CC BY
1
УДК 622.51
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ДЛЯ СБОРА ПРОСЫПАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ
Н.П. Овчинников
Установлено, что снижения скорости заиливания водосборников участковой водоотливной установки кимберлитового рудника можно достичь путем минимизации последствий просыпа горной массы в зоне перегрузки руды с питателя на ленточный конвейер на основном горизонте. Разработан и в достаточной мере обоснован комплекс по сбору просыпанной горной массы. Внедрение предлагаемого комплекса позволит более эффективно эксплуатировать насосное оборудование и другую горную технику рудника.
Ключевые слова: кимберлитовый рудник, участковый водоотлив, заиление, пульпа, горная масса, технологическое решение, нагребающая звезда.
Введение. Интенсивное заиление водосборников водоотливного хозяйства подземного горного предприятия негативно влияет на себестоимость введения горных работ [1 - 3]. На руднике «Удачный» частая очистка водосборных горных выработок от ило-шламовых отложений ведет к низкой эксплуатационной надежности погрузочно-доставочных машин, используемых в данном технологическом процессе [4]. Одной из причин высокой скорости заиления водосборников участкового водоотлива рассматриваемого рудника является активное увлекание технической водой (или рассолом) просыпанной горной массы в зоне перегрузки кимберлито-вой руды с вибропитателя на ленточный конвейер основного горизонта (гор. - 611 м) в скиповой ствол, а далее на гор. - 650 м, где расположена участковая водоотливная установка [5].
Цель данной работы заключается в разработке и обосновании технологического решения по минимизации попадания просыпанной горной массы в водосборники участкового водоотлива рудника «Удачный».
Основная часть. На первый взгляд эффективно решить проблему очистки почвы горизонта от просыпанной горной массы можно путем замены ленточного конвейера на скребковый. В случае применения последнего отложения горной массы собираются скребками с почвы, которые затем в процессе вращения тягового органа конвейера разгружаются в приемный бункер системы комплекса загрузки скипа. Практика показывает, что сдерживающим фактором применения скребкового конвейера является наличие металлических изделий в транспортируемой кимберлитовой руде и ее сильная обводненность, так как при таких условиях работы тяговому органу будут характерны частые отказы [6, 7].
В свое время на руднике прорабатывался вопрос о приобретении минипогрузчика для решения проблемы частого заиления водосборников участкового водоотлива. Отказ от данной идеи объясняется тем, что ков-
шом машины невозможно будет оперативно собрать всю просыпанную горную массу (в конечном итоге она вместе с водой будет увлекаться в ствол). Кроме этого, часть собранной ковшом кимберлитовой руды будет повторно просыпаться на землю в процессе ее разгрузки на рабочую ветвь конвейера.
Практика показывает, что просыпанная горная масса, смешавшись с водой, образует ило-шламовую пульпу. В целях ее откачки на рудник несколько лет назад была поставлена самоходная вакуумная установка «TransVers Vac» фирмы «Hencon». В период опытно-промышленных испытаний установке были свойственны частые выходы из строя, в связи с чем оборудование сейчас не применяется по функциональному назначению [8].
Для снижения интенсивности заиления водосборников системы участкового водоотлива был разработан механизированный комплекс по сбору просыпанной горной массы.
Принцип работы данного разработанного комплекса заключается в следующем (рис. 1).
При перегрузке кимберлитовой руды с питателя 1 на ленточный конвейер 2, просыпанная горная масса скапливается на основном горизонте в месте, огороженном от остальной подконвейерной зоны перегородкой 3. Погрузочное устройство «нагребающая звезда» 4, которое смонтировано в зоне просыпа горной массы, в процессе своего вращения перемещает в специальный шламосборник 5 образовавшиеся отложения лучами, закрепленными на ее втулке. Проливающаяся на почву горной выработки вода при работе системы орошения руды 6 самотеком стекает в специальный водосборник 7, откуда затем с помощью погружного насоса 8 перекачивается в зумпф скипового ствола 9. Часть воды из нагнетательного трубопровода насоса 8 периодически поступает в шламосборник 5 через его ответвляющуюся часть. Поступившая в шламосборник вода перемешивается с накопившейся горной массой с помощью агитатора (мешалки) погружного насоса 10, образуя при этом ило-шламовую пульпу, которая затем этим же насосом перекачивается в емкость 11, расположенную над конвейером. Через сливной кран емкости 11 ило-шламовая пульпа равномерно подается на ленту конвейера.
