, разрабатываемого земснарядом с одного

шага передвижки,

Vc = ВНу S = 78-15-1,1 = 1947 м3.

3.4. Время работы земснаряда за один шаг передвижки

Ус = 1947 = 6 ч.

От ~ 346

4. Расчет параметров гидротранспорта.

Расчет проводится по Инструкции, разработанной ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, МИСИ им. В.В.Куйбышева, ВНИИНерудо.м.

Расчет состоит в определении критической скорости, удель­ ных гидравлических сопротивлений, суммарного напора, необхо­ димого для транспорта материала, подборе дополнительных грунтовых насосов.

S5

4.1. Средневзвешенный диаметр частиц грунта

У d.P

IOO_l= 5 ’25mm’

где di и Pi — соответственно средневзвешенная крупность и про­ центное содержание z'-й стандартной фракции.

4.2. Средневзвешенный коэффициент транспортабельности грунта

где cpj — коэффициент транспортабельности грунта г'-й стандарт­ ной фракции.

4.3. Коэффициент разнозернистости грунта

где d\o и d%— крупность частиц грунта, мельче которых в соста­ ве содержится соответственно 10 и 90 %.

4.4. Объемная консистенция гидросмеси

= 8,З ^ / о = 8,3^06^0,067-1,44 = 4,7 м/с,

где D — диаметр напорного трубопровода (принимается равным диаметру плавучего пульпопровода земснаряда 350-50Т, D = 0,6 м).

4.6. Фактическая скорость гидросмеси

*ЗбООяО*

86

В связи с тем, что критическая скорость в 1,4 раза больше фактической, применять трубопровод диаметром 0,6 м нельзя изза возможной его закупорки. Повторяется расчет для трубопро­ вода D = 0,5 м: при D = 0,5 м, Vh-p = 4,47 м/с, Уф = 5 м/с.

Комплектуется земснаряд 350-50Т плавучим пульпопрово­ дом D = 0,5 м от земснаряда 300-40М. Магистральный трубопро­ вод аналогично принимается диаметром 0,5 м.

4.7. Удельные гидравлические сопротивления

h = i0 + At = 0,038 + 0,047 = 0,085 м/м,

где *0 — гидравлические сопротивления при движении воды, ко­ торые находятся по формуле Дарси-Вейсбаха;

2gD 2-9,8-0,5

где Х0 — коэффициент гидравлических сопротивлений; А/ — до­ полнительные гидравлические сопротивления, обусловленные наличием твердых частиц в потоке гидросмеси,

§ — коэффициент, учитывающий влияние относительной круп­ ности частиц грунта dCfJD; <2г.кр> Qr— расход гидросмеси соответ­ ственно при критической и фактической скорости, м3/ч.

4.8. Необходимый напор для транспортирования

Н - h " + й" + йм+hn+ hztM+ =

= 25,5 + 102 + 6,4+13,3 + 2,1+5 = 154,3 м,

где /г" — гидравлические сопротивления по длине плавучего пульпопровода;

А," = 2гг4 = 2 • 0,085 • 150 = 25,5 м,

87

где Ln — длина плавучего пульпопровода (JU = 150 м); Л" — гид­

равлические сопротивления по длине магистрального пульпопро­ вода,

h? = /rL4 = 0,085 • 1200 = 102 м,

где Lu — длина магистрального пульпопровода, м; Лм — местные гидравлические сопротивления (принимаются как 5— 10 % от со­ противлений по длине пульпопровода),

hu = 0,05(/i" + /ггм) = 6,4 м;

hn— высота подъема гидросмеси,

hn= Z— = 12-1,11 = 13,3 м, Yo

где Z — разность отметок выпуска гидросмеси и оси землесоса, м; /beм— гидравлические сопротивления в пределах корпуса зем­ снаряда,

Л0ст — остаточный напор на конце пульпопровода (Лост = 3-^-5 м). На магистральном трубопроводе устанавливается перекачи­

вающая землесосная станция, оборудованная двумя последова­ тельно соединенными грунтовыми насосами 20Р-11М. Для уве­ личения надежности работы станции устанавливаются два ре­ зервных насоса 20Р-11М.

4.Расчет грунтозаборного устройства с эжектором [40]

Воснову расчета параметров и конструктивных размеров 'грунтозаборного устройству ГЗУ земснарядов с эжектором и гид­ рорыхлителем с центральными насадками принята методика С.А. Коржаева. Проверкой различных методик расчетов эжекторных

88

устройств для земснарядов наиболее близкие значения расчетных параметров с натурными измерениями получаются по этой мето­ дике. Предложенная С.А. Коржаевым формула расчета напора эжектора для земснаряда имеет следующий вид:.

На рис. 1 показана расчетная схема эжекторного устройства. Условные обозначения в формуле (1) и на рис. 1.

а — относительный напор эжектора (а = Яэж / Я0) Яэж— на­ пор эжектора м вод.ст.; Н0 — напор на насадке м вод. ст., приня­ тый в расчете Я0 = 25 м); п = (Дкс / Д,)2; Д кс — диаметр камеры смешения или всасывающего пульпопровода; Д 0 — диаметр на­ садки; р = QBC/Q 0; <2вс — всасывающий расход; Q0— расход воды из насадки; QCM— подача грунтового насоса QK + Q0; 8 — относи­ тельная плотность гидросмеси во всасывающем потоке, б = рвс / р0, в расчете 5 = 1,35 (обеспечивающая объемную консистенцию в 20 % по грунту в естественном сложении и номинальной подаче грунтового насоса при смешении потоков рш).

На рис. 2 приведена конструктивная схема эжекторно-гидро- рыхлительного ГЗУ земснаряда.

Рис. 1. Схема расчета ГЗУ:

1 — водяной напорный коллектор; 2 — насадка эжектора; 3 — входной оголо- вок-конфузор ГЗУ; 4 — всасывающий пульпопровод

89

6

~Дог/>

Рис. 2. Конструктивная схема эжскторно-гидрорыхлительного устройства:

1 — водяной напорный коллектор; 2 — насадка эжектора; 3 — входной оголо- вок-конфузор ГЗУ; 4 — всасывающий пульпопровод земснаряда; 5 — насадка гидрорыхлителя; 6 — водовод от насоса; 7 — защитная решетка ГЗУ от круп­ ных включений в грунте забоя земснаряда; 8 — экран-фланец ГЗУ; Д0 — вы­ ходной диаметр конической насадки с конусностью 13°; Д0гр— диаметр насадки гидрорыхлителя; Дв — диаметр водовода; Двс — диаметр всасывающего пуль­ попровода; Дф — диаметр экрана-фланца (Дф = 2Д 0С);Д г — диаметр коллектора

(Дк = 0,8 Двс)

Диаметр насадок определяется из известного в гидравлике выражения для расхода Q0конической насадки;

(2)

где <2о — расход, м /с; F0 — выходная площадь насадки, м ; g = 9,81 м/с2; # 0 — напор на насадке, м; ц = 0,94 — коэффициент рас­ хода для сходящейся насадке с конусностью 13° (оптимальное значение).

Диаметр насадки определяется из геометрического выраже­ ния для площади круга:

90