CC BY
62
ГИДРОДОБЫЧА СЫПУЧИХ 11 ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ^
і
^ В.А. Малашкина, Г.К. Лазарев, і """" 2000 ' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
УДК 622.648.232.2
В.А. Малашкина, Г.К. Лазарев
МЕТОД ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭРЛИФТНО-СЕПАРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
Э
ффективность работы каждого из составных элементов оказывает влияние на эффективность работы всей системы.
Основной характеристикой всасывающего устройства, определяющего эффективность его работы, является пропускная способность подводящего трубопровода. Пропускная способность подводящего трубопровода ограничивается его диаметром. Правильный выбор диаметра подводящего трубопровода обеспечивает скорости необходимые для транспортирования твердого материала.
К основным показателям, определяющим эффективность работы смесителя относится скорость потока аэрогидросмеси на входе в подъемную трубу, то есть на выходе из смесителя.
Диаметром подъемной трубы определяются транспортные скорости, обеспечивающие устойчивые режимы работы по подъему твердого в эрлифтно-сепарационной установке.
Тип и количество работающих и резервных компрессоров определяется расчетными характеристиками эрлифтно-сепарационных установок.
Таким образом можно предположить, что основной показатель определяющий эффективность использования эрлифтно-сепарационной установки зависит от конструктивных параметров ее элементов, величина которых устанавливается в зависимости от технологических характеристик установки: производительности, глубины погружения смесителя, высоты подъема гидросмеси над поверхностью водоема.
Использование эрлифтного подъема становится неотъемлемой частью технологического процесса добычи сыпучих полезных ископаемых из обводненных месторождений, а также чистки затопленных стволов и глубоких зумпфов шахт.
Научными исследованиями и практикой подтверждено положительное воздействие применения эрлифтных установок на технологию и экономику предприятия, ведущего разработку обводненных месторождений полезных ископаемых [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Источники экономического эффекта, получаемого в случае применения эрлифтного подъема, можно разделить на две группы, обеспечивающие прямой и косвенный эффект.
Прямой эффект:
• отсутствие капитальных
вложений на оборудование для вскрышных работ;
• снижение сроков и затрат на подготовительные работы;
• рост процента извлечения полезного металла;
• снижение эксплуатационных расходов при разработке месторождения;
• отсутствие полномасш-табных вскрышных работ.
Косвенный эффект:
• охрана поверхностных вод;
• сохранение экологии региона;
• снижение затрат на рекультивацию повер-хностного слоя участка;
• обеспечение безопасных условий труда.
В связи с техническим и технологическим перевооружением горно-добывающей промышленности научные исследования проводятся применительно к
реконструкции и развитию действующих перспективных предприятий. В этих условиях необходимо обязательно осуществлять разработку технологий и способов повышения эффективности оборудования для освоения месторождений ранее считавшихся непригодными к разработке [7, 8].
Одним из направлений дальнейшего развития работ по освоению обводненных и погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых является повышение эффективности эрлифтно-сепарационных установок за счет совершенствования методов и средств увеличивающих их производительность и концентрацию полезного ископаемого в поднимаемой на поверхность пульпе [1, 8, 9].
Вопросам теории и практики эрлифтных установок посвящены работы многих ученых, среди которых: П.П. Аргунов, А.А. Арманд, В.А. Архангельский, А.П. Герман, В.Г. Багдасаров, А.П. Крылов, В.Г. Гейер, С.С. Кутателадзе, Н.М. Гарсеванов, В.А. Мамаев, Л.В. Пороло, В.Ж. Аренс, Н.И. Бабичев, Н.Г. Логвинов, В.С. Костанда, В.И. Груба, В.А. Малашкина, Я.К. Антонов, Л.Н. Козыряцкий, С.С. Малыгин, А.П. Стегниенко и многие другие. Анализ работ вышеперечисленных авторов показал, что несмотря на широкое распространение эрлифтов в различных отраслях промышленности и большой объем исследований в этой области, вопросу повышения эффективности эрлифтно-сепарационных установок уделено недостаточное внимание. Отсутствие метода оценки эффективности эрлифтно-сепарационной установки, учитывающего изменение параметров и режимов работы установки в зависимости от абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды, а также состава и плотности поднимаемой твердой фазы, не позволяет оперативно определять снижение показателя эффективности установки и своевременно принять соответствующие рекомендуемые меры.
Установлен ряд показателей определяющих приоритет использования для подъема полезных ископаемых эрлифтных установок.
Главным требованием к эрлифтно-сепарационным установкам является обеспечение полной выемки из погребенного обводненного месторождения
предназначенного к разработке сыпучего полезного ископаемого, поэтому эффективность установок должна быть весьма высокой, обеспечивающей непрерывность технологического цикла.
Производительность эрлифтно-сепарационных
установок существенно зависит от правильно выбранных ее конструктивных параметров и режимов работы.
По данным анализа опыта работы эрлифтных установок известно, что в реальных эрлифтах имеется рассеивание энергии, поэтому удельный расход воздуха больше теоретического [2]
q = qx + Дqс, (1)
где q, q-r, Дqс - удельный расход воздуха реальный, теоретический, дополнительный на покрытие рассеивания энергии соответственно.