Ключевым звеном в представленном технологическом решении является погрузочное устройство «нагребающая звезда», чьи рабочие параметры (производительность, энергоемкость и др.) во многом зависят от его числа лучей z, диаметра <^везд, а также числа оборотов n [9, 10].
Диаметр ^звезд должен быть не менее ширины ленточного конвейера.
Число лучей z в отношении нагребающих звезд горных машин варьируется в диапазоне 1 - 8 штук, а параметр n - 24.. .45 об/мин [11].
Рис. 1. Схема работы предлагаемого комплекса по сбору просыпанной горной массы: 1 - питатель; 2 - ленточный конвейер; 3 - перегородка;
4 - погрузочное устройство типа «загребающая звезда»;
5 - шламосборник; 6 - система орошения руды; 7 - водосборник;
8 - погружной насос; 9 - скиповой ствол; 10 - погружной насос с агитатором; 11 - емкость для сбора ило-шламовой пульпы
Ответвляющаяся часть нагнетательного трубопровода погружного насоса 8 должна быть оснащена шаровым краном для регулирования протока воды в шламосборник.
Погружные насосы 7 и 8 должны быть в обязательном порядке оснащены средствами автоматизации, которые будут отвечать за его автоматический пуск и останов в зависимости от наполнения водосборника и шламосборника.
Емкость 11 рекомендуется гуммировать полиуретаном, так как полиуретан по сравнению с другими материалами имеет следующие достоинства [8]:
1) дешевизна;
2) высокая химическая стойкость;
3) высокая сопротивляемость к истиранию;
4) низкий коэффициент сцепления.
Далее выполним обоснование ряда основных параметров предлагаемого технологического решения.
1. Обоснование мощности привода нагребающей звезды N Необходимая мощность N рассчитывается как
N = , (1)
9550 • п
где п - КПД электродвигателя.
Согласно источникам [1, 2] момент сопротивления на нагребающей звезде
М = Ртах • ¿луч ' * 'Р' ё ' Азвезд , (2)
где Ртах - максимальная площадь захвата просыпанной кимберлитовой руды одним лучом нагребающей звезды, м2; Илуч - высота луча, м; р - плотность горной массы, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Выражение (3) можно представить в следующем виде:
М = ^пах '¿луч ' * 'Р' ё ' Азвезд , (3)
где Ктах - максимальный объем просыпанной кимберлитовой руды за секунду времени, м3.
Объем просыпанной кимберлитовой руды в зоне перегрузки с вибропитателя на конвейер основного горизонта рудника «Удачный» зависит от его производительности, т.е. от количества поднятых скипов [3]. В связи с этим показатель Ушах может быть найден как
V =Птах • V (4)
^тах у с ' V V
п
где птах, п - соответственно максимальное и среднее число поднятых скипов на дневную поверхность; Vс - средний объем просыпанной кимберлитовой руды за секунду времени, м3.
Так как 24 ч = 86400 с, то параметр
г \
к 2' +к-Чуч
Vc = к1 365 р ^ , (5)
с 1 86400
где к1 - коэффициент, учитывающий объем просыпанной горной массы в зоне перегрузки руды в разрезе ее общего значения; к2 - коэффициент, учитывающий соотношение жидкого и твердого в ило-шламовой пульпе; Уп - годовой объем ило-шламовой пульпы в условиях участкового водоотлива, м3/год; к - концентрация механических примесей в воде, кг/м3; чуч -суточный водоприток в водосборники, м3/сут.
Согласно производственным данным к1 = 0,65, к2 = 0,6 [2].
2. Обоснование вместимости шламосборника V
Вместимость V считается удовлетворительной в случае, когда
V > 2 ^шлам . (6)
где ^шлам - объем ило-шламовой пульпы, поступающий в шламосборник за час, м3,
г и „ \
•к3, (7)
V = к у шлам Л1
к2- +
V
8760 24- р
где к3 - коэффициент, учитывающий соотношение жидкого к твердому в шламосборнике.
Для обеспечения эффективной перекачки пульпы насосным оборудованием коэффициент к3 должен быть не менее 3.
