Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с использованием внутризабойного цикла водоснабжения

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чаплыгин, Валерий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ. . ^

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований. £

1.1.Опыт применения и перспективы гидромеханизации на карьерах. £

1.2. Анализ исследований по созданию ресурсосберегающих технологий гидромеханизации.

1.3. Цель, задачи и методы исследований. Ъ0>

Глава 2. Обоснование целесообразной степени сгущения гидросмеси при применении внутризабойного цикла водоснабжения

2.1. Исследование влияния концентрации твердого в гидросмеси на металлоемкость насосного оборудования гидротранспортной установки.

2.2. Исследование влияния концентрации твердого в гидросмеси на металлоемкость трубопроводов. «£5*

2.3. Анализ возможности повышения плотности гидросмеси по условиям гидротранспорта.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Обоснование способа интенсификации сгущения гидросмеси и осветления воды в зумпфе гидротранспортной установки для организации внутризабойного цикла водоснабжения

3.1. Анализ способов интенсификации осветления воды.

3.2. Исследование параметров порога перелива секционного зумпфа забойной гидротранспортной установки.

3.3 Исследование осаждения твердых частиц в промежуточном зумпфе-отстойнике. у^

Выводы по главе 3.

Глава 4. Обоснование параметров технологии гидровскрышных работ с дополнительным внутризабойным циклом водоснабжения

4.1. Исследование действительных режимов работы оборудования гидромониторно-землесосного комплекса разреза «Еру-наковский». S

4.2. Оценка возможности использования существующего насосного оборудования для осуществления технологии гидромеханизации с дополнительным внутризабойным циклом водоснабжения . .:.:. ш

4.3. Обоснование структуры и основных параметров гидрокомплекса с внутризабойным циклом водоснабжения. НЗ

Выводы по главе 4.

Глава 5. Разработка рекомендаций по организации работы ресурсосберегающего гидровскрышного комплекса в условиях разреза «Ерунаковский».

5.1. Расстановка землесосных станций по трассе гидротранспортирования .,>./е?^

5.2. Согласование режимов работы оборудования систем водоснабжения и гидротранспорта.V

5.3. Оценка ресурсосбережения при внедрении технологии гидровскрышных работ с внутризабойным циклом водоснабжения . .:.m

Выводы по главе 5.,.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с использованием внутризабойного цикла водоснабжения"

Актуальность работы. Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессов; простота конструкций, небольшие массы и габариты используемых машин и аппаратов; высокая производительность труда; относительно небольшие капитальные затраты и себестоимость производства горных работ; экологическая чистота и безопасность производственных процессов.

В настоящее время гидромеханизация достаточно широко применяется в горнодобывающей промышленности при производстве вскрышных работ на угольных и железорудных карьерах, в цветной металлургии и в промышленности строительных материалов, в гидротехническом строительстве. Только на угольных разрезах Кузл нецкого бассейна этим способом разработано свыше 350 млн. м пород вскрыши, в том числе на разрезе «Ерунаковский» свыше 16 млн. м3, а перспективные объемы, которые можно разрабатывать гидро-мониторно - землесосным способом превышают 1,5 млрд. м3.

В то же время расширение области применения этого перспективного способа комплексной механизации открытых горных работ сдерживается рядом отрицательных факторов, основными из котоа рых являются большие энергоемкость, достигающая 10. 14 кВтч/м , и расход воды в производственном процессе, составляющий 7. 14 м3/м3.

Снижения энерго - и водопотребления при гидротранспорте возможно добиться путем увеличения концентрации твердого в перекачиваемой гидросмеси. При гидромониторной разработке пород сгущение гидросмеси можно получить за счет применения технологии гидромеханизации с частичным внутризабойным циклом снабжения гидромониторов водой, осветленной в зумпфе забойной гидротранспортной установки. Такая технология позволяет снизить энергозатраты на 15.45% и удельный расход воды в 1,8.2,6 раза При этом возможно снизить и металлоемкость оборудования.

Однако, работоспособность и эффективность такой технологии будет зависеть в первую очередь от степени осветления воды, используемой во внутризабойном цикле водоснабжения, выбора основного оборудования для его организации и обоснования параметров его работы. Поэтому совершенствование и обоснование параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ, позволяющей снизить расход электроэнергии, металла и воды, является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.

