Расчет параметров укладки теплоизолирующего материала, используемого при майнообразовании Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 3 (2011 4) 275-282

УДК 622. 362. 3

Расчет параметров укладки теплоизолирующего материала, используемого при майнообразовании

О.А. Корзун*, В.Е. Кисляков

Сибирский федеральный университет Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 1

Received 3.06.2011, received in revised form 10.06.2011, accepted 17.06.2011

В статье приводится методика расчета основных параметров укладки теплоизолирующего материала, представленного в виде отдельностей шаровидной формы. Рассматриваются два вида укладки теплоизолирующего материала - устойчивая и неустойчивая. При устойчивой укладке площадь свободной водной поверхности составляет 9,3 %, а при неустойчивой -12,46 %.

Ключевые слова: майна, зимний период, теплоизолирующий материал, земснаряд, драга.

Введение

В настоящее время большинство обводненных месторождений на Севере и в Арктической зоне России носят сезонный характер из-за ряда трудностей, возникающих при ведении гидромеханизированных работ в зимний период. Основным барьером, препятствующим ведению добычных горных работ в зимний период, служит лед. Существуют различные способы разрушения льда, имеющие свои достоинства и недостатки [1-4]. Основными недостатками известных способов разрушения льда являются высокие энергетические затраты и большая трудоемкость. Поэтому необходимы такие технические решения, которые могли бы способствовать устранению вышеперечисленных недостатков либо свести их к минимуму.

Предлагаемый способ майнообразования основан на поддержании майны с помощью покрытия поверхности водоема материалом, представленным экологически чистыми теплоизолирующими отдельностями шаровидной формы, что предотвращает льдообразование на поверхности водоемов и позволяет земснарядам и драгам свободно маневрировать [5].

При устойчивых отрицательных температурах воздуха водоем заполняют шарами, которые в результате маневрирования земснаряда или драги могут образовать два вида укладки: неустойчивую (рис. 1) или устойчивую (рис. 2).

При заполнении водоема шарами необходимо определить площадь свободной водной поверхности, а также найти зависимость количества шаров от их диаметра.

* Corresponding author E-mail address: korzun_aaa@mail.ru

1 © Siberian Federal University. All rights reserved

Рис. 1. Неустойчивая укладка

Результаты исследования неустойчивой укладки ЩшщкГНтшбпгаШяЯю у кладки

•щнГ N г2 И

щЯЛНшщЗеЯЯ а,м.

цЯЯЯщЯщРТГ, ЯЯцЕЗшцБ!^ шЗцп^цВм и, соста-

щп

•ш = 4 • п2 • г2, м2,

где По -количествошаров водном ряду, ед.

Количествошаровна1м2 майны определяетсяпоформуле

1

- ЕЙЯ-

400

350 300

I | 250 й з да 150 100 50 О

£

Г —

о

0,3

0 0,05 0,1 0,15 о,г

Д[ИЬКТр ШАрОВ, М

Рис. 3. Зависимость количества шаров от диаметра при неустойчивой укладке

0,15

0,4

[Ко лийертво шаров в 1 м2 площади майны при неустойчивой укладке обратно пропорцио-нальщЯгапшпшга

йццпшадь свободной водной поверхности (не занимаемой шарами) в ограниченной зоне

8„=8КВ -= 0,8585-г2, м2.

Такимо бразом, можно рассчитать площадь сво водной поверхности на 1 м2 майны

(удельная площадь пустот):

г2

Б= = 0,8585--=- = 0,2146 м2,

п а-г2

т.е. удельная площадь пустот является по8тоянной величиной и составляеб 21%,46 %.

Результаты исследованияустойчивой укладки Призаполнении водоема шарами ввидеустойчивой укладки (рис.2) площадьпоперечного дехтТцЯэтташшОЗВщичешга твивЯщщЗГзлда тсжажщсаетиощ

Я ЯШИШ

иИЯЯШЯЯИИЯта^^

I, = 1-г + (пр -1)-Ь, м,

гдепр - целоечислорядов, ед ; Ь - высо та равно стороннего треу гольника (рис. 4), вершины которого центры соседних шаров (расстояние между центрами шаров), м.

¡шш^пЛШЛ^НЯЛ^ ке

В = п в • 2г, м,

гдепв _ количествошароввгоризонтальномряду, ед.

Придлинеряда шаров,равном 1 м, целое число рядов определяетсяпо формуле (рис. 4)

- 277 -

1-2-г-н 11

II I 1|г||| ¡¡] I Н

Расстояние междуцентрами шаров рассчитывается по формуле

Ш [|^1||а1Я1|1п|Ё1а|и Ц. 1

Величинаперекрытия шаров

щНИНЯИ!

Количест во шаров в гори зонтальном ряду на], м д лины мйны

1

пв = — 1еД • 2 • л

Суммарноечислорядовпри устойчивойукладке

ПР„ =ПР ед-в

Япящ12й ЕШшэвлч

Тогда площадь теплоизолирующего материала I! виде ша.]рс> в ограниченной зоне опреде-оГрщщ

Ц ¡¡¡Я НЕВЕЕЯНЯ

где ппол -полное числошаров,ед.;Sсег-площадьсегментов, м2 (рис. 5).