3. Обоснование производительности погружного насоса с агитатором Qагит
При подборе модели погружного насоса по параметру Qагит необходимо учитывать следующее:
^гит — Ушлам , (8)
где Ушлам - объем ило-шламовой пульпы, поступающий за час, м3.
4. Обоснование производительности погружного насоса Qн Производительность Qн должна быть не менее чем
Q — Ц уч — #бвр — ^ввс (9)
^ — 24 ' (9)
где цбвр - водоприток в водосборники участкового водоотлива в результате бурения шпуров, м3/сут; цввс - водоприток в водосборники участкового водоотлива с вентиляционно-вспомогательного ствола, м3/сут.
С учетом того, что в отношении рудника «Удачный» сумма цбвр и цввс равняется половине Цуч, формула (9) приобретает следующий вид:
0,5 ■ цуч
Qн —. (10)
Исходные данные для расчета параметров Я, Ушлам, У, Qагит и Q приведены в табл. 1, вычисленные значения искомых параметров - в табл.2.
Таблица 1
Исходные данные для расчета параметров N Ушлам, V, Qагит и Q
Уп, к1 к2 Птах П 2 P, й?звезд П, П к3 к
г/л м3/сут кг/м3 об/мин
8352 700 0,65 0,6 230 150 2 2600 1 30 0,7 3 23
Таблица 2
Вычисленные значения параметров N Ушлам, V, Qагит и Q
Я, кВт Ушлам, м3 V, м3 Qагит, м3/ч Q, м3/ч
0,057 1,62 3,3 2 3,3 2 14,6
Внедрение предлагаемого технологического решения на рудник «Удачный» позволит повысить эксплуатационную надежность погрузочно-доставочных машин, используемых при очистке водосборников от ило-шламовых отложений.
Заключение
1. Установлено, что для снижения скорости заиливания водосборников участковой водоотливной установки рудника «Удачный» РФ, в первую очередь необходимо оперативно удалять с почвы просыпанную горную массу в зоне перегрузки кимберлитовой руды с питателя на ленточный конвейер на основном горизонте.
2. Разработан и в достаточной мере обоснован комплекс по сбору просыпанной горной массы.
3. Рассчитаны основные параметры комплекса по сбору просыпанной горной массы при условии его практического внедрения на рудник «Удачный».
Список литературы
1. Корпачев В.В., Харьков А.В., Березин С.Е. Технология очистки шламоотстойников с использованием погружных насосов // Горная промышленность. 2013. № 1(107). C. 58.
2. Долганов А.В., Тимухин С.А. Гидроабразивный износ насосов рудничного водоотлива: монография. М.: Издательский дом «Академия Естествознания», 2016. 180 с.
3. Формирование шахтных вод и анализ способов их очистки / А.А. Куликова, Ю.А. Сергеева, Т.И. Овчинникова, Е.И. Хабарова // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 7. С. С. 135-145.
4. Овчинников Н.П. Влияние ило-шламовой пульпы на эффективность горных машин // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2022. Вып. 2. С. 348-356.
5. Овчинников Н.П. Исследование картины формирования ило-шламовой пульпы в условиях участкового водоотлива // Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2023. № 1. С. 297-307.
6. Diagnostics of technical condition of gear units of belt conveyors for the aggregate of methods of nondestructive testing / E.G. Kuzin [and others] // IOP Conference Series: Materi-als Science and Engineering. 2017. V. 253. 012013.
7. Повышение технического уровня и безопасности эксплуатации забойных скребковых конвейеров / И.В. Косарев, А.В. Мезников, А.Е. Во-лотов, В.П. Кондрахин // Вестник Донецкого национального технического университета. 2020. № 4(22). С. С. 11-21.
8. Овчинников Н.П., Зырянов И.В. Гидромеханизированный комплекс по очистке шахтных вод от крупных механических примесей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 5-2. С. С. 114123.
9. Афонина Н.Б., Отроков А.В., Хазанович Г.Ш. К вопросу назначения отдельных параметров нагребающих звезд погрузочных органов проходческих комбайнов // Горная промышленность. 2021. № 5. С. 90-93.
10. Otrokov A.V., Khazanovich G.S., Afonina N.B. Impact of design parameters on the efficiency of loading organs with gathering stars of the road-headers // Materials Science Forum. 2018. С. 401.
