2843.Разработка калийных месторождений практикум
..pdf6. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗАКЛАДОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПОЛНОТЫ ЗАПОЛНЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
6.1. Приемная способность рудника по закладке отходов
При составлении баланса отходов часто возникает вопрос о приемной способности рудника по закладке. Приемную способность удобно оценивать по отношению массы закладки к массе образующихся солеотходов.
Максимальная годовая масса закладки, т,
Q |
= |
Qг.р (1−αпод ) kз ρз.м |
, |
(6.1) |
|
||||
з.max |
|
ρруд |
|
|
|
|
|
||
где Qг.р – годовая добыча руды, т;
αпод – коэффициент добычи руды из подготовительных и капиталь-
ных выработок, доли ед.;
kз – степень заполнения камер;
ρз.м – плотность закладочного массива, т/м3; ρруд – плотность руды, т/м3.
Годовое образование солеотходов, т,
Qг.с =Qг.р (1−βKCl −βН.О. ), |
(6.2) |
где βKCl , βН.О. – содержание в руде соответственно KСl и Н.О. Коэффициент использования солеотходов для закладки
kис = |
Q |
|
kз ρз.м (1−αпод ) |
|
|
||
з.max |
= |
|
|
. |
(6.3) |
||
ρруд (1−βKCl −βН.О. ) |
|||||||
|
Qг.с |
|
|
|
|||
Пример 1. Определить приемную способность рудника по закладке |
|||||||
солеотходов при значениях: kз |
= 0,8, ρз.м |
= 5 т/м3, ρруд |
= 2,08 т/м3, αпод = |
||||
= 0,07, βKCl = 0,26, βН.О. = 0,016. |
|
|
|
|
|||
Коэффициент использования солеотходов для закладки составит 0,74. Это означает, что 26 % солеотходов должны складироваться на солеотвале.
151
Расчетная работа № 1
Определить приемную способность рудника по закладке солеотходов.
Исходные данные по вариантам
Номер |
ρз.м , т/м3 |
ρруд, т/м3 |
αпод |
βKCl |
βН.О. |
kз |
варианта |
|
|
|
|
|
|
1 |
1,55 |
2,00 |
0,065 |
0,20 |
0,015 |
0,80 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1,60 |
2,05 |
0,067 |
0,23 |
0,017 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1,65 |
2,08 |
0,070 |
0,25 |
0,020 |
0,75 |
4 |
1,70 |
2,10 |
0,075 |
0,27 |
0,023 |
0,70 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
1,55 |
2,00 |
0,065 |
0,30 |
0,025 |
0,80 |
6 |
1,60 |
2,00 |
0,067 |
0,20 |
0,015 |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
1,65 |
2,05 |
0,070 |
0,23 |
0,017 |
0,85 |
8 |
1,70 |
2,08 |
0,075 |
0,25 |
0,020 |
0,80 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
1,55 |
2,10 |
0,065 |
0,27 |
0,023 |
0,75 |
10 |
1,60 |
2,00 |
0,067 |
0,30 |
0,025 |
0,70 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
1,65 |
2,00 |
0,070 |
0,20 |
0,015 |
0,80 |
12 |
1,70 |
2,05 |
0,075 |
0,23 |
0,017 |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
1,55 |
2,08 |
0,065 |
0,25 |
0,020 |
0,80 |
14 |
1,60 |
2,10 |
0,067 |
0,27 |
0,023 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
1,55 |
2,00 |
0,070 |
0,30 |
0,025 |
0,75 |
6.2. Расчет гидрозакладочной установки
Порядок расчета гидрозакладочной установки зависит от поставленной задачи, однако расчетные зависимости остаются одни и те же. Ниже приведен порядок расчета при заданной годовой производительности.
Часовая производительность гидрозакладочной установки Qч, т/ч, определяется по формуле
Q = |
Qг |
, |
(6.4) |
|
|||
ч |
Тф tc |
|
|
где Qг – годовая производительность установки, т; Тф – годовое количество дней работы фабрики;
tc – суточное время работы гидрозакладочной установки, ч.
152
На ОАО «Уралкалий» Тф обычно составляет 330–340 дней. Значение tc зависит от горнотехнических условий и не превышает 20 ч.
Часовая подача пульпы V , м3/ч, определяется по формуле |
|
||
п |
|
|
|
V = |
Qч |
(Ж+Т), |
(6.5) |
|
|||
п |
ρт.с |
|
|
где Ж:Т – объемное отношение жидкого к твердому в пульпе; ρт.с – плотность частиц солеотходов, т/м3.
