Исследование интенсивности гидромониторной отбойки пород Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ГИДРОМОНИТОРНОЙ ОТБОЙКИ ПОРОД

Кисляков В.Е., Шкаруба Н.А., Катышев П.В.

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация

В статье рассмотрено влияние содержания тонкодисперсных грунтовых частиц в напорной воде на силу удара струи гидромонитора о забой. По результатам моделирования в лабораторных условиях составлена математическая модель расчета силы удара струи о забой. Произведено сравнение с известными зависимостями.

Ключевые слова: россыпное месторождение; гидромонитор; струя гидромонитора; тонкодисперсные грунтовые частицы; напорная вода; сила удара; забой.

INVESTIGATION OF THE INTENSITY OF JETTING OF ROCKS

Kislyakov V.E., Shkaruba N.A., Katyshev P.V.

Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation

This paper presents the influence of the content of fine-dispersed ground particles in the pressure water on the impact force of the jet stream on the sidewall. Based on the results of modeling in the laboratory, a mathematical model is developedfor calculating the impact force of a jet about a sidewall. A comparison is made with the known formulas.

Keywords: placer deposit; hydromonitor; jet stream; finely dispersed ground particles; pressure water; impact force; sidewall.

Большинство месторождений россыпного золота отрабатываются средствами гидромеханизации, в том числе используется гидромониторная отбойка. Для снабжения таких предприятий напорной водой предусмотрен забор ее из специальных прудов-отстойников [1].

В силу того, что применяется оборотное водоснабжение [2], в напорной воде неизбежно накапливаются тонкодисперсные грунтовые частицы (ТГЧ), изменяющие физические свойства воды, влияющие на производительность гидромониторной отбойки.

В настоящее время принято силу удара струи о забой находить исходя из закона изменения количества движения И. Ньютона. Но так как вода, содержащая в своем составе значительное количество тонкодисперсных грунтовых частиц, уже не является ньютоновской жидкостью [3], то и расчет, основанный на указанном законе, будет справедлив лишь отчасти.

Для исследования влияния ТГЧ на силу удара струи о забой в масштабе 1:10 смоделирована лабораторная установка [4], показанная на рис. 1.

Рис. 1. Общий вид лабораторной установки (фото)

По результатам опытов, исходные данные которых приведены в таблице, установлено, что с увеличением содержания в напорной воде ТГЧ увеличивается сила удара струи на забой в пределах 1-10% для значений таблицы.

Таблица.

Исходные данные моделирования

Диаметры насадок, мм d н 5,1

7,6

10,2

Подаваемый напор, м водяного столба Н о 10-20

Расстояние от насадки гидромонитора до забоя, м L 1,5-3,5

Плотность технологической воды р, кг/м3, (содержание тонкодисперсных грунтовых частиц с, г/л) Pi(ci) 1000(0)

Р2(С2) 1011,3(30)

Рз(сз) 1022,5(60)

Р4(С4) 1033,75(90)

Р5(С5) 1037,5(100)

В расчетах используются значения плотности воды в пересчете от содержания взвешенных тонкодисперсных грунтовых частиц. Это сделано для того, чтобы исключить неточности, связанные с различной плотностью частиц в зависимости от индивидуальных особенностей строения и пород, слагающих каждое месторождение. Содержание твердых частиц в воде с и ее плотности р произведено для случая, когда удельный вес грунтовых частиц т=1,6 т/м3.

На основе полученных результатов составлена математическая модель (1).

Р =

г

- 0,36- dH+ 53,1- —

dH у

+ 0,2246 • Н0 - 6'616 Я° + 0,547 • dH - 68,74 +

•dH-p + (-0,179-10"2-с!н.Я0 + 2025

41,43 • d„ 5255

(1)

Я„

Я„

■ 0,5988-10 d„ •#„ Z-95 L +

+ 0,23 ■ dн ■ На - 8,1 ■ Н0 + 0,45 • й2н - 62,5 ■ dE +1062,

где Р - сила воздействия струи на забой (силу удара струи), кгс; р - плотность напорной воды, т/м3; dн - диаметр насадки гидромонитора, мм; Но - напор, подаваемый на гидромонитор, м; Ь - расстояние от насадки гидромонитора до забоя, м.

Сравнение значений, полученных при помощи известных уравнений и модели (1) для изменения плотности воды р от 0 до 1050 т/м3, показало, что при расчете по известным формулам увеличение силы удара струи о забой при увеличении плотности воды р наблюдается в пределах 5%, вне зависимости от напора Но и диаметра насадки dн. В то же время, расчет по формуле (1) прогнозирует увеличение силы давления струи о забой, сильно зависящей от указанных факторов и принимающей значения от 1 до 19%.

Таким образом, используя полученную на основе экспериментальных данных математическую модель, возможно спрогнозировать изменение производительности гидромониторной отбойки в зависимости от содержания ТГЧ в напорной воде, скорректировать режим работы и объем прудов-отстойников горнодобывающего предприятия.

Список литературы

1. Лешков В.Г. Разработка россыпных месторождений: учебник для вузов. М.: Горная книга, Издательство Московского государственного горного университета, 2007. 906. с.

2. Кисляков В.Е. Расчет отстойников оборотного водоснабжения при разработке россыпей. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1988. 176 с.

3. Многокомпонентные жидкости [Электронный ресурс]. URL: http://firing-hydra.ru/index.php?request=full&id=74 (дата обращения 27.04.2016).

4. Патент РФ 169574 на полезную модель. МПК Е21С 45/00. Стенд для исследования интенсивности гидромониторной отбойки / В.Е. Кисляков, Н.А. Шкаруба, М.В. Калмаков и др. Опубл. 23.03.2017, Бюл. № 9.