obschee

Рисунок 3.30 – Формы всасывающих наконечников: круглый (а), эллиптический (б) и щелевидный (в)

Непосредственное всасывание грунта из-под воды дает достаточный эффект только при разработке чистых неслежавшихся песков. При разработке слежавшихся песков или песков содержащих даже незначительные примеси глины или ила, производительность всасывания без предварительного разрыхления значительно снижается.

Поэтому большинство землесосных снарядов оборудуют каким-нибудь разрыхлительным устройством.

Фрезерные разрыхлители, которые совершают разрыхление грунта при помощи фрезы той или иной конструкции, получили наибольшее распространение. Разрыхлитель состоит из фрезы 3,

ступица которой закреплена на вращающемся валу 1 (рис. 3.31) и

приводе. Привод фрезы (электродвигатель и редуктор) обычно устанавливается на верхнем конце рамы грунтозаборного устройства и не погружается в воду. Длина вала в таком случае равна длине рамы.

Входное отверстие всасывающей трубы 3 вписывается между главным подшипником 2 и кольцом фрезы, и поэтому имеет форму искривленного эллипса. Площадь этого отверстия должна обеспечивать входную скорость, достаточную для гидротранспортировки данного грунта. Фрезы должны иметь высокую прочность и износостойкость.

81

Режущая кромка ножей на больших фрезах должна быть сменной и изготавливаться из особо износостойких сталей.

Расчет основных параметров фрезерных разрыхлителей сводится к определению среднего диаметра фрезы (для легких и тяжелых грунтов), длины фрезы, окружной скорости вращения фрезы и соответственно производительности выемки грунта при разработке [1, 180 стр.].

1– вал; 2 – подшипниковая опора; 3 – фреза; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – входное отверстие всасывающей трубы Рисунок 3.31 – Фрезерный разрыхлитель

Гидравлическое разрыхление грунтов совершается одной или несколькими струями воды, которые подаются на забой из насадок,

расположенных около всасывающего отверстия. Для этого к грунтозаборному устройству специальным насосом подается чистая вода.

Теоретические аспекты подводного размыва изложены в п. 3.1.7.

Скорость струи по всему ее рабочему участку должна быть достаточной для размыва грунта (см. табл. 3.4). Рабочая длина струи определяется зависимостью (3.23).

82

Диаметр отверстия насадки определяется следующим образом

где lр – длина рабочего участка струи, необходимая для эффективной

трудноразмывных грунтов расход воды необходимо увеличить в 1,5…2

раза; параметры m и νр – см. п. 3.1.7 и 3.1.8.

Эжекторные грунтозаборные устройства по принципу действия являются водоструйными насосами, которые установлены в конце всасывающей трубы земснаряда. Напорная вода от вспомогательного насоса поступает к патрубку 5 и попадает в цилиндрическое пространство между внешней 2 и внутренней 3

трубами. Оттуда через кольцевой зазор, созданный входной горловиной

1 и втулкой 4, вода в виде кольцевой струи с большой скоростью вытекает в камеру смешивания. Энергия напорной воды передается потоку пульпы, который всасывается в отверстие горловины 1,

благодаря чему на выходе из камеры смешивания (в диффузоре)

образуется повышенное давление. Эжекторный наконечник (рис. 3.32)

имеет насадку 6, которая размывает грунт для облегчения всасывания.

83

1 – входная горловина; 2, 3 – внешняя и внутреняня трубы; 4 – втулка;

5 – патрубок подачи напорной воды; 6 – насадка гидравлического разрыхлителя

Рисунок 3.32 – Эжекторный наконечник

Эрлифтно-земснарядные комплексы являются специфическим способом гидравлической добычи полезных ископаемых, в котором подъем грунта в промежуточную емкость осуществляется эрлифтом, а

грунтовой насос совершает откачку пульпы на карту намыва или к потребителю. Эрлифтно-земснарядные комплексы (ЭЗК), в сравнении с традиционными земснарядами, имеют более высокую производительность, меньшую трудоемкость и стоимость добычи,

обеспечивают возможность разработки ископаемых на глубине нескольких сотен метров, в том числе и из-под слоя покрывающих пород, и работу грунтового насоса с постоянной высокой концентрацией пульпы. Эрлифт имеет ряд несомненных преимуществ,

главные из которых – простота и надежность в работе, возможность транспортировки гидросмесей с высокой концентрацией твердой фракции – до 35…40%, (грунтовые насосы и углесосы, в соответствии к заводской инструкции по эксплуатации, должны работать с концентрацией 10%). Эрлифт не имеет частей, которые двигаются или быстро изнашиваются, не требует постоянного наблюдения и

84

обслуживания, как этого требует грунтовой центробежный насос,

простой и недорогой в изготовлении.

Эрлифтно-земснарядный комплекс монтируется на корпусе 15

серийного земснаряда (рисунок 3.33), обычное грунтозаборное устройство которого заменяется на эрлифт, который состоит из грунтозаборного устройства-смесителя 1, подъемной 2 и

воздухоподающей 3 труб и воздухоотделителя 8. Насосом 12 чистая забортная вода по трубопроводу 4 подается в насадки всасывающего устройства 1, которое обеспечивает размыв и разрыхление грунта.

Гидросмесь поступает в смеситель, который конструктивно совмещен со всасывающим устройством 1, где смешивается с сжатым воздухом,

который подается в смеситель компрессором 13 по воздуховоду.

Созданная трехфазная аэрогидросмесь по подъемной трубе 2

поднимается к воздухоотделителю 8, где разделяется на две фазы:

воздух направляется в атмосферу, а пульпа сливается по сбросной колоне 7 в промежуточную емкость 5. В последнем происходит разведение пульпы забортной водой до концентрации, необходимой для перекачивания ее грунтонасосом. Из промежуточной емкости пульпа грунтонасосом 11 перекачивается по пульпопроводу 14 на карту намыва.