Цель - обоснование параметров внутризабойного цикла водоснабжения гидромониторно-землесосного комплекса, обеспечивающего сбережение ресурсов при ведении гидровскрышных работ на разрезах.

Идея работы - при ведении гидровскрышных работ гидро-мониторно-землесосными комплексами, дополнительный внутри-забойный цикл водоснабжения гидромонитора, работающего на осветленной в забойном зумпфе воде, приводит к увеличению концентрации твердого в пульпе, транспортируемой на гидроотвал и,х тем самым, позволяет сократить потребление электроэнергии, металла и воды.

Основные научные положения

1. Внутризабойный цикл водоснабжения гидромониторно-землесосного комплекса позволяет за счет объема пород, разрабатываемых дополнительным гидромонитором, работающим на осветленной гидросмеси, увеличить концентрацию твердого в пульпе, ^транспортируемой в гидроотвал, что сокращает удельный расход л электроэнергии на разработку 1 м вскрышных пород в 1,25-1,30 раза, удельную металлоемкость в 2,5 раза и водопотребление более чем в 2 раза. При этом сокращается объем перекачиваемой из карьера гидросмеси.

2. При постоянной производительности гидротранспортной установки по твердому с увеличением плотности перекачиваемой гидросмеси от 1100 до 1300 кг/м масса грунтовых насосов уменьшается в 2,15-1,80 раза в зависимости от высоты подъема гидросмеси, при этом погонная масса трубопровода уменьшается в 1,8 раза Причем масса грунтовых насосов и трубопроводов линейно зависят соответственно от произведения подачи (производительности) на напор в номинальном режиме и от внутреннего диаметра трубы, зависимости которых апроксимируются установленными уравнениями прямых.

3. Установленные параметры зумпфа-отстойника и высота порога перелива обеспечивают осаждение частиц граничного диаметра и необходимую подачу осветленной воды для внутризабой-ного цикла водоснабжения в технологической схеме ведения гидровскрышных работ гидромониторно-землесосными комплексами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающйх анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, аналитические исследования с использованием основополагающих положений механики, гидравлики, гидромеханизации и теории насосных установок, обработку результатов исследований с помощью статистических методов и ЭВМ.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей металлоемкости гидротранспортной установки от концентрации твердого в гидросмеси и параметров трехсекционного зумпфа забойной гидротранспортной установки от подачи внутризабойной насосной станции водоснабжения, степени осветления воды и физико-механических свойств разрабатываемых пород.

Практическое значение работы состоит в обосновании параметров и разработке ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с внутризабойньш циклом водоснабжения для условий разреза «Ерунаковский».

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по организации повторного внутризабойного цикла водоснабжения, основанные на исследованиях настоящей диссертационной работы и связанные с тематикой хоздоговорной НИР ТО - 485, приняты к реализации в проекте реконструкции разреза «Ерунаковский» ОАО «Гипроуголь».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2000 - 2003 г. г.) и на третьем Всероссийском съезде гидромеханизаторов (Москва, 2003 г.)

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 25 рисунков, 38 таблиц, список литературных источников из 63 наименований, а также два приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Чаплыгин, Валерий Васильевич

Основные выводы и результаты, полученные в диссертации, заключаются в следующем:

1. Повышение концентрации твердого в гидросмеси позволяет снизить не только удельные затраты электроэнергии и воды, но и металлоемкость основного оборудования гидромониторно-землесосного комплекса Анализ зависимости металлоемкости гидротранспортной установки от концентрации твердого в перекачиваемой гидросмеси показал, что повышение ее плотности при транспортировании песчано-глинисгых пород, которые являются характерными для наносов угольных месторождений, целесообразно осуществлять до величины 1170. 1200 кг/м , что совпадает с результатами исследований зависимости удельного расхода электроэнергии от плотности гидросмеси. Поэтому следует считать, что по условиям ресурсосбережения сгущение гидросмеси целесообразно производить до величины удельного расхода воды равной 5. 4 м3/м3.

