CC BY
17
© Е.А. Кононенко, С.И. Протасов, Ю.И. Литвин, 2015
УЛК 622.271.6(075.8)
Е.А. Кононенко, С.И. Протасов, Ю.И. Пнтвнн
СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ СОГЛАСОВАНИЯ ПОДАЧИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗА «ТАЛДИНСКИЙ»
Согласования параметров систем водоснабжения и гидротранспортирования путем подачи во всас землесоса воздуха более эффективно в сравнении со способом включения зумпфового гидромонитора. Ключевые слова: гидромониторно-землесосные комплексы, дисбаланс подач систем водоснабжения и гидротранспортирования, способы согласования.
При разработке четвертичных вскрышных пород гид-ромониторно-землесосными комплексами периодически наблюдается рассогласованность режимов работы оборудования систем водоснабжения и гидротранспортирования, которая выражается в том, что производительность гидромониторов по гидросмеси становится меньше производительности (подачи) грунтовых насосов. Дисбаланс подач возникает в момент подрезки уступа гидромониторами, который составляет до 50 % времени от общего времени цикла разработки породы.
Производительность гидромонитора по твердому в это время значительно сокращается по сравнению с периодом размыва обрушенной породы, а плотность гидросмеси и ее количество, поступающее в зумпф, значительно уменьшается. При применении маломощных гидромониторов и групповых забойных землесосных установок из-за нивелировки суммарного притока гидросмеси в зумпф дисбаланс практически не влиял на работу системы гидротранспорта. При внедрении современных мощных гидромониторов типа ГД-300 количество одновременно работающих гидромониторов сокращается практически в два раза, в результате негативная роль дисбаланса значительно возрастает и усложняет работу гидрокомплекса.
Перспективным решением проблемы ликвидации дисбаланса подач является снижение подачи грунтового насоса путем подачи во всас землесоса воздуха, не допуская тем самым понижения уровня пульпы в зумпфе ниже критического [1,2].
Структурная схема насосно-гидромониторной установки филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Талдинский угольный разрез» показана на рис. 1. Водоснабжение гидромониторов осуществляется двумя насосными станциями, работающими последовательно. Насосная станция № 1 («Весенняя) расположена на отметке +260 м (отметка уровня воды в водоеме) и оборудована тремя насосами Д6300-80 (два рабочих и один резервный) с номинальной частотой вращения рабочего колеса. Насосная станция № 2 (перекачивающая) расположена на расстоянии 1200 м от головной насосной станции на отметке +272,1 м и оборудована тремя насосами ЦН3000-197, один из которых резервный.
В забое используется два гидромонитора Т-521 (аналог ГД-300) № 1 и № 2 с насадками диаметром 125 мм. Гидромонитор № 2 в настоящее время не работает. Кроме того, установлены (рис. 4.3) 2 зумпфовых гидромонитора ГМД-250М с насадкой также диаметром 125 мм (работает один гидромонитор).
Все трубопроводы, как магистральный, так и разводящие и забойные, имеют диаметр 720 мм. При этом магистральный трубопровод, идущий от насосной станции № 1 до точки ответвления разводящего трубопровода ближнего гидромонитора № 1, имеет общую длину LK = 2000 м, а геодезическая высота подъема воды в магистральном трубопроводе составляет Нгм = 259-260 = 1 м.
Разводящий и забойный трубопроводы гидромонитора № 1 имеют общую длину Lр = 800 м и общую геодезическую высоту подъема воды Нф = 279 - 259 = 20 м. Общая длина разводящего трубопровода зумпфового гидромонитора составляет L^ = 1000 м и геодезическая высота подъема воды - Нгз = 264 - 259 = 5 м.
В настоящее время работает только гидромонитор № 1, а в период подрезки забоя дополнительно включается зумп-фовой гидромонитор. При этом для водоснабжения гидромониторов используется только один насос Д 6300-80 и один насос ЦН3000-197. Поэтому работу насосно-гидро-мониторной установки именно такой структуры и проанализирована в настоящей статье.
Рис. 1. Технологическая схема гидромеханизации (насосно-гидро-мониторной установки) филиала «Талдинский угольный разрез»
Для сравнения приняты два способа - существующий в настоящее время на всех разрезах Кузбасса, которые применяют
Рис. 2. Использование зумпфовых гидромониторов ГМД-250М на разрезе «Таллинский»
гидромеханизацию, способ согласования режимов работы систем водоснабжения и гидротранспортирования гидрокомплекса путем включения зумпфового гидромонитора (рис. 2) и рекомендуемый в настоящей работе метод впуска атмосферного воздуха в каналы рабочего колеса землесоса с целью снижения его производительности в период врубообразования.
На первом этапе исследований, в соответствии с существующей методикой [3] определим действительный режим работы оборудования насосно-гидромониторной установки при работе только гидромонитора типа ГД-300, работающего забое.
Определение действительных режимов работы оборудования рассматриваемой насосно-гидромониторной установки показано на рис. 3 стрелками. На рисунке приняты следующие обозначения: Н\ — напорная характеристика насоса Д6300-80;
И/ — напорная характеристика насоса ЦН3000-197; Н — суммарная напорная характеристика насосов Д6300-80 и ЦН3000-197, работающих последовательно; Нсм — напорная характеристика магистрального трубопровода; Нср1 — напорная характеристика разводящего и забойного трубопроводов;
500 ШОУ 1500 2000 2500 3 000 3500 Q.H Нш - НаПОрНЭЯ ХЭрЭК"
Рис. 3. Определение действительные теристика гидромонито-
режимов работы оборудования насосно- ра № 1; Нс£ — суммар-
гидромониторной установки при работе ная напорная характе-только забойного гидромонитора
ристика всей внешней сети; Нсн - напорная характеристика насадки диаметром 125 мм.
