CC BY
10
22. Dumler E. B. Investigation of a pneumatic spring compensator for pressure fluctuations with quasi-zero stiffness for a submersible electro-centrifugal pump: dis. ... cand. tech. nauk. Ufa State Technical Petroleum University. Ufa, 2018. 143 p.
23. Adaptive negative stiffness: A new structural modification approach for seismic protection using Adaptive Negative Stiffness Device / D. T. R. Pasala [and others] // Struct. Eng. 2013. Vol. 139. p. 1112-1123.
УДК 622.274
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЁМКОСТИ ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
А.Л. Иванников, А.Э. Адигамов, К.А. Головин, А.Б. Копылов
Дан анализ негативных последствий воздействия горнодобывающего предприятия на экологию региона. Предложен вектор направлением повышения эффективности функционирования горнодобывающего предприятия путём комплексного подхода к освоению природных и техногенных ресурсов. Рекомендованы направления улучшения экономико-энергетической эффективности трубопроводной системы. Рассмотрены вопросы снижения энергоёмкости трубопроводного транспортирования литых твердеющих закладочных композитов и отдельных его компонентов. Описаны исследования зависимостей напора гидрокомпозита, при гидравлическом транспорте от концентрации твёрдой фракции в ней. Определена энергоемкость гидротранспортной системы зависит от величины концентрации твердых частиц в объеме транспортируемого гидрокомпозита. Выявлены зависимости: пропускной способности трубопроводной системы от коэффициента сопротивления; приведённой плотности от концентрации твёрдой фракции и мощности трубопроводной системы от концентрации твёрдой фракции в транспортируемом гидрокомпозите. Установлено, что энергетические затраты на гидравлический транспорт твердых материалов являются функцией механических характеристик твердой фазы потока и гидрокомпозита. С увеличением концентрации твёрдой фазы происходит снижение энергетических затрат трубопроводной транспортной системы. Оптимальная концентрация твёрдой фазы составляет 0,08.
Ключевые слова: геотехнология, гидрокомпозит, закладочный композит, трубопроводный транспорт, трубопроводная система, экономический эффект, энергетические затраты.
Введение
Важнейшим направлением повышения эффективности функционирования горнодобывающего предприятия, особенно при добыче и производстве цветных, драгоценных и редких металлов, является рациональное, комплексное использование ресурсов недр Земли [1]. Вместе с тем истощение благоприятных к выемке запасов минерального сырья в условиях постоянного роста потребления вызывает необходимость нового научно-методического подхода к решению проблем проектирования комплексного освоения и сохранения недр, отвечающего требованиям повышения полноты и качества использования георесурсов [2].
Длительное освоение рудных месторождений привело к существенному истощению балансовых запасов и снижению их качества, а также накоплению большого количества отходов горно-металлургического производства в виде складированных хвостов обогащения и металлургических шлаков, отвалов некондиционных руд и вмещающих пород, промышленных стоков [3, 4]. Повторное применение техногенных отходов сдерживается наличием в них химически опасных элементов [5] или присутствием полезных компонентов для повторной переработки [6] Интенсивное освоение минеральных ресурсов приводит к возникновению техногенных катастроф. Частота техногенных катастроф в различных проявлениях: горные удары; техногенные землетрясения; образование провалов на поверхности; провыв воды в рудник и другие, при извлечении полезного ископаемого увеличивается. Одним из способов сохранения первозданной природы и минерального разнообразия Земли видится путём переноса техногенно -опасных производств на космические тела [7]. Но отсутствие технических возможностей осуществления и не решённые правовые задачи [8] откладывают реализацию данной идеи на далёкое будущее.
Основным способом решения проблемы рационального и комплексного освоения природных ресурсов и формирования предпосылок устойчивого развития горнопромышленного региона является применение систем разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими композитами на основе техногенных отходов [9].
Большинство подземных рудников в России работают на глубине более 500 м. В подобных условиях применение геотехнологии с закладкой позволяет управлять горным давлением, сдвижением подрабатываемого массива, что становится решающим фактором успешной работы предприятий [10]. Кроме того, освоение геотехнологий с закладкой позволяет повысить полноту и качество извлечения запасов, утилизировать техногенные отходы различных производств [11], сохранять гидрологический режим и поверхность регионов [12]. Закладка твердеющими композитами позволяет повысить безопасность ведения подземных горных работ [13] с учётом изменчивости геодинамики массива [14].