Плотность частиц солеотходов ρт.с, т/м3, зависит от их состава и определяется по формуле
ρт.с =ρKCl αKCl +ρNaCl αNaCl +ρCaSO4 αCaSO4 +ρН.О. αН.О., |
(6.6) |
где ρKCl , ρNaCl , ρCaSO4 , ρН.О. – плотность частиц соответственно KCl, NaCl, CaSO4, Н.О., т/м3;
αKCl , αNaCl , αCaSO4 , αН.О. |
– содержание соответственно KCl, NaCl, |
|||||
CaSO4, Н.О., доли ед. |
|
|
|
|
|
|
Объемное отношение Ж:Т в среднем составляет 2:1. |
|
|||||
Диаметр трубопроводаД, м, определяется по формуле |
|
|||||
Д = |
|
Vп |
|
|
, |
(6.7) |
|
2826 V |
k |
|
|||
|
|
кр |
|
з |
|
|
где Vкр – критическая скорость пульпы, м/с; kз – коэффициент запаса.
Минимальный коэффициент запаса критической скорости принимают
1,05–1,1.
Критическую скорость Vкр, м/с, для частиц средним размером dср менее 1 мм определяют по формуле
Vкр = 4,23 Д. |
(6.8) |
Критическую скорость Vкр, м/с, для частиц средним диаметром dср = |
|
= 1…3 мм определяют по формуле |
|
Vкр = 4,23 Д +0,5(dср −1). |
(6.9) |
153 |
|
Полученное значение Д округляют до ближайшего стандартного и при необходимости корректируют значение Vп.
Расход рассола на приготовление пульпы Vр, м3/ч, определяется по формуле
|
Vр =Vп −Qч (ρ−т.1с +1,15 wс ) , |
(6.10) |
|||||
где 1,15 |
– коэффициент, учитывающий увеличение объема воды при на- |
||||||
сыщении ее солями; |
|
|
|
|
|
|
|
wс |
– влажность солеотходов, доли ед. |
|
|
|
|||
Плотность пульпы ρп, т/м3, определяется по формуле |
|
||||||
|
|
Q |
|
ρр |
|
|
|
|
ρп = ρр + |
ч |
1− |
|
|
, |
(6.11) |
|
V |
ρ |
|
||||
|
|
|
т.с |
|
|||
|
|
п |
|
|
|||
где ρр – плотность рассола, т/м3.
Шахтные пульпопроводы монтируют из труб из различных материалов, чем достигаются оптимальные эксплуатационные показатели. Участки пульпопровода монтируют из стальных, полимерно-армированных труб (ПАТ), полиэтиленовых, стеклопластиковых труб.
Потери напора ∆Нi , м вод. ст., определяют для каждого участка по формуле
|
∆Нi = ∆hi Li ±∆Нгi ρп, |
(6.12) |
где ∆hi |
– удельные потери давления в i-м участке трубопровода, м вод. |
|
столба /м; |
|
|
Li |
– длина i-го участка пульпопровода, м; |
|
∆Нгi – геодезический перепад отметок начала и конца i-го участка, м; |
||
ρп |
– плотность пульпы, т/м3. |
|
Знак «+» ставится в случае, если i-й участок восходящий, а знак «–» – если участок нисходящий.
Удельные потери напора ∆hi , м вод. ст./м, определяются по формуле
∆h = λ |
|
|
v2 |
ρ |
п |
k |
н |
|
|
|
|
i |
|
|
, |
(6.13) |
|||
|
|
2g Дi |
|
||||||
i |
i |
|
|
|
|
||||
|
|
154 |
|
|
|
|
|
||
где λi – коэффициент гидравлического трения на i-м участке; vi – скорость пульпы на i-м участке, м/с;
kн – коэффициент запаса, kн = 1,05…1,1; Дi – диаметр трубопровода на i-м участке, м.
Коэффициент гидравлического трения λ определяют по формуле Альтуле:
|
∆ |
|
68 0,25 |
||
λ = 0,11 |
|
+ |
|
, |
|
Д |
|||||
|
|
Re |
|
||
где ∆ – величина шероховатости внутренней поверхности труб, м; Re – число Рейнольдса.
Число Рейнольдса определяется по формуле
Re = vηД,
где η – кинематический коэффициент вязкости.