Установлено также, что по условиям соблюдения критических скоростей транспортирования наиболее распространенные в гидромеханизации грунтовые насосы и землесосы мо1уг обеспечить пере* д качивание гидросмесей плотностью 1220 кг/м и выше, что позволяет осуществлять гидротранспорт с целесообразным по условиям ресурсосбережения удельным расходом воды.

2. Для интенсификации сгущения гидросмеси и осветления воды, используемой для размыва породы гидромониторами, зумпф забойной гидротранспортной установки рекомендуется делать из трех секций, соединенных порогами перелива: собственно зумпф землесосной станции обычных размеров; промежуточный зумпф-отстойник, размеры которого определяются необходимой степенью осветления воды, и зумпф-водосборник внутризабойной насосной установки водоснабжения.

3. Разработаны методики расчета порогов перелива и зумпфа-отстойника, позволяющие определить их параметры в зависимости от подачи внутризабойной установки водоснабжения, физико-механических свойств разрабатываемых пород и необходимой степени осветления воды. При этом установлено, что основная часть твердых частиц выпадает в осадок при длине пути осаждения до 40 м, а степень осветления зависит так же от ширины зумпфа-отстойника и высоты порога перелива.

4. В условиях разреза «Ерунаковский» внутризабойные установки водоснабжения рекомендуется оборудовать двумя параллельно работающими углесосами У 900-175, а основную установку водоснабжения двумя последовательно соединенными насосами Д 400095 и Д 4000-95а В этом случае удельный расход воды на гидротранспорт составит 4,6 м /м , а на каждую забойную гидротранспортную установку потребуется установить один рабочий землесос ЗГМ-2М вместо двух при существующей технологии.

Такой гидромониторно-землесосный комплекс будет иметь равную существующему производительность по твердому, но при этом вдвое сократится количество насосов гидротранспортных установок и уменьшатся количество и диаметры пульповодов и водоводов.

5. Каждый зумпф забойных гидротранспортных установок необходимо дополнить зумпфом-отстойником шириной 5 м и длиной 25.30 м и зумпфом-водосборником, соединенных между собой порогами перелива высотой 0,2 м.

6. Применительно к гидромониторно-землесосным комплексам местоположение перекачивающих землесосных станций следует выбирать из условия, чтобы их режимы работы были близкими к номинальным. В этом случае перекачивающие гидротранспортные установки будут иметь максимальный срок работы на одном месте, а регулирование режима работы будет необходимо только для головной землесосной станции.

7. Разработанная технология гидровскрышных работ с внутри-забойным циклом водоснабжения для условий разреза »Ерунаков-ский» при одинаковой с традиционной технологией производительности по твердому позволяет снизить установленную мощность электродвигателей на 23%, удельный расход электроэнергии на 28%, металлоемкость в 1,7 раза и удельный расход воды в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных в диссертационной работе исследований решена актуальная научная задача обоснования основных параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с внутризабойным циклом водоснабжения на примере разреза «Ерунаковский», позволяющей снизить затраты электроэнергии, металла и воды на разработку и транспортирование породы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Чаплыгин, Валерий Васильевич, Москва

1. Абрамов H.H. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1974. -480 с.

2. Александров В.И. Снижение энергоемкости гидравлического транспортирования гидросмесей при высоких концентрациях твердой фазы. Автореферат дис. . докг. техн. наук. СПб.: 2000. - 50 с.

3. Водоснабжение и очистка сточных вод при разработке россыпных месторождений. -М: Стройиздат, 1975.-183 с.

4. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. /Под ред. Т.М. Башты. М,: Машиностроение, 1970.-504 с.

5. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М,: Высшая школа, 1977. - 479 с.

6. ГОСТ 17398 72. Насосы. Термины и определения.

7. ГОСТ 10272 Насосы центробежные двустороннего входа. Основные параметры.

8. ГОСТ 10407 88. Насосы центробежные многоступенчатые секционные. Типы и основные параметры.

9. Гришко А.П., Полежаев A.B., Гришко А.П.Надежность и резервирование систем гидротранспорта на карьерах //Экспресс информ. ЦНИЭИУголь. - Вып. 3, - М.: 1981. -37 с.