Термин «закладка» определяет процесс создания искусственного массива в выработанном пространстве и подразумевает использование разнообразных закладочных композитов [15]. Создание искусственного монолитного массива происходит под воздействием гидратации и гидролиза вяжущего, его кристаллизации и химических реакций. Наиболее полное использование достоинств твердеющей закладки достигается путём создания разнопрочностной закладки [16].
В практике разработки месторождений можно выделить направление, по которому идет развитие технологии приготовления, транспорта и укладки твердеющих композитов, подразумевающее приготовление литых и пластичных закладочных смесей на поверхностных закладочных ком-
плексах с подачей их к месту укладки с помощью самотёчного или само-течно-пневматического трубопроводного транспорта. Необходимую прочность закладочного массива обеспечивают за счет соответствующего расхода вяжущих, а достижение необходимых реологических характеристик путём водовяжущего отношения. Для снижения себестоимости закладочных работ традиционные компоненты закладочной смеси заменяют техногенными отходами [17].
При приготовлении закладочных композитов используются инертные заполнители различной крупности. Композиты с крупным наполнителем обеспечивают высокую прочность создаваемого искусственного массива, но требуют значительного расхода вяжущего. Существенно осложняется транспорт таких смесей в подземных условиях, возрастает опасность закупорки, износа и отказов в трубопроводах, поэтому на рудниках предпочтение отдается литым твердеющим композитам на основе мелкодисперсного инертного заполнителя. Для исключения негативных последствий использования крупных фракций инертного заполнителя необходимо их дополнительное измельчение. В настоящее время необходимо совершенствование технологии измельчения и создание механизмов улучшающий данный процесс [18].
При подаче в камеры литых композитов с преобладающим процентом мелкодисперсных фракций достигается наибольшая производительность труботранспортной системы [19], высокая интенсивность закладки камер, удовлетворительное растекание смеси и тщательное заполнение пустот [20]. Составы применяемых твердеющих композитов зависят от наличия местных материалов, требуемой прочности и принятой схемы приготовления и способа подачи композита в выработанное пространство. В этой связи, применений отходов, характеризующиеся стабильным фракционным составом, видеться наиболее приемлемым вариантом [21]. Вопросы уменьшения обводнённости путём сушки рассмотрены в работе [22].
Задачи, объекты и методы исследования
В настоящее время при разработке месторождений полезных ископаемых приготовление закладочных композитов происходит на поверхности рудника на закладочных комплексах с последующей их подачей к месту укладки посредством трубопроводного транспорта.
Помимо этого, на горно-обогатительных предприятиях трубопроводные системы являются значимым элементом технологического процесса извлечения [23], переработки минерального сырья [24] и приготовления закладочного композита [25].
В технологических схемах горнодобывающих предприятий трубопроводный транспорт является одним из приоритетных ввиду следующих факторов:
- непрерывная/бесперебойная и своевременная доставка продукта к месту потребления;
- возможность создания кратчайшего пути;
- низкая себестоимость и быстрая окупаемость трубопроводной системы;
- возможность автоматизации всего процесса транспортировки;
- возможность комплексного наблюдения за трубопроводной системой в целом и всеми её элементами;
- простота в эксплуатации и надёжность.
В свою очередь, оценка применения трубопроводных систем на горнодобывающих предприятиях свидетельствует о недостаточном их использовании. В случаях, когда в технологических схемах горнодобывающего предприятия трубопроводные системы занимают значительное место, их эффективность не соответствует техническим возможностям:
- высокие эксплуатационные расходы на обслуживание системы в целом и оборудования в частности;
- высокий износ всей трубопроводной системы;
- низкий рабочий ресурс всего оборудования
- низкая экономическая эффективность трубопроводной системы.
В современных условиях устойчивое финансовое состояние горнодобывающего предприятия невозможно без эффективной экономической стратегии развития, приносящей стабильные дивиденды [26].