11. Афонина Н.Б. Рациональные параметры погрузочных органов проходческих комбайнов с нагребающими звездами. автореф. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2013. 19 c.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доц., директор, [email protected], Россия, Якутск, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
DEVELOPMENT AND JUSTIFICATION OF A COMPLEX FOR COLLECTING SPILLED
ROCK MASS
N.P. Ovchinnikov
It has been established that a reduction in the silting rate of the water catchments of the district drainage unit on the kimberlitic mine can be achieved by minimizing the consequences of the rock mass in the ore overload zone from the feeder to the conveyor belt on the main horizon. A complex for collecting spilled rock mass has been developed and sufficiently justified. The implementation of the proposed complex will allow more efficient operation of pumping equipment and other mining equipment of the mine.
Key words: kimberlite mine, district drainage, siltation, pulp, rock mass, technological solution, gathering stars.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, associate professor, director, ovchinnlarl9H6@,mail.m, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Korpachev V.V., Kharkov A.V., Berezin S.E. Technology of sludge treatment using submersible pumps // Mining industry. 2013. No. 1(107). C. 58.
2. Dolganov A. V., Timukhin S.A. Waterjet wear of mine drainage pumps: monograph. M.: Publishing House "Academy of Natural Sciences", 2016. 180 p.
3. Formation of mine waters and analysis of methods of their purification / A.A. Kul-ikova, Yu.A. Sergeeva, T.I. Ovchinnikova, E.I. Khabarovsk // Mining information and analytical bulletin. 2020. No. 7. pp. 135-145.
4. Ovchinnikov N.P. The influence of sludge slurry on the efficiency of mining machines // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2022. Issue. 2. pp. 348-356.
5. Ovchinnikov N.P. Investigation of the pattern of formation of sludge slurry in the conditions of local drainage // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2023. No. 1. pp. 297-307.
6. Diagnostics of technical condition of gear units of belt conveyors for the aggregate of methods of nondestructive testing / E.G. Kuzin [and oth-ers] // IOP Conference Series: Ma-teri-als Science and Engineering. 2017. V. 253. 012013.
7. Improving the technical level and safety of operation of downhole scraper conveyors / I.V. Kosarev, A.V. Meznikov, A.E. Volotov, V.P. Kondrakhin // Bulletin of the Donetsk National Technical University. 2020. No. 4(22). pp. 11-21.
8. Ovchinnikov N.P., Zyryanov I.V. A hydromechanized complex for cleaning mine waters from large mechanical impurities // Mining information and analytical bulletin. 2022. No. 5-2. S. S. 114-123.
9. Afonina N.B., Otrokov A.V., Khazanovich G.Sh. On the issue of assigning individual parameters of the loading stars of loading cranes of tunneling combines // Mining industry. 2021. No. 5. pp. 90-93.
10. Otrokov A.V., Khazanovich G.S., Afonina N.B. Impact of design parameters on the efficiency of loading organs with gathering stars of the roadheaders // Materials Science Forum. 2018. p. 401.
11. Afonina N.B. Rational parameters of loading bodies of tunneling combines with raking stars. the author's abstract. ... candidate of Technical Sciences. Novocherkassk, 2013. 19 p.
УДК 622.831.3
К ВОПРОСУ ВЕРОЯТНОСТНОЙ ПРИРОДЫ ПРОЦЕССА СВОДООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ВЫПУСКЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.Е. Прошунин, С.В. Риб, И.О. Гельгенберг
Предложен подход к математическому описанию вероятности процесса сво-дообразования при выпуске сыпучего материала, основанный на возможности моделирования (физического или математического) одних явлений с помощью других, имеющих иную физическую природу. Показано, что это возможно в случае, когда решения математических моделей, описывающих различные явления, эквивалентны.
Ключевые слова: сыпучий материал, выпуск, сводообразование, вероятностная природа, математическая модель, методология построения, эквивалентность решений.
Предложен подход к построению математической модели, описывающей вероятность процесса образования сводов в процессе складирования и выпуска сыпучих материалов (СМ). Несмотря на то, что данная проблема актуальна для многих отраслей промышленности: горной, металлургической, химической, сельскохозяйственной, работ, посвященных ее рассмотрению, известно, в общем-то, не так много.
В исследовании [1] сводовая структура рассмотрена как совокупность последовательно соединенных элементов, нарушение равновесия каждого из которых приводит к разрушению всей системы. Получено соотношение для вероятности истечения
С=1-(1-ц/, (1)