(6.14)
(6.15)
Значение ∆ зависит от материалов, из которых изготовлены трубы. Для стальных труб принимают ∆ = 0,5…1,0 мм, для труб ПАТ, полиэтиленовых и стеклопластиковых ∆ = 0,15…0,2 мм.
Значение η приведено на графиках (рис. 6.1), оно зависит от температуры пульпы и состава рассола.
η·10–6, м2/с |
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
|
3,0 |
|
|
|
|
|
2,0 |
|
|
|
|
|
1,0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
MgCl2, г/л |
|
Рис. 6.1. Зависимость кинематической вязкости рассолов, насыщенных KCl и NaCl (η), от содержания MgCl2: 1 – температура рассола t = 15°; 2 – t = 25°; 3 – t = 35°
155
Поскольку монтируемые трубы имеют различное допустимое давление, уменьшающееся от ствола к забою, расчет потерь напора производят начиная с конца пульпопровода, т.е. от точки слива пульпы. Конечный участок пульпопровода (далее – забойный пульпопровод) монтируют из труб меньшего диаметра, что значительно облегчает монтажно-демонтаж- ные работы.
Потери напора в забойном пульпопроводе ∆Нз определяют по фор-
мулам (6.12–6.15), подставляя в формулы значения параметров, соответствующих забойному участку.
Далее расчет проводят в следующем порядке. По формуле (6.13) определяют значение ∆h для следующего участка.
Затем определяют длину этого участка L, м, по формуле
L = |
Pд −∆Hз ±∆Нг ρп |
, |
(6.16) |
|
|||
|
∆h kн |
|
|
где Pд – допустимое давление труб рассчитываемого участка, м вод. столба.
Вслучае если длина участка задана, сравнивают возможную длину
сзаданной. Заданная длина участка должна быть меньше возможной. При заданной длине участка определяют потери напора в нем по форму-
ле (6.12).
После этого расчет продолжают до ствола. У ствола потери напора
должны быть меньше или равны движущему |
напору столба пульпы |
в стволе. Движущий напор столба пульпы в стволе Hдв, м вод. ст., опреде- |
|
ляется по формуле |
|
Hдв = Нств ρп, |
(6.17) |
где Нств – высота пульпопровода в стволе, м.
В случае если движущий напор меньше, необходимо устанавливать пульпоперекачную станцию, с напором больше разницы между потерями напора и движущим напором.
Пример 2. Расчет гидрозакладочной установки с годовой производительностью 1500 тыс. т солеотходов.
Характеристика солеотходов: влажность 7 %, средняя крупность
1,2 мм, состав: NaCl – 93 %, KCl – 3 %, CaSO4 – 3 %, H.О. – 1 %. Абсолют-
ные отметки устья ствола +135 м, точки слива пульпы – минус 150 м. Дли-
156
на пульпопровода 6000 м, фабрика работает 330 дней в году, подача пульпы производится 17 ч в сутки.
Часовая производительность гидрозакладочной установки
Q = |
Qг |
= |
1500 000 |
= 267 т/ч. |
|
Тф tc |
|
|
|||
ч |
|
|
330 17 |
|
|
Плотность частиц солеотходов
ρт.с =ρKCl αKCl +ρNaCl αNaCl +ρCaSO4 αCaSO4 +ρН.О αН.О. =
= 2,0 0,03 +2,16 0,93 +2,35 0,03 +2,6 0,01= 2,16 т/м3.
Ориентировочный часовой расход пульпы
V = |
Qч |
(Ж+Т) = |
267 |
(2 +1) = 371 м3/ч. |
|
|
|||
п |
ρт.с |
2,16 |
|
|
Критическая скорость движения пульпы |
||||
Vкр = 4,23 Д +0,5(dср −1) = 4,23 |
0,25 +0,5(1,2 −1) = 2,22 м/с. |
|||
Значение Д в первой попытке принимаем 0,25 м.
Расчетная часовая подача пульпы при критической скорости и принятом диаметре
V = 2826 V |
k |
v |
Д2 = 2826 2,22 1,15 0,252 = 412 м3/ч. |
|||||||||||
п |
кр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Плотность пульпы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Q |
|
|
ρр |
|
|
267 |
|
|
1,23 |
|
3 |
|
|
ρп =ρр + |
ч |
1− |
|
|
= 1,23 + |
|
1 |
− |
|
=1,51 |
т/м |
. |
||
|
ρ . |
412 |
||||||||||||
|
V |
|
|
|
|
|
|
2,16 |
|
|
|
|||
|
п |
|
|
т с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Расход рассола на приготовление пульпы
Vр =Vп −Qч (ρ−т.1с +1,15 wс ) = 412 −267 (2,16−1 +1,15 0,07) = 267 м3/ч.