В стоимости транспортирования пульпы от места производства до места потребления большое место занимают энергозатраты [27] и показатели энергоёмкости постоянно увеличиваются по мере удаления хвосто-хранилищ от места обогащения и вовлечения в эксплуатацию новых участков месторождений, более удалённых от места приготовления закладочного композита. Следовательно, вектором улучшения финансовой устойчивости горнодобывающего предприятия и источником получения дополнительной экономической выгоды, является снижение энергозатрат на транспорт гидрокомпозита по трубопроводу.
Следствием высокой энергоёмкости процесса транспортирования, является низкая концентрация твёрдого компонента в годропотоке перекачиваемой пульпы.
Для улучшения экономико-энергетической эффективности трубопроводной системы необходимо:
- установить закономерности снижения водосодержания пульпы в гидроциклонах или пластинчатых аппаратах до повышенной концентрации твёрдой фазы;
- определить оптимальное соотношение динамических и кинематических параметров гидропотока;
- подобрать оптимальное оборудование для сгущения и перекачки;
- разработать методику расчёта транспорта пульпы с пониженным водосодержанием;
- при необходимости провести экспериментальные исследования, для проверки теоретических расчётов.
К настоящему времени проведено множество исследований по транспортированию пульпы с различными физико -механическими характеристиками в трубах различного диаметра. На основе данных исследований представлен ряд эмпирических и полуэмпирических формул для определения гидравлического уклона трубопроводов, которые можно описать общим выражением функции диаметра трубопровода и скорости движения пульпы [28]:
О2 В2'5
3 = 3 = АХ °т + БХ-, (1)
п 0 В5 О
где J0 и Jn - гидравлический уклон на чистой воде и пульпе, м/м; Л/ -дополнительные потери напора, обусловленные наличием твердых частиц в потоке жидкости; Х - коэффициент сопротивления пульпопровода; Q -расход транспортируемой пульпы по трубопроводу, м /ч; О - обычный (стандартный) диаметр пульповода, м; ^=(164,52-106)-1 м-1-ч2; В - параметр, не зависящий от скорости (расхода) и диаметра трубопровода и являющийся функцией различных характеристик гидросмеси, а также ее жидкой и твердой составляющих, рассчитывается по формуле м °'5-ч-1.
Выражение определения гидравлического уклона трубопровода графически представлено номограммой на рис. 1, из анализа которой следует, что коэффициент сопротивления пульпопровода Х уменьшается с увеличением количества транспортируемой по трубопроводу пульпы при В=сот( и с увеличением диаметра пульпопровода при Q=const.
При проектировании трубопроводной транспортной системы необходимо определить величину концентрации твердой фазы в потоке гидрокомпозита, при которой энергетические затраты, удельная энергоемкость будут иметь наименьшие значения. В настоящее время, как правило, выбор величины концентрации производится самим проектировщиком, на основе его собственного опыта.
При эксплуатации транспортной конструкции при перемещении пульпы с пониженным водосодержанием необходимо учитывать увеличение износа деталей и механизмов виду повышенной образованности за счёт увеличения плотности твёрдой фазы. Необходимо обеспечить сохранение эксплуатационного ресурса транспортной системы за счет применения новых технологий их изготовления и диагностики износа.
Рис. 1. Номограмма для расчёта коэффициента сопротивления пульпопровода в зависимости от расхода транспортируемой пульпы
и диаметра пульповода
Результаты и их обсуждения
Анализ теоретических зависимостей потерь напора, при гидравлическом транспорте сыпучих материалов, например, хвостов обогащения минерального сырья в горной промышленности, показывает, что с увеличением концентрации их величина возрастает. Вместе с тем рост удельных потерь напора, а, следовательно, и требуемой мощности, может снизить эффект от увеличения производительности в связи с ростом потребной энергии. При этом увеличение концентрации твердого материала приводит к уменьшению расхода гидросмеси. В связи с этим, величина мощности (энергии), определяемая произведением потребного давления и расхода, будет уменьшаться при росте концентрации до некоторого предельного значения, при достижении которого должен происходить рост мощности. Нахождение максимума концентрации твердого материала в потоке гидросмеси, которому будет соответствовать минимум потребной мощности, является важной научно-технической задачей, решение которой будет способствовать увеличению эффективности рабочего процесса и оборудования гидротранспортного комплекса.
