CC BY
21
УДК 622 78 О.Ф. Лебедев, И.С. Булгаков, Е.П. Терехин
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГИДРОМОНИТОРОВ БОЛЬШОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Эффективность применения гидромониторов с воздушным эжектором была проверена на действующем гидровскрышном комплексе Михайловского карьера КМА: длина рабочего участка струи увеличилась на 10-15%, среднее динамическое давление - в 1,21,5 раза по сравнению с гидромониторами без эжектора. Ключевые слова: гидромонитор, разрушающая способность, эжек-тирование воздуха.
Гидромониторно-землесосный способ обеспечил на разработке пород осадочной толщи Лебединского карьера КМА наибольшую эффективность [1] в период строительства рудника. Дальнейшее совершенствование этого способа разработки сдерживается до некоторой степени слабой изученностью процесса врубообразования гидромониторами большой производительности, как наиболее ответственной операции, и зависимости производительности гидромониторно-землесосных комплексов от физико-механических свойств разрабатываемых пород. Создание математической модели процесса врубообразо-вания представляет собой сложную теоретическую задачу, связывающую такие переменные величины, как параметры забоя, диаметр насадка, расстояние от монитора до забоя, сила удара струи, спектр физико-механических свойств пород непостоянного характера и др. Поэтому взаимовлияние этих параметров изучалось в основном экспериментально.
Экспериментальные исследования в производственных условиях карьера Михайловского ГОКа показали, что на подрезку забоя затрачивается большая часть времени работы гидромонитора (от 50 до 70%). Специально пробуренные скважины по направлению развития карьера выявили, что сцепление суглин-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 1. С. 133-137. © 2017. О.Ф. Лебедев, И.С. Булгаков, Е.П. Терехин.
ков, разработка которых планировалась гидромониторно-зем-лесосным способом, варьируется в больших пределах от 0,058 до 0,15 МПа. Производительность гидромониторной подрезки забоя без предварительного рыхления этих пород при давлении перед насадком 1,5—1,7 МПа и расстоянии до забоя 30—40 м составляла (0,2-0,4)10-3 м3/с.
Эффективная разрабатываемость таких суглинков водоструйным способом достигается только при условии предварительного рыхления пород и составляет 300-420 м3/ч для гидромони-торно-землесосной установки с гидромонитором ГМН-350.
Одним из способов повышения эффективности струйного разрушения пород является применение абразивных добавок в напорной струе. Лабораторные исследования этого метода проводились при разрушении мелового монолита из вскрышных пород карьера Стойленского ГОКа на гидростенде с введением абразива из кварцевого песка за пределами насадка специальным эжектирующим устройством.
Введение в струю абразивных добавок позволяет увеличить скорость размыва, например, меловых пород не менее чем в 5 раз. С максимальным эффектом напорная струя разрушала образец при наличии в ней песчаных частиц размером 0,11,0 мм, причем при скорости струи от 22 до 25 м/с проявлялась четкая закономерность роста разрушающей способности с увеличением концентрации в струе крупных фракций абразива. Практического применения этот способ пока не нашел, потому что положительный эффект струйного разрушения пород с применением абразивных добавок в напорной струе нивелируется значительным абразивным износом элементов монитора.
Наиболее существенными недостатками потока воды в канале гидромонитора являются вращение потока относительно продольной оси канала, неравномерность продольной скорости, турбулентность и кавитация при большом давлении. Для улучшения условий формирования струи и ее гидравлических характеристик гидромониторные стволы оснащают успокоителями, включающие радиальные пластины и концентрично расположенные тонкостенные цилиндры.
Одним из перспективных направлений повышения разрушающей способности гидромониторных струй, выявленным учеными РГГРУ им. Серго Орджоникидзе под руководством профессора Н.Г. Малухина, является эжектирование воздуха в центральную или периферийную часть струи. Поскольку статическое давление в центральной или периферийной части струи
меньше атмосферного, происходит уплотнение струи на выходе из насадка, при этом повышается ее компактность и, как следствие, дальнобойность.
Разработка методики исследования эжектирования воздуха в напорную струю (создание полой струи) и определение оптимальных параметров ее формирования в промышленных условиях основывается на сравнении действенности обычной и полой струи, а также полых струй с разными условиями формирования. Под действенностью струи в данном случае понимается часовая производительность гидромониторного комплекса на разработке пород, которая определяется маркшейдерским замером. Кроме того в трех-четырех местах по всей длине струи замеряется с помощью геодезической нитки и теодолита диаметр струи. Давление воды у гидромонитора замеряется образцовым манометром. Определив расчетным методом силу удара струи о плоскую преграду, расположенную перпендикулярно к оси струи [2, 3, 4].
( 1 Л
Я = 2-Р0 -ю0 • 1,06-4-10-4 •— ,
V ^н у
находим среднее динамическое давление струи в каждом конкретном сечении
Р=Я.
где Р0 — давление перед насадкой, МПа; га0 — площадь выходного отверстия насадка, см2; I — расстояние конкретного сечения струи до насадка, м; dн — диаметр насадка, м; га1 — площадь поперечного сечения струи на расстоянии I от насадка, см2.