Сотрудниками ДонГТУ проф. В.Г. Гейером и доц. Л.Н. Козыряцким, Я.К. Антоновым и В.С. Пащенко коэффициент полезного действия эрлифта представлен в следующем виде
з =
q
(2)
Так как затраты энергии на покрытие потерь расчетным путем определить сложно [2], но зная, что при неизменной глубине погружения удельный расход воздуха зависит в основном от относительного погружения, по экспериментальным данным строят кривую зависимости удельного расхода воздуха от относительного погружения смесителя эрлифта.
Оценка эффективности эрлифтно-сепарацион-ной установки с помощью зависимости (2) не дает полной картины, так как не учтено [2], что величина относительного погружения смесителя для условий эксплуатации эрлифтно-сепарационных установок изменяется в пределах 0,8.. .0,98.
Таким образом использовать зависимости, полученные ДонГТУ [2] для определения теоретического удельного расхода воздуха и коэффициента подачи для коротких и длинных эрлифтов при относительном погружении смесителя от 0,15 до 0,5 не представляется возможным.
В случаях, когда месторождение может быть отработано в зависимости от горнотехнических условий различными способами [6, 10, 11] определение экономически
целесообразного способа разработки является очень сложным вопросом. В качестве критерия применения метода скважинной гидродобычи как одного из альтернативных вариантов отработки, учитывающего ценность теряемой при разработке части запасов полезного ископаемого предложено [6] использовать зависимость
э — БСГД ТТСГД Б0 ТТ0 БСГДвСГД Э — Би Ци ~БпЦи~Би ви
(3)
где Би, Бп , - количество извлеченного и потерянного полезного ископаемого соответственно; Ци, Цп -ценность 1 т извлеченного и потерянного полезного ископаемого соответственно; ви - величина возмещения на 1 т извлеченных балансовых запасов полезного ископаемого. Индекс «сгд» - скважинная гидродобыча; «0» -неотработанные запасы полезного ископаемого.
Таким образом, используя зависимость (3) можно определить приоритет того или иного способа добычи
погребенного полезного ископаемого, но оценить эффективность использования применяемой при этом добычной установки таким методом не представляется возможным.
Кроме того, в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют сведения о технологии и технике для добычи сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений с помощью специальных эрлифтных установок при относительном погружении смесителя от 0,8 до 0,98, а соответственно и зависимости для определения их основных конструктивных и технических параметров.
В результате анализа состояния и условий эксплуатации эрлифтных установок в природно-климатических условиях Западной и Восточной Сибири, используемых для добычи и подъема на поверхность сыпучих полезных ископаемых, установлено, что наиболее слабым звеном в технологической схеме эрлифтно-сепарационных установок является определение рабочих режимов установки.
Добыча полезного грунта вышеупомянутыми установками осуществляется с глубины 20...200 метров. Высота подъема пульпы на поверхностью воды колеблется в пределах 2.5 метров. Таким образом относительное погружение смесителя эрлифта изменяется от 0,8 до 0,98.
Главное преимущество применения эрлифтного способа для разработки погребенных обводненных месторождений состоит в возможности осуществления добычи полезного ископаемого с глубины до 100 м и более из пластов малой мощности (1.1,5 ) без переработки вскрыши или с минимальной ее перевалкой, то есть отсутствуют взрывные и погрузочные работы, автомобильная откатка, что практически исключает запыленность и загазованность окружающей атмосферы, снимает полностью вопрос вентиляции, как при разработке месторождений открытым или подземным способом, обеспечивает комфортные условия труда обслуживающего персонала.
Используемая технология и оборудование позволяют применять оборотную систему водоснабжения, что особенно ценно, так как снижается расход свежей воды при работе в полевых условиях.
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1 —
lv::
"Й X,<
..ш
"Й X,<
..ш "й ,<••<
..ш
Ж ,<х
уш
Ж .-<■■<
шш
ЭЗК
-<х & ■•<.< & ,<х & х< & & х< & х< & & х< & І1
ЭС-2
ЭЗК-1
WIRT
Г/шахта
Рис. Показатели эффективности различных эрлифтных установок
Обобщение данных о состоянии, условиях эксплуатации и эффективности работы эрлифтно-сепарационных установок позволили определить основные направления повышения эффективности использования эрлифтно-сепарацион-ных установок:
• создать метод объективной оценки эффективности использования эрлифтно-сепарацион-ных установок, позволяющий определить слабые места в технологии и технологической схеме;
• установить закономерности процесса гидроподъема аэрогидросмеси при относительном погружении смесителя эрлифтно-сепарационной установки изменяющемся в пределах от 0,8 до 0,98;
• установить совокупность основных зависимостей для оценки состояния и разработки рекомендаций по повышению эффективности использования эрлифтно-сепарационных установок за счет определения оптимальных параметров и режимов ее работы.