Действительные режимы работы оборудования будут характеризоваться следующими параметрами. Режим работы насосной установки: суммарная подача насосной установки = =2930 м3/ч; суммарный напор насосной установки Н^ = 289 м. Режим работы насоса Д6300-80: действительная подача Q1д = =2930 м3/ч; действительный напор Н1д = 89 м. Режим работы насоса ЦН3000-197: действительная подача Q2д = 2930 м3/ч; действительный напор Н2д = 200 м. Режим работы гидромонитора: действительный расход через гидромонитор Qгмд= 2930 м3/ч; действительный напор перед гидромонитором Нгмд = 244 м; действительный напор перед насадкой Ннсд = 237 м.
Далее, по той же методике определяем действительный режим работы оборудования насосно-гидромониторной установки при одновременной работе забойного и зумпфового гидромонитора. Для расчета характеристики внешней сети на-сосно-гидромониторной установки в этом случае ее целесообразно разделить на пять участков: магистральный трубопровод, разводящий и забойный трубопроводы гидромонитора № 1, разводящий трубопровод зумпфового гидромонитора и гидромониторы забойный № 1 и зумпфовой. Первые три участка и насадки остаются теми же, что и в предыдущем расчете.
Определение действительных режимов работы оборудования рассматриваемой на-сосно-гидромонитор-ной установки показано на рис. 4 стрелками.
При этом помимо обозначений, приведенных на рис. 3,
2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 м-'/ч
Рис. 4. Определение действительных режимов работы оборудования насосно-гидромониторной установки при работе забойного и зумпфового гидромониторов
здесь построены: Нср2 — напорная характеристика разводящего трубопровода зумпфового гидромонитора; Игм1 — напорная характеристика забойного гидромонитора ГД-300 (Т-521); Игм2 — напорная характеристика зумпфового гидромонитора ГМД-250М; Ис21 — суммарная напорная характеристика разводящего трубопровода и забойного гидромонитора ГД-300, или Т-521, работающих последовательно. В рассматриваемом случае она совпадает с суммарной напорной характеристикой разводящего трубопровода и зумпфового гидромонитора ГМД-250М, также работающих последовательно; Нс^2 — суммарная напорная характеристика разводящего трубопровода с забойным гидромонитором ГД-300 и разводящего трубопровода с зумп-фовым гидромонитором ГМД-250М, работающих параллельно.
Действительные режимы работы оборудования такой на-сосно-гидромониторной установки будут характеризоваться следующими параметрами. Режим работы насосной установки: суммарная подача насосной установки = 4400 м3/ч; суммарный напор насосной установки И^д = 195 м. Режим работы насоса Д6300-80: действительная подача Q1д = 4400 м3/ч; действительный напор И1д = 83 м. Режим работы насоса ЦН3000-197: действительная подача Q2д = 4400 м3/ч; действительный напор И2д = 112 м. Режимы работы гидромониторов: действительный расход через каждый гидромонитор Qгм1,2д= 2200 м3/ч; действительный напор на входе в каждый гидромонитор Игм12д = 150 м; действительный напор перед каждой насадкой Инс1,2д = 140 м.
Анализ режимов работы гидромониторов показывает, что в случае, когда работает только забойный гидромонитор, напор перед его насадкой составляет 237 м. При разработке полужирных глин, которые составляют основную часть разрабатываемых гидромеханизацией пород разреза «Талдинский», удельный расход воды на гидромониторную разработку ц будет равен 6,0 м3/м3. При этом расход воды через гидромонитор Qгмд = 2930 м3/ч, а производительность гидромонитора по твердому Qтд составит
Q = = 2930 = 490 м3/м3. (1)
тд ц 6,0
В момент подрезки забоя работают два гидромонитора: и забойный, и зумпфовой. При этом действительный режим ра-
боты забойного гидромонитора характеризуется следующими параметрами: напор перед насадкой Ннс1д = 140 м, а расход Qнсlд = 2200 м3/ч.
При таком напоре перед насадкой гидромонитора согласно [4] удельный расход воды на врубообразование (подрезку) 01 составит 53 м3/м3, а его производительность по твердому Qт1д может быть рассчитана по формуле:
Q = = 2200 = 41 м3/м3 . (2)
т1л д1 53 '
Q 2 = ^ = = 770 м3/ч. (3)
По окончании процесса подрезки забоя происходит обрушение породы и начинается ее смыв в зумпф гидротранспортной установки. Зумпфовой гидромонитор отключается и работает только забойный. Соответственно изменяется режим его работы (см. выше). При этом удельный расход воды на смыв д2 будет равен 3,8 м3/м3, а производительность забойного гидромонитора по твердому Qт2д (м3/м3) определится следующим образом:
(°™д = 2930 = 770 м3.
02 3,8
Продолжительность каждого процесса в Ъ (ч) общем цикле гидромониторной разработки (врубообразование, смыв обрушенной породы) можно определить по формуле
А = V, (4)
1 Q,
где V,- - объем породы, разрабатываемой при выполнении 1-го процесса, м3; Qт1• - производительность гидромонитора по твердому при выполнении соответствующего 1