Определим потери напора в забойном пульпопроводе из полиэтиленовых труб SDR21 225×10,8 длиной 150 м. Пульпопровод имеет подъем 2,0 м. Внутренний диаметр трубы 203 мм.
Скорость движения пульпы в трубе SDR21 225×10,8
157
|
|
v = |
|
V п |
= |
|
412 |
|
|
|
= 3,54 м/с. |
|
||||||||
|
|
2826Дз2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
з |
|
|
2826 0,2032 |
|
|
|
|
|
|||||||||
Коэффициент гидравлического трения |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
∆ |
|
68 0,25 |
|
|
|
0,00015 |
|
68 |
0,25 |
|||||||||
λз = 0,11 |
|
|
|
+ |
|
|
|
= 0,11 |
|
|
|
+ |
|
|
= 0,019. |
|||||
Дз |
|
|
|
|
422718 |
|||||||||||||||
|
|
Re |
|
|
|
|
0,203 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Re = vз Дз = |
|
3,54 0,203 |
= |
|
422 718. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
η |
|
|
|
1,7 10−6 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Удельные потери напора в забойном пульпопроводе |
|
|||||||||||||||||||
∆h = λ |
|
v2 ρ |
|
= 0,019 |
|
3,542 1,51 |
= |
0,09 м вод. ст./м. |
||||||||||||
|
|
з |
|
п |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
з |
|
з 2g Дз |
|
|
|
|
2g 0,203 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Потери напора в забойном пульпопроводе |
|
|
|
|
||||||||||||||||
∆Нз = ∆hi Lз k +∆Нгi |
ρп = 0,09 150 1,05 +2 1,51 =17 м вод. ст. |
|||||||||||||||||||
Определим потери напора в следующем участке пульпопровода из полиэтиленовых труб SDR9 315×35. Пульпопровод имеет подъем 15 м. Внутренний диаметр трубы 245 мм.
Скорость движения пульпы в трубопроводе SDR9 315×35
v |
= |
V п |
= |
412 |
= 2,43 м/с. |
2826Дпэ2 |
|
||||
пэ |
|
|
2826 0,2452 |
|
Коэффициент гидравлического трения
|
|
|
∆ |
|
68 |
0,25 |
|
|
0,00015 |
||||
λпэ = 0,11 |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
= 0,11 |
||||
Дпэ |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
Re |
|
|
0,245 |
|||||||
|
|
|
|
Re = vпэ Дпэ = |
2,43 0,245 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
η |
|
|
1,7 10−6 |
Удельные потери напора |
|
|
|
||||||||||
∆h |
= λ |
|
|
v2 |
ρ |
п |
|
= 0,0185 |
|
2,432 1,51 |
|||
|
|
пэ |
|
|
|
|
|||||||
пэ 2g Дпэ |
|
||||||||||||
пэ |
|
|
|
|
2g 0,245 |
||||||||
+68 0,25 =
0,0185.
350 205
=350 205.
=0,0343 м вод. ст./м.
Возможная длина пульпопровода определяется с учетом износа труб.
158
Допустимое давление в трубах с учетом износа принимается 125 м вод. ст.
L = |
Pпэ −∆Hз ±∆Нг ρп |
= 125 −17 −15 1,51 |
= 2266 м. |
|
|||
пэ |
∆hпэ kн |
0,0343 1,1 |
|
|
|
Длину участка из полиэтиленовых труб SDR9 315×35 принимаем
2200 м.
Определим потери напора и длину следующего участка из полимерноармированных труб ПАТ-275 с толщиной стенки 16 мм. Внутренний диаметр 243 мм. Участок пульпопровода горизонтальный. Допустимое давление 400 м вод. ст.