Эффективность использования эрлифтно-
сепарационных установок предлагается оценивать с помощью обобщающего показателя, включающего оценку работы основных элементов системы ^ а
Е = — (4)
Ш Показатель эффективности действительный 0 Показатель эффективности нормативный
Чп
Таблица
ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК
0
Наименование показателей Наименование установки
ЭЗК (Новосибирск) ЭС-2 (У солье) ЭЗК-1 (НЮСГМ) WIRT (Архангельск) Г/шахта «Красноармейск ая»
^Производительность, м3/ч: -по пульпе; -по твердому материалу 563 353 50 25 660 350 800 50 3200 800
2.Расход воздуха, м3/мин 21,99 1,8 24 24 3500
Э.Давление компрессора, Мпа 0,9 0,6 0,8 1,3 0,8
4.Абсолютное погружение смесителя, м 36 10 45 110 80
5.Высота подъема пульпы, м 4 3 4 12 440
6.Относительное погружение смесителя 0,9 0,769 0,918 0,902 0,153
7.Действительный удельный расход воздуха 2,344 2,16 2,182 1,8 62,63
8.Диаметр воздухопровода, м 0,15 0,06 0,143 0,06 0,36
9.Диаметр подъемной трубы, м 0,3 0,1 0,3 0,3 0,84
10.Насос для размыва грунта 4К200/90 - Д200/95 - -
11.Показатель эффективности действительный 0,385 0,356 0,421 0,334 2,44.10-3
12.Показатель эффективности нормативный 0,382 0,377 0,661 0,624 6,74.10-3
или
Е = -
Qh
60Qв(H + h)
(5)
где Qэ - реальная производительность эрлифтной установки по пульпе, м3/ч; Qв - реальный расход воздуха на действующей эрлифтной установке, м3/мин; h - погружение смесителя эрлифта, м; Н - высота подъема пульпы над уровнем водоема, м.
Максимально возможное значение обобщающего показателя эффективности (нормативное значение) эрлифтно-сепарационной установки с относительным погружением смесителя эрлифта 0,8.0,98 можно определить для каждого рассматриваемого случая
3,2
™ а а
qнп 1,5а“2,21,243 1,8645, (6)
Ен =-
где qнп - нормативное значение удельного расхода воздуха для любой рассматриваемой эрлифтной установки с относительным погружением смесителя 0,8.0,98 («специальный» эрлифт).
Нормативное значение обобщающего показателя эффективности для:
- коротких эрлифтов
3,2
(7)
Ен =
а
длинных эрлифтов
Ен =-
а
90е
-9а
(8)
где е - основание натурального логарифма.
Сопоставляя значения действительных
Ед
нормативных (расчетных) Ен обобщающих показателей эффективности эрлифтных установок можно сделать вывод не только о результативности ее работы, но и определить направления улучшения ее работы.
В соответствии с предложенным методом были определены значения показателей эффективности реальной и максимально возможной для эрлифтных установок, находящихся в эксплуатации. Результаты расчетов, приведенные в таблице и на рисунке, показывают не только возможные направления повышения эффективности эрлифтных установок, но и значения реально достижимых технологических характеристик установок.
Анализируя полученные результаты можно не только определить причину снижения эффективности работы эрлифтной установки, но и рекомендовать за счет каких технических и технологических мероприятий можно ее повысить на действующих установках.
1,1505
и
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гидроподъем полезных ископаемых / Антонов Я.К„ Козыряцкий Л.Н., Малашкина В.А., Холмогоров А.П. - М.: Недра, 1995. -174 с.
2. Эрлифтные установки. Учебное пособие / В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий, В.С. Пащенко, Я.К. Антонов. - Донецк: ДПИ, 1982. - 64 с.
3. Классификация эрлифтов. Труды ДонГТУ. Выпуск 7. / Козыряцкий Л.Н., Кононенко А.П., Мизерный В.И. - Донецк: ДонГТУ, 1999. - 276 с.
4. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. - М.: Недра, 1987. - 302 с.
5. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. - М.: Недра, 1986. - 448 с.
6. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. - М.: Недра, 1986. -286 с.
7. Лешков В.Г. Разработка россыпных месторождений. - М.: Недра, 1985. -36 с.
8. Михайлов В.И. Совершенствование гидравлической добычи песка и гравия эрлифтными снарядами. Зарубежный опыт. - М.: ВНИИЭСМ, 1972. - 36 с.
9. Сборник руководящих материалов по охране недр при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987. -
257 с.
10. Технология добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов / Под общей ред. Ржевского В.В. и Нурка Г.А. 2-е доп. перераб. - М.: Недра, 1980. - 382 с.
11. Гейер В.Г., Пащенко В.С.
Эрлифтные установки для
транспортирования золошлаковых смесей. -М.: ж. Энергетик, 1979, № 4-с. 2-3.
12. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н. Исследование движения твердых тел в подъемной трубе эрлифта. - Уголь, 1976, №5.-с. 28-30.
Ш
“7
Малашкина Валентина Александровна — профессор, доктор технических наук, кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.
Лазарев Геннадий Карлович - Генеральный директор ПРОММАШЭНЕРГО.