Удельная энергоемкость определяется мощностью, расходуемой при транспортировании 1 тонны твердого материала на расстояние 1 километр и может быть рассчитана по формуле:
N
е = —, (2)
Ятв Ь
где е - удельная энергоемкость гидравлического транспортирования при транспортировании 1 тонны твердого материала, кВт-ч/т-км; N - мощность, затрачиваемая на транспортирование гидрокомпозита, кВт; дТВ -производительность системы по твердому материалу, т/ч; Ь — длина трубопровода (расстояние транспортирования), км.
Мощность, затрачиваемая на транспортирование гидрокомпозита, определяется параметрами перекачиваемого потока гидросмеси и численно равна произведению объемного секундного расхода Qсм гидрокомпозита и необходимого давления, достаточного для преодоления гидравлических сопротивлений р , т.е.:
N — Осм Р _ ОсмРсм ёН
1000 1000 ' ( ) где р — ОсиРсёН - рабочее давление, Па; рсм - плотность транспортируемой гидрокомпозита, кг/м ; Н - потребный напор (удельная энергия) системы гидротранспорта [м], равный произведению удельных потерь /см напора на длину Ь трассы трубопровода.
Подставив соответствующее выражение для мощности, получим формулу (2) в следующем виде:
£ _ ^^ Р смё см Ь а 1000 __Р смё см _ Р смё см
см 1000 3,6ётвЬ См 3,6ётВСтВ 3,6ётвСтВ '
Формула показывает, что энергоемкость гидротранспортной системы зависит от величины концентрации твердых частиц в объеме транспортируемой гидрокомпозита. Формулу (3) можно представить в виде следующего выражения:
е — А ■ Б, (5)
где А — ё /3,6рга - постоянный множитель, зависящий от плотности транспортируемых твердых частиц, Б — рсм ■ £гсм / ств - параметр, величина которого определяется концентрацией твердых частиц в объеме перекачиваемой гидрокомпозита, который назовем приведенной плотностью.
Параметр В (приведенная плотность), имеющий размерность плотности, можно рассматривать, как критерий энергоемкости процесса гидравлического транспорта. Основной величиной, определяющей параметр В, является ¡см - потери напора, значение которых зависит от концентрации твердых частиц - ссм .
Приведенная плотность В зависит от соотношения величины расхода гидросмеси, определяемого концентрацией твердого материала и значе-
ния необходимого (потребного) давления. Потребное давление является возрастающей функцией концентрации, а функция расхода - убывающей. Следовательно, кривые зависимости давления и расхода имеют единственное общее значение концентрации, которое в этом случае можно считать критическим значением - - сТв.КР .
Для каждого вида гидрокомпозита, характеризующейся определенным гранулометрическим составом, необходимой производительностью по твердому материалу имеется вполне определенная критическая концентрация. При концентрациях меньших критической, потребная мощность гидротранспортной системы уменьшается с ростом концентрации. После достижения значения концентрации, равной критической потребная мощность с дальнейшим ростом концентрации увеличивается.
Наличие критического значения концентрации твердого материала в объеме гидросмеси определяет минимальное значение приведенной плотности (параметра В). Кривые Q(стВ) и /см(сТВ) имеют общее решение, соответствующее критическому значению концентрации и минимальному значению приведенной плотности В, как критерия энергоемкости, что подтверждается графиком зави- симости энергоемкости от концентрации твердой фазы (рис. 2).
Рис. 2. График изменения приведенной плотности В от концентрации твердой фазы в объеме гидрокомпозита
Произведение расхода пульпы на потери давления при гидротранспорте определяет мощность процесса транспортирования, которая также будет иметь минимальное значение при достижении критической концентрации, что показано на рис. 3.