Скорость движения пульпы в трубопроводе ПАТ-275
|
|
vПАТ = |
|
|
|
Vп |
|
= |
|
|
412 |
|
= 2,47 м/с. |
||||||
|
|
2826 ДПАТ2 |
2826 0,2432 |
||||||||||||||||
Ввиду незначительного различия в диаметрах |
трубы SDR9 315×35 |
||||||||||||||||||
и трубы ПАТ-275 |
коэффициент |
гидравлического |
трения принимаем |
||||||||||||||||
λ = 0,0185. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Удельные потери напора в трубопроводе ПАТ |
|
||||||||||||||||||
∆h |
= λ |
|
v2 |
ρ |
п |
|
= 0,0185 |
|
2,472 1,51 |
= 0,0358 м вод. ст./м. |
|||||||||
|
|
ПАТ |
|
|
|
|
|
||||||||||||
ПАТ 2g ДПАТ |
|
|
|||||||||||||||||
ПАТ |
|
|
|
|
|
|
|
2g 0,243 |
|
|
|||||||||
Возможная длина участка из труб ПАТ |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
L |
|
|
= |
PПАТ − Рпэ |
= |
|
400 −125 |
|
= 6983 м. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
0,0358 1,1 |
|||||||||||||
|
|
|
ПАТ |
|
∆h |
|
k |
н |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПАТ |
|
|
|
|
|
|
||||
Потребная длина участка из труб ПАТ
Lп.ПАТ = Lmax −Lпэ = 6000 −2200=3800 м.
Потери напора на участке из труб ПАТ
∆НПАТ = ∆hПАТ k LПАТ = 0,0358 1,1 3800 =150 м вод. ст.
Общие потери напора составят
∆НΣ = ∆НПАТ +∆Нпэ = 150 +125 = 275 м вод. ст.
Движущий напор
Hдв = Нств ρп = 240 1,51 = 362 м вод. ст.
159
Поскольку движущий напор больше потерь напора, гидротранспорт пульпы обеспечивается с большим запасом.
Расчетная работа № 2
Выполнить расчет гидрозакладочной установки. Исходные данные по вариантам
|
|
Влаж- |
Сред- |
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Qг, |
ность |
ний |
NaCl, |
KCl, |
CaSO4 |
Н.О., |
Нств, |
Нслива, |
L тр, |
tc, |
вариан- |
млн т |
солеот- |
размер |
% |
% |
% |
% |
м |
м |
м |
ч |
та |
ходов, |
зерен, |
|||||||||
|
|
% |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1,0 |
5 |
1,2 |
90 |
4 |
3 |
3 |
+140 |
–150 |
6000 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1,2 |
6 |
1,3 |
95 |
3 |
1 |
1 |
+130 |
–140 |
5500 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1.5 |
7 |
1,4 |
93 |
3 |
2 |
2 |
+150 |
–130 |
5000 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
1,7 |
8 |
1,5 |
92 |
4 |
3 |
1 |
+160 |
–120 |
6500 |
20 |
5 |
2,0 |
5 |
1,2 |
90 |
4 |
3 |
3 |
+140 |
–150 |
6000 |
17 |
6 |
1,0 |
6 |
1,3 |
95 |
3 |
1 |
1 |
+130 |
–140 |
5500 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
1,2 |
7 |
1,4 |
93 |
3 |
2 |
2 |
+150 |
–130 |
5000 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
1.5 |
8 |
1,5 |
92 |
4 |
3 |
1 |
+160 |
–120 |
6500 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
1,7 |
5 |
1,2 |
90 |
4 |
3 |
3 |
+140 |
–150 |
6000 |
17 |
10 |
2,0 |
6 |
1,3 |
95 |
3 |
1 |
1 |
+130 |
–140 |
5500 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
1,0 |
7 |
1,4 |
93 |
3 |
2 |
2 |
+150 |
–130 |
5000 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
1,2 |
8 |
1,5 |
92 |
4 |
3 |
1 |
+160 |
–120 |
6500 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
1.5 |
5 |
1,2 |
90 |
4 |
3 |
3 |
+140 |
–150 |
6000 |
17 |
14 |
1,7 |
6 |
1,3 |
95 |
3 |
1 |
1 |
+130 |
–140 |
5500 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
2,0 |
7 |
1,4 |
93 |
3 |
2 |
2 |
+150 |
–130 |
5000 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.3. Расчет степени заполнения камер солеотходами
Общие сведения
В общем случае степень заполнения камер определяют как отношение объема закладочного массива к объему камеры. Поскольку объем закладочного массива пропорционален его высоте, степень заполнения камер можно определить как отношение средней высоты закладочного массива hз.м к высоте камеры hк.
160