10. Ю.Демченко A.B. Технология возведения дренажных элементов во внутренних зонах гидроотвала.-Уголь, 1977,11

11. Джваршейшвили А.Г. Гидротранспортные системы горнообогатительных комбинатов. М.: Недра, 1973. - 351 с.

12. Дутченко П.Н., Азаматов Ф.Л., Смышляев Г.К. Исследование процесса фильтрования тонкоизмельченного железорудного концетрата //Горный журнал. 1979. - № 2. - с. 57 - 59.

13. Дмитриев Г.П., Махарадзе Л.И., Гочиташвили Т.Ш. Напорные гидротранспортные системы. М.: Недра, 1991. -304 с.

14. Дмитриев Г.П. Расчет гидротранспорта сыпучих материалов повышенной плотности // Физико-технические прбле-мы разработки полезных ископаемых. № 1. Новосибирск, 1971.-с. 145- 148.

15. Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы. М.: Машиностроение, 1986. - 320 с.

16. Животовский ЯС., Смойловская Л.А. Лопастные насосы для абразивных гидросмесей. М.: Машиностроение, 1978.-220 с.

17. Кашпар Л.Н. Гидромеханизация вскрышных работ. М.: УДН, 1970. - 70 с.

18. Каштанов П.Б. Обоснование параметров гидромониторно-землесосного комплекса с дополнительным внутризабой-ным циклом водоснабжения. Дис. . канд. техн. наук. М.: МГГУ, 1994. 198 с.

19. Киселев П. Г. Справочник по гидравлическим расчетам. -Л.: Госэнергоиздат, 1974. 352 с.

20. Кириченко Ю.В. Геомеханическое обоснование технологий переноса гидроотвала № 3 разреза «Кедровский». В сб. Гидромеханизация 98. М.МГГУ, 1999, с. 103-112.

21. Кириченко Ю.В., Жданов С.Е. Опыт эксплуатации гидротранспортных систем на песчано-гравийных карьерах Башкирии. В сб. Новые технологии и технические средства гидромеханизации и подводной добычи. М.: МГГУД994, с. 69-77

22. Кононенко Е.А., Горте В.Ф. Перспективы гидровскрышных работ на угольных разрезах // Научно-технические1. KJ KJдостижения и передовой опыт в угольной промышленности: Сб. ЦНИИЭИУголь. 1984. - № 6. - с. 23-25.

23. Кононенко Е.А., Шелоганов В.И., Чаплыгин В.В. Обоснование параметров ресурсосберегающих гидрокомплексов для условий разреза «Ерунаковский» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. - Вып. 11. -с.156-158.

24. Коршунов А.П. Разработка новых конструкций и методов расчета гидроаэротранспортных установок для горного производства. Автореферат дис. . докт. техн. наук. М.: 1997.-29 с.

25. Липман A.A., Терехов Д.И., Шаненко Ф.Ф. Обезвоживание нерудных строительных материалов. М.: Стройиздат, 1975.

26. Лутовинов А.Г. Исследование процессов осаждения грунтовых частиц в отстойниках // Мелиорация и водное хозяйство. Киев: 1968. - Вып. 9. - с. 142-146.

27. Никонов Г.П., Шавловский С.С., Хныкин В.Ф. Теоретические и экспериментальные исследования процесса движения и распада водяной струи. М.: 1963. 53 с.

28. Никонов Г.П., Кузьмич И.А., Гольдин Ю.А. Разрушение горных пород струями высокого давления. М.: 1986. -147 с.

29. Нормы технологического проектирования предприятий промышленности нерудных строительных материалов. -Л.; Стройиздат, 1985. 366 с.

30. Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М.: Недра, 1985. - 471 с.

31. Нурок Г.А., Бруякин Ю.В., Ляшевич В.В. Гидротранспорт горных пород. М.: МГИ, 1974. - 168 с.

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

33. Нурок Г.А., Ляшевич В.В., Кононенко Е.А. Гидромеханизация горных работ на карьерах // Экспресс-информация ЦНИИЭУголь. М.: 1978. - 40 с.