85

Рисунок 3.33 – Эрлифтно-земснарядный комплекс

Углубление грунтозаборного устройства совершается путем опускания всего става эрлифта (подъемной 2, воздушной 3 и трубы подачи рабочей воды 4) лебедкой 10. Став выполнен в виде секций длиной 2,5…3 м, которые соединяются с помощью фланцев.

Грунтозаборное устройство и смеситель, которыми оборудуются эрлифтно-земснарядные комплексы, в большинстве случаев выполняются конструктивно совмещенными в одном узле (рис. 3.34).

Размыв слежавшегося твердого материала производится насадками 7,

подпитываемые водой, которая подается к коллектору 6 под напором по трубе 5 от специального насоса. Сжатый воздух поступает по трубе 2 к

86

камере смешивания 3, откуда через отверстия попадает к подъемной

трубе 1, где смешивается с пульпой, которая всасывается в трубу 1.

1– подъемная труба;

2– воздухоподавальная труба;

3– смеситель; 4 – фланец; 5 – труба подачи воды для размыва; 6 – кольцевой коллектор; 7 – насадки гидравлического разрыхлителя Рисунок 3.34 – Грунтозаборное устройство ЭЗК

Сбросная колона 7 (рис. 3.33) обеспечивает спуск пульпы до

Воздухоотделитель 8 движется в вертикальном проеме в обечайке

колоны. Промежуточная емкость 5 предназначена для регулирования

грунтонасосом. Емкость соединена шарниром с корпусом 15 и при

помощи лебедки и троса поднимается над уровнем или опускается под

уровень забортной воды с целью разряжения пульпы до концентрации,

необходимой для перекачивания пульпы грунтонасосом.

87

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Водоснабжение гидромеханизированных горных предприятий

– это комплекс сооружений, оборудования и коммуникаций, которые обеспечивают энергетической водой забои для размыва, отбойки и транспортирования горной массы. В этот комплекс входят: насосная станция, источник водоснабжения, система трубопроводов,

водоприемники (гидромониторы, механогидравлические машины,

комбайны, гидровентиляторы и т.д.). Водоснабжение связано с системами гидротранспорта, гидроподъема, обезвоживания гидросмеси и просвечивания шламовой воды.

Водоснабжение может быть прямым или с круговоротом воды.

При прямом водоснабжении воды используется один раз.

Отработанная технологическая воды просвечивается и очищается от загрязнений, после чего сбрасывается в природные водоемы или используется в других целях.

Значительно более эффективным является технологическое водоснабжение с круговоротом воды в замкнутом цикле, которое предусматривает многократное использование воды. При этом основной цикл ее оборота происходит между резервуарами технологической воды, насосной станцией, забоями горных выработок,

пульпосборником, землесосной (углесосной) станцией, обогатительной фабрикой, гидроотвалами и отстойником – просветителем воды.

Емкость резервуаров технологической воды определяется мощностью водопотребителей и не должна быть меньше двухчасового расхода воды при полной нагрузке главных насосов.

Водоснабжение производится самотечным, напорным и комбинированным способами. В первом случае вода по трубам, каналам

88

или лоткам движется благодаря гравитации, которое возможно только при соответственном рельефе местности. Напорное водоснабжение

требует затрат энергии и совершается насосами (преимущественно центробежными). При комбинированном водоснабжении сначала совершается самотечный транспорт воды в резервуар, откуда насосами вода подается к забоям, или наоборот, вода насосами транспортируется в резервуар, который расположен на значительной высоте. От такого резервуара вода распространяется к потребителям по трубам с достаточным напором, который создается из-за разницы высот.

4.1 Расчет водопроводов и выбор насосов

4.1.1 Расчет водоснабжающей сети

Водопроводы подразделяют на магистральные, проложенные

от насосной станции к карьеру или стволу шахты, разводящие, которые подают воду от магистрального трубопровода на отдельные участки карьера (шахты), и забойные, которые располагаются на рабочих площадках уступа карьера или пульпосбрасывающих печах гидрошахты.

Цель гидравлического расчет – определение оптимального диаметра трубопровода и выбор насоса, который обеспечит

необходимый напор и расход воды при работе на этот трубопровод.

Определяется также толщина стенок трубы, которая обеспечивает ее

механическую прочность с учетом запаса на коррозионный износ в период эксплуатации сети.

Общие принципы расчета водопроводов для открытых и

подземных разработок одинаковые, но есть специфические

89

расхождения при определении степени коррозионного износа стенок трубопроводов.

Расчетная схема простого, неразветвленного трубопровода,

предназначенного для подачи воды из резервуара (водоема) к

гидромонитору, показана на рисунке 4.1. Для такой схемы справедливо уравнение

где Нн – напор, создаваемый насосом; Нм – напор во входном патрубке гидромонитора (или другого потребителя); Нг – геометрический напор; ΣНп – суммарные потери напора в трубопроводе.

Рисунок 4.1 – Схема к расчету простого трубопровода

Геометрическим напором называют разницу геодезических значений конца трубопровода (площадки уступа) и его начала (уровня воды в резервуаре или водоеме). Если потребитель воды находится ниже, чем уровень воды в резервуаре, геометрический напор следует брать со знаком минус.

Суммарные потери напора складываются с потерь напора по длине трубы и местных сопротивлений (на вентилях, обратных клапанах, коленах и др.).

Потери напора на 1 м трубопровода – гидравлический уклон – можно определить по формуле Дарси-Вейсбаха

90