Условия формирования полых струй меняется путем наращивания эжектирующей трубки по отношению к насадку. В этой связи конец воздухоподающей трубы располагается по отношению к выходному концу насадка в следующем порядке: 0,000; 0,005; 0,010; 0,015; 0,020; 0,025; 0,030; 0,040; 0,050; 0,060; 0,080; 0,100; 0,120; 0,150; 0,200 м. Параллельно фиксируется при помощи вакуумметра разрежение, образующееся при эжектировании воздуха.
Насадок берется двух типоразмеров: 0,160 м и 0,180 м. При этом отношении dтр/dн меняется в следующих пределах: 0,28; 0,31; 0,42; 0,47, а отношение расходов воды с эжектировани-ем и без эжектирования составит: 0,92; 0,90; 0,82 и 0,78. Действенность струй определяется кратковременным перекрыти-
ем задвижкой водовода при разных давлениях у насадка — 0,75; 1,05; 1,35 МПа.
Для опытно-промышленной проверки работоспособности и эффективности устройства эжектирования воздуха в напорную струю был взят гидромонитор типа ГМДУ-300, реконструированный с учетом результатов лабораторных исследований. Промышленные эксперименты в забое гидромониторно-зем-лесосной установки проводились на действующем гидровскрышном комплексе, отрабатывающем техногенные породы карьера Михайловского ГОКа (г. Железногорск) в два этапа.
Гидровскрышной комплекс состоял из трех последовательно установленных землесосов 20Р-11М, двух последовательно установленных насосов 22НДс, трубопроводов диаметром 700 мм (пульповодов и водоводов длиной 10—11 км каждый), гидромониторов ГМДУ-300.
Проведение замеров осуществлялось в соответствии с методикой, изложенной выше. Всего экспериментальным комплексом отработано около 200 ч рабочего времени и разработано около 50 тыс. м3 пород.
В результате проведения промышленных экспериментов было установлено следующее:
• эффективная работа гидромонитора с эжектированием была достигнута при соотношении диаметров эжектирующей трубки и насадка равным 0,4 и величине выхода эжектирую-щей трубки на расстоянии 40 мм по отношению к насадку гидромонитора;
• среднее динамическое давление струи на расстоянии 1545 м возрастает в 1,7—1,1 раза по сравнению со струей с эжек-тирующей трубкой без подачи воздуха.
Таким образом, опытно-промышленными испытаниями гидромонитора ГМДУ-300 были определены конструктивные технологические решения по повышению в 1,1—1,5 раза разрушающей способности гидромониторной струи, на основе которых разработаны рабочие чертежи для гидромонитора ГМ-350, а внедрение эжектирующих устройств позволит увеличить длину рабочего участка струи на 10—20%.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нурок Г. А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: учебник. — М.: Недра, 1979. — 549 с.
2. Куклин И. С. Методика оценки гидравлической разрушаемости горных пород на карьерах / Гидромеханизация горных работ, вып. 15. — Свердловск: Изд-во ИГД, 1967. - С. 53-63.
3. Шавловский С. С. Основы динамики струй при разрушении горного массива. — М.: Наука, 1979. — 176 с.
4. Хныкин В. Ф. Разрушение горных пород гидромониторными струями на открытых разработках. — М.: Наука, 1969. — 150 с. ti^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Лебедев Олег Федорович1 — кандидат технических наук, доцент, Булгаков Иван Семенович1 — кандидат технических наук, доцент, Терехин Евгений Петрович1 — кандидат технических наук, старший преподаватель,
1 Губкинский институт (филиал) Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), e-mail: mgougen@yandex.ru.
UDC 622.78
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 1, pp. 133-137.
O.F. Lebedev, I.S. Bulgakov, Ey.P. Teryekhin
EXPERIMENTAL RESEARCHES
ON IMPROVING THE EFFICIENCY
OF HIGH PERFORMANCE
HYDRO-MONITORS
The efficiency of application of hydro-monitors with the air ejector was tested in the existing hydrooverburden complex of the Mikhaylovsky quarry of KMA: the length of a working portion of the jet increased by 10-15%, the average dynamic pressure increased in 1.21.5 times compared to hydro-monitors without ejector.
Key words: hydro-monitor, destructive power, air ejecting.
AUTHORS
Lebedev O.F.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Bulgakov I.S.1, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Teryekhin Ey.P.1, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, 1 Gubkin Institute (branch) of Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI), 309186, Gubkin, Russia, e-mail: mgougen@yandex.ru.
REFERENCES
1. Nurok G. A. Protsessy i tekhnologiya gidromekhanizatsii otkrytykh gornykh rabot: uchebnik (Processes and technology of open-cast mining dredging: textbook), Moscow, Nedra, 1979, 549 p.
2. Kuklin I. S. Gidromekhanizatsiyagornykh rabot, vyp. 15 (Dredging, mining, Publishing house of the Institute of mining engineering, issue 15), Sverdlovsk, Izd-vo IGD, 1967, pp. 53—63.
3. Shavlovskiy S. S. Osnovy dinamikistruy pri razrusheniigornogo massiva (Fundamentals of dynamics ofjets in the destruction of rock mass), Moscow, Nauka, 1979, 176 p.
4. Khnykin V. F. Razrushenie gornykh porod gidromonitornymi struyami na otkrytykh razrabotkakh (Destruction of rocks by hydro-monitor jets in open-cast mining), Moscow, Nauka, 1969, 150 p.