34. Павленко Г.В. Экспериментальное определение зависимости расхода воды через насадку от напора перед гидромонитором // Новые исследования и разработки технологии и технических средств морской добычи и гидромеханизации. М.: МГИ, 1991. - С. 68-72.

35. Патент РФ № 1742497. / Способ гидромониторно-землесосной разработки //Г.В. Павленко, В.И. Шелоганов, Е.А. Кононенко и др. —Опубл. в Б.И., 1992, № 23.

36. Патент РФ № 2054550 / Всасывающее заборное устройство землесосной установки // Каштанов П.Б., Шелоганов В.И., Кононенко Е.А. Опубл. в Б.И., 1996, № 5.

37. Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М.: Недра, 1985. - 193 с.

38. Разработать и внедрить технологические схемы гидровскрышных работ, основанных на применении энергосберегающих процессов с учетом требований экологии. Отчет МГИ по теме ТО-1-336, № госрегистрации 01860012359. М.:МГИ, 1989.-72 с.

39. Разработать окончательную редакцию руководства по формированию многоступенчатых гидротранспортных комплексов. Отчет МГИ по теме ТО-3-412, № госрегистрации 01814007501. М.: 1985. 101 с.

40. Руденко К.Г., Шемаханов М.М. Обезвоживание и пылеулавливание. М.: Недра, 1981. - 350 с.

41. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента М.: Наука, 1971. - 195 с.

42. Смолдырев А.Е., Новиков М.Ф. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. М.: Машиностроение, 1989.-255 с.

43. Терминология открытых горных работ. / Под общей редакцией В.В. Ржевского. М.: МГИ, 1987. - 95 с.

44. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. М.: Недра, 1982. - 405 с.

45. Томаков ПИ., Коваленко B.C., Михайлов A.M., Калашников А. Г. Экология и охрана природы при открытых горных работах. М.: МГГУ, 1994. - 417 с.

46. Харин А.И. Гидромеханизация земляных работ в строительстве. М.: Стройиздат, 1989. - 192 с.

47. Хныкин В.Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках. М.: Наука, 1969. -150 с.

48. Цейтлин Ю.А. Характеристики внешних сетей пневматических и дегазационных установок шахт. Днепропетровск.: ДГИ, 1980.-46 с.

49. Центробежные грунтовые насосы /Каталог. М.: ЦИН-ТИХИМНЕФТЕМАШ, 1980. - 20 с.

50. Чаплыгин В.В. Повышение производительности гидрокомплекса разреза «Ерунаковский» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2000. - Вып. 11. - С. 159-160.

51. Чугаев P.P. Гидравлика. Л.: Энергия, 1975. - 600 с.

52. Шавловский С.С. Основы динамики струй при разрушении горного массива. М.: Наука, 1979. - 174 с.

53. Шелоганов В.И. Разработка энерго и водосберегающих карьерных вскрышных гидромониторно-землесосных комплексов. Дис. . докт. техн. наук. М.: МГГУ, 1996. -252 с.

54. Шелоганов В.И. Карьерные водоотливные установки. -М.: МГИ, 1972. -135 с.

55. Шелоганов В.И., Кононенко Е.А. Насосные установки гидромеханизации. М.: МГГУ, 1999. - 81 с.

56. Шелоганов В.И. Энерго- и водосберегающий гидромони-торно-землесосный комплекс. // Горный журнал. 1996. -№6.-С. 8-11.

57. Шелоганов В.И., Павленко Г.В. Экспериментальные исследования характеристик гидромонитора ГМД-250М // Горный журнал. Известия вузов. 1995. - № 1. - С. 71-74.

58. Шелоганов В.И., Чаплыгин В.В. Совершенствование гидротранспортной системы разреза «Ерунаковский» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2002. -Вып. 11.-С. 164-165.

59. Шкундин Б.М. Машины для гидромеханизации земляных работ. М.: Стройиздат, 1974. - 184 с.

60. Юфин А.П. Гидромеханизация. М.: Стройиздат, 1965. -496 с.

61. Ялтанец И.М., Егоров В.К. Гидромеханизация. М.: МГГУ, 1999. - 335 с.

62. Ялтанец ИМ. Проектирование гидромеханизации открытых горных работ. М.: МГГУ, 1994. 480 с.