¡¡ВтащщЯЯЯЯщлщ

9 = п • <п/

^се^НКЬ^^КжЗег

я7 = = - - •

° сег °сек >

со^С-0--

2 г

г-Ь

= = 2-агссо^ (--);

г

2 2 г-Ь-

ж ■ г • 2 • агссо8|

О = _ К г

=

360 3(50

М-)•*. 2 '

- т -

Рис. 5. Схема к определению площади сегментов, ограниченных касательной верхнего ряда шаров: ^ - высота сегментов, срезанных зоной ограничения, м; S/сег - площадь одного сегмента, срезанного зоной ограничения; Sсек - площадь сектора ACD; х - расстояние BD; АD - линия, образуемая зоной ограничения майны; SД - площадь треугольника ACD; в - угол между радиусами АС и CD

х = 1ап( -£)-(г-Ьс);

§ д=-

(г -11с)в-1ап(|)

в

к • г • 2 • агссо8|

г-Ь,

(г-Ьс)2- ^

360 2

Высота сегмента при длине зоны ограничения 1 м:

Ьс=1- 1п + П; 1п = 2- ир- г ; Ь, = 2- пр-2г + П,

где 1п - длина ряда при попадании в зону ограничения целых шаров.

В конечном итоге площадь поперечного сечения шаров в ограниченной зоне при устойчивой укладке определяется по формуле

с = п -п.г2 + п . с'

^шу А1пол ^ А А1в ^ сег

Для расчета площади майны, покрываемой шарами, условно выделим участок по центру двух соседних шаров через один ряд и назовем его удельным прямоугольником. Если соединить такие одинаковые прямоугольники, то получится массив усто йчивой укладки шаров (рис. 6). Площадь удельного прямоугольника 2

8пр = 4г2?60°о4 г2 Т3 .

Рис. 6. Схема к ощЯрщрццЯВЯрщвщВИщщЯИрЗйщ

Рис. 7. СхеВЯЯЯщЯгсщЯЯЯщмйТО

Площадь свободной водной поверхности между примыкающими шарами рассчитывается

(рщЕЯЩ:

5/пус = г2л/з-з-=

КЙЕффщщМИИЯЯ вшШппйЛтташш! не плщдаш вЕЕияашдуаивдша^оаэЯаЗ^ти

к общейплощади поверхности (площади майны):

Н ЩШ

I! ° жа^ ВЕнтЯН

Таким образом, площадь свободной водной поверхности при заполнении майны шарами в виде устойчивойукладки является постоянной величинойи составляет 9,3 %.

РЙВЖищТщРЯШлш пл<ш£Гц|издн««Тп№шшГцш ти меж-

к/ _ Н • С.

к ш _

Пшу

к.,,, — ^

н. г2 173 - ^

2 ж-г2

Ж

гдеБшу - площадьпоперечного сечения шаров вудельномпрямоугольнике (рис. 7).

Другими словами, на один шар в удельном прямоугольнике приходится 10,3 % свободной воднойповерхности.

В результате проведенных расчетов выявлено, что площадь свободной поверхности воды -величина постоянная, не зависит от диаметра шаров при покрытии водоема и составляет при неустойчивой укладке шаров 21,46 % от площади майны, а при устойчивой укладке шаров -

Например, при покрытии водоема шарами в виде неустойчивой укладки для земснаряда 350-50Т (минимальная площадь майны 2000 м2) площадь свободной водной поверхности составляет 429,2 м2, а площадь поперечного сечения шаров - 1570,8 м2; в виде устойчивой укладки площадь свободной водной поверхности 186 м2, а площадь поперечного сечения шаров 1814 м2.

1. Пат. Р.Ф. № 88368 Устройство для повышения ледопроходимости земснаряда [Текст] / В.Е. Кисляков, О.А. Корзун, Д.А. Лакин Заявка № 2009118893; заявл. 19.05.2009; опубл.10.11.2009.

2. Кисляков, В.Е. Систематизация способов разработки обводненных, прибрежных и ак-ваториальных месторождений Арктической зоны [Текст] / В.Е. Кисляков, О.А. Корзун // Маркшейдерия и недропользование. - 2009. - №1(39). - C.24-26.

3. Майнообразование при работе драг и земснарядов [электронный ресурс] / В.Е. Кисляков, О.А. Корзун, А.А. Гузеев // Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009 - 1CD-ROM - Материалы Всерос. конф. с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горнометаллургической отрасли».

4. Кисляков, В.Е. Майнообразование на обводненных месторождениях россыпного золота и нерудных строительных материалов [Текст] / В.Е. Кисляков, О.А. Корзун, А.А. Гузеев // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: сб. материалов 8-й Международной науч.-техн. конф.- Красноярск: ИПК СФУ, 2010. - С.163-166.

5. Пат. Р.Ф. №2414561 Способ образования майны в зимний период [Текст] / В.Е. Кисляков, О.А. Корзун, А.А.Шершнев, А.А. Гузеев Заявка № 2009141748/03; заявл. 11.11.2009; опубл.20.03.2011 Бюл. №8

Заключение

9,3 %

Список литературы

Calculation of Parameters Insulating Material Used in Formation of Ice Cracks

Olga A. Korzun and Viktor E. Kislyakov

Siberian Federal University, 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia

The article gives a method ofcalculating the basic parameters ofthe heat insulating material presented in the form of a separate spherical shape. Two types of stacking insulating material - a stable and unstable considers. Under stable stacking area of the free water surface is 9,3 %, while unstable -12,46 %.

Keywords: formation of ice cracks, the winter period, heat insulating material, drag.