785 ■
780 ■
СО
•А
£ 775 ■ ь
о с
3 770 ■ с
S
765 ■
760 40,04
Концентрация
Рис. 3. Зависимость мощности гидротранспорта от концентрации твердой фазы в потоке гидрокомпозита
Полученные теоретические зависимости по энергетическим затратам при течении гидрокомпозита по трубопроводам, показывают, что всегда имеется некоторое предельное значение концентрации твердых частиц в объеме гидросмеси, при котором расходуемая мощность и удельная энергоемкость принимают наименьшие значения для заданных механических характеристик твердого материала. К таким характеристикам относятся: гранулометрический состав твердых частиц, их крупность и плотность.
Выводы
Энергетические затраты на гидравлический транспорт твердых материалов являются функцией механических характеристик твердой фазы потока и гидрокомпозита. Гидравлическая мощность, затрачиваемая на транспорт композита, как и удельная энергоемкость процесса с увеличением концентрации твердых частиц снижается и достигает некоторого предельного минимального значения, после которого дальнейшее увеличение концентрации приводит к росту энергетических затрат.
Наименьшая гидравлическая мощность и сниженная удельная энергоемкость характеризуют эффективный рабочий режим гидротранспортной системы, при котором используемая насосная установка будет работать с наибольшей эффективностью. Наименьшие энергетические затраты трубопроводной системы достигаются при оптимальной концентрацией твёрдой фазы потока гидрокомппозита равной 0,08
Список литературы
1. Минимизация влияния горного производства на окружающую среду / В. Голик, Ю. Дмитрак, О. Габараев, Х. Кожиев // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 26-29. DOI: 10.18412/1816-03952018-6-26-29.
2. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak [and others]// Metallurgist. 2021. V. 64. P. 851- 861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
3. Экологические аспекты хранения хвостов обогащения руд в горном регионе / В. Голик, Ю. Дмитрак, В. Комащенко, Ю. Разоренов // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 6. С. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
4. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khayrutdinov // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2078-2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
5. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik [and others] // E3S Web of Conferences. XXII International Scientific Conference «Con-straction the Formation of Living Environment» (FORM-2019). 18-21 April. 2019. Tashkent, Uzbekistan. V. 97. 03032. doi: 10.1051/e3sconf/20199703032.
6. Геофизические методы контроля руд при выщелачивании / В.И. Голик, Ю.В. Дмитрак, В.И. Комащенко, О.Г. Бурдзиева // Геофизика. 2018. № 1. С. 85-91.
7. Планетная технология. Предпосылки формирования новой научной дисциплины / М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А.М. Хайрутдинов // Горная промышленность. 2020. № 3. C. 113— 120. DOI: 10.30686/1609-91922020-3-113-120.
8. Khayrutdinov A. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects // The Advances in the astronautical sciences. Proceedings of the First IAA/AAS SciTech Forum on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials. 2020. V. 170. P. 895-902.
9. Бесцементные закладочные смеси на основе водорастворимых техногенных отходов / М.М. Хайрутдинов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тю-ляева, А. Хайрутдинов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 11. С. 30-36. doi: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
10. Geomechanical substantiation of parameters of technology for mining salt deposits with a backfill / J. Rybak [and others] // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
11. Application of crushed concrete in geotechnical engineering - selected issues / J. Kawalec, S. Kwiecien, A. Pilipenko, J. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. World Multidisciplinary Earth Sciences Symposium (WMESS 2017). 11-15 September. 2017. Prague, Czech Republic. V. 95. 022057. DOI: 10.1088/1755-1315/95/2/022057.
12. Ермолович О.В., Ермолович Е.А. Композиционные закладочные материалы с добавкой из механоактивированных отходов обогащения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 3. С. 24-30.
13. Повышение безопасности при извлечении водорастворимых руд путём оптимизации параметров закладочного массива / М.М. Хайрутди-нов, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, А. Хайрутдинов, Ю.С. Тюляева // Безопасность труда в промышленности. 2021. № 1. С. 53-59. DOI: 10.24000/0409-29612021-01-53-59.
14. Повышение безопасности подземной добычи руд учетом геодинамики массива / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габара-ев // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 36-42. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-8-36-42.
15. Исследование влияния активационной обработки на галитовые отходы обогащения при приготовлении закладочной смеси / Ч.Б. Конгар -Сюрюн, В.В. Фараджов, Ю.С. Тюляева, А.М. Хайрутдинов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 1. С. 43-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-43-57.
16. Управление напряженно-деформационным состоянием массива горных пород путем формирования разнопрочностной закладки / A.M. Khayrutdinov, Ch.B. Kongar-Syuryun, T. Kowalik, Yu.S. Tyulyaeva // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 10. С. 42-55. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-42-55.
17. Использование вяжущих на основе металлургических шлаков в составе закладочных смесей / В.И. Голик, Ч.Б. Конгар-Сюрюн, Ю.С. Тюляева, А.М. Хайрутдинов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. № 4. С. 389-400.
18. Пути совершенствования методов оценки основных характеристик мелющих шаров / М.Г. Рахутин, П.Ф. Бойко // Уголь. 2017. № 12. C. 49-52. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-12-49-52.
19. Трубопроводный транспорт литых твердеющих закладочных смесей с пониженным водосодержанием / А.Ю. Стовманенко, А.Н. Ану-шенков // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2016. № 2. С. 99-104.
20. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing
Technologies and Equipment (ICMTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
21. Kowalik T., Ubysz A. Waste basalt fibers as an alternative component of fiberconcrete // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2055-2058. D0I.org/10.1016/j.matpr.2020.10.140.
22. Time necessary for microwave drying of mineral soils / P. Prokop-owicz [and others] // Journal of Physics: Conference Series. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies. 10-13 December. 2020. Voronezh, Russia. V. 1614. 012021. DOI: 10.1088/1742-6596/1614/1/012021.
23. Мельник В.В., Козлов В.В. Анализ исследований и состояния гидравлической технологии и процессов добычи угля // Уголь. 2017. №2. С. 16-17. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-2-16-17.
24. Голик В.И., Комащенко В.И., Поляков А.В. Современные технологии извлечения металлов из хвостов обогащения и переработки руд с целью их комплексного использования // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 1. С. 100-111.
25. Голик В.И., Лукьянов В.Г., Хашева З.М. Обоснование возможности и целесообразности использования хвостов обогащения руд для изготовления твердеющих смесей // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 5. С. 6-14.
26. Новоселов С.В., Мельник В.В., Агафонов В.В. Экспортно-ориентированная стратегия развития угольных компаний России - основной фактор обеспечения их финансовой устойчивости // Уголь. 2017. № 11. С. 54-56. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-54-56.
27. Плотников В.В., Богданова Н.В., Самойлов А.В. ^ижение энергозатрат при трубопродной транспортировке жидкостей // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 15. С. 81-85.
28. Кирпичев М.В., Конаков П.К. Математические основы теории подобия. М.: Изд-во АН СССР, 1949. 106 с.
Иванников Александр Любимович, канд. техн. наук, ivannickov@bk. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
Адигамов Аркадий Энгелевич, канд. техн. наук, arckad.adigamow@yandex.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
Копылов Андрей Борисович, д-р техн. наук, доцент, toolart@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Головин Константин Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой, kagolovin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
REDUCING THE ENERGY CAPACITY OF HYDRAULIC TRANSPORTATION A.L. Ivannikov, A,E. Adigamov, K.A.Golovin, A.B. Kopylov
The article analyzes the negative consequences of the impact of a mining enterprise on the ecology of the region. The vector of the direction of increasing the efficiency of the functioning of a mining enterprise by means of an integrated approach to the development of natural and man-made resources is proposed. The directions of improving the economic and energy efficiency of the pipeline system are recommended. The issues of reducing the energy consumption ofpipeline transportation of cast hardening filling composites and its individual components are considered. Investigations of the dependences of the hydrocomposite pressure during hydraulic transport on the concentration of the solid fraction in it are described. The energy intensity of the hydrotransport system has been determined depends on the concentration of solid particles in the volume of the transported hydrocomposite. Dependences have been revealed: throughput of the pipeline system on the resistance coefficient; reduced density from the concentration of the solid fraction and the capacity of the pipeline system from the concentration of the solid fraction in the transported hydrocomposite. It has been established that the energy costs for the hydraulic transport of solid materials are a function of the mechanical characteristics of the solid phase of the flow and the hydrocomposite. With an increase in the concentration of the solid phase, the energy consumption of the pipeline transport system decreases. The optimum concentration of the solid phase is 0.08
Key words: geotechnology, hydrocomposite, backfill composite, pipeline transport, pipeline system, economic effect, energy costs.
Ivannikov Alexander Lyubimovich, candidate of technical sciences, ivannickov@,bk .ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS»,
Adigamov Arkadiy Engelevich, candidate of technical sciences, docent, arckad. adigamow@yandex. ru, Russia, Moscow, Nutional University of Science and Technology «MISiS»,
Kopylov Andrey Borisovich, doctor of technical sciences, professor, toolart@ mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Golovin Konstantin Alexandrovich, doctor of technical sciences, docent, head of chair, kagolovin@mail.ru, Russia, Tula, Tula state University
References
1. Minimization of the impact of mining production on the environment / V. Golik, Yu. Dmitrak, O. Gabaraev, Kh. Kojiev // Ecology and Industry of Russia. 2018. T. 22. No. 6. Pp. 26-29. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-26-29.
2. Utilization of Mineral Waste: A Method for Expanding the Mineral Resource Base of a Mining and Smelting Company / J. Rybak [and others]// Metallurgist. 2021. V. 64. P. 851 - 861. DOI: 10.1007/s11015-021-01065-5.
3. Ecological aspects of storage of ore dressing tailings in the mountain region / V. Golik, Yu. Dmitrak, V. Komashchenko, Yu. Razorenov // Ecology and Industry of Russia. 2018. Vol. 22. no. 6. pp. 35-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2018-6-35-39.
4. Geotechnology using composite materials from man-made waste is a paradigm of sustainable development / Ch. Kongar-Syuryun, A. Ivannikov, Y. Tyulyaeva, A. Khay-
rutdinov // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2078-2082. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.145.
5. Chemical hazards in construction industry / T. Kowalik [and others] // E3S Web of Conferences. XXII International Scientific Conference «Con-straction the Formation of Living Environment» (F0RM-2019). 18-21 April. 2019. Tashkent, Uzbekistan. V. 97. 03032. doi: 10.1051/e3sconf / 20199703032.
6. Geophysical methods of ore control during leaching / V. I. Golik, Yu. V. Dmitrak, V. I. Komashchenko, O. G. Burdzieva // Geofizika. 2018. No. 1. pp. 85-91.
7. Planetary technology. Prerequisites for the formation of a new scientific discipline / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Mining Industry. 2020. № 3. C. 113-120. DOI: 10.30686/1609-91922020-3-113-120.
8. Khayrutdinov A. Current issues of mining activities on celestial bodies: International law aspects // The Advances in the astronautical sciences. Proceedings of the First IAA/AAS SciTech Forum on Space Flight Mechanics and Space Structures and Materials. 2020. V. 170. P. 895-902.
9. Cementless laying mixtures based on water-soluble technogenic waste / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A. Khairutdinov // Izvestiya Tomskogo politechnicheskogo universiteta. Georesource engineering. 2020. Vol. 331. No. 11. pp. 30-36. doi: 10.18799/24131830/2020/11/2883.
10. Geomechanical substantiation of parameters of technology for min-ing salt deposits with a backfill / J. Rybak [and others] // Mining Science. 2021. V. 28. P. 19-32. DOI: 10.37190/msc212802.
11. Application of crushed concrete in geotechnical engineering - select-ed issues / J. Kawalec, S. Kwiecieñ, A. Pilipenko, J. Rybak // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. World Multidisciplinary Earth Sci-ences Symposium (WMESS 2017). 1115 September. 2017. Prague, Czech Republic. V. 95. 022057. DOI: 10.1088/17551315/95/2/022057.
12. Yermolovich O. V., Yermolovich E. A. Composite filling materials with an additive from mechanoactivated enrichment waste // Proceedings of the Tula State University. Earth Sciences. 2016. No. 3. pp. 24-30.
13. Improving safety in the extraction of water-soluble ores by optimizing the parameters of the filling array / M. M. Khairutdinov, Ch. B. Kongar-Syuryun, A. Khairutdinov, Yu. S. Tyulyaeva // Labor safety in industry. 2021. No. 1. pp. 53-59. DOI: 10.24000/04092961-2021-01-53-59.
14. Improving the safety of underground ore mining taking into account the geody-namics of the massif / V. I. Golik, Yu. I. Razorenov, Yu. V. Dmitrak, O. Z. Gabaraev // Labor safety in Industry. 2019. No. 8. pp. 36-42. DOI: 10.24000/0409-2961-2019-8-36-42.
15.Kongar-Syuryun, Ch. B., Faradzhov, V. V., Tyulyaeva, Yu. S., and Khairutdinov, A.M., Study of the effect of activation treatment on halite enrichment waste in the preparation of a filling mixture, Gorny informatsionno-analiticheskiy bulletin. 2021. No. 1. pp. 43-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-43-57.
16. Management of the stress-strain state of the rock mass by forming a multi-strength bookmark / A.M. Khayrutdinov, Ch. B.Kongar-Syuryun, T. Kowalik, Yu. S.Tyulyaeva // Gorny information and Analytical Bulletin. 2020. No. 10. pp. 42-55. DOI: 10.25018 / 0236-1493-2020-10-0-42-55.
17. The use of binders based on metallurgical slags in the composition of laying mixtures / V. I. Golik, Ch. B. Kongar-Syuryun, Yu. S. Tyulyaeva, A.M. Khairutdinov // Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Earth Sciences. 2020. No. 4. pp. 389-400.
18. Ways of improving methods for evaluating the main characteristics of grinding balls / M. G. Rakhutin, P. F. Boyko // Ugol. 2017. № 12. C. 49-52. DOI: 10.18796/00415790-2017-12-49-52.
19. Stovmanenko A. Yu., Anu-shenkov A. N. Pipeline transport of cast hardening filling mixtures with reduced water content // Bulletin of the Kuzbass State Technical University. 2016. No. 2. pp. 99-104.
20. Research of rheological characteristics of the mixture as a way to create a new backfill material with specified characteristics / Ch. Kongar-Syuryun, A. Aleksakhin, A. Khayrutdinov, Y. Tyulyaeva // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (ICMTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2052-2054. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.139.
21. Kowalik T., Ubysz A. Waste basalt fibers as an alternative compo-nent of fi-berconcrete // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment (IC-MTMTE). 6-10 September. 2021. Sevastopol, Russia. V. 38. P. 2055-2058. D0I.org/10.1016/j.matpr.2020.10.140.
22. Time necessary for microwave drying of mineral soils / P. Prokop-owicz [and others] // Journal of Physics: Conference Series. International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies. 10-13 December. 2020. Voronezh, Russia. V. 1614. 012021. DOI: 10.1088/1742-6596/1614/1/012021.
23. Melnik V. V., Kozlov V. V. Analysis of research and state of hydraulic technology and coal mining processes. 2017. No. 2. pp. 16-17. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-2-1617.
24. Golik V. I., Komashchenko V. I., Polyakov A.V. Modern technologies of extraction of metals from tailings of ore dressing and processing for the purpose of their complex use // Proceedings of the Tula State University. Earth Sciences. 2016. No. 1. pp. 100-111.
25. Golik V. I., Lukyanov V. G., Khasheva Z. M. Substantiation of the possibility and expediency of using ore dressing tailings for the manufacture of hardening mixtures // Proceedings of the Tomsk Polytechnic University. 2015. Vol. 326. No. 5. pp. 6-14.
26. Novoselov S. V., Melnik V. V., Agafonov V. V. Export-oriented strategy for the development of coal companies in Russia - the main factor in ensuring their financial stability. 2017. No. 11. pp. 54-56. DOI: 10.18796/0041-5790-2017-11-54-56.
27. Plotnikov V. V., Bogdanova N. V., Samoilov A.V. Reduction of energy consumption during pipeline transportation of liquids // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2014. No. 15. pp. 81-85.
28. Kirpichev M. V., Konakov P. K. Mathematical foundations of similarity theory. Moscow: Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1949. 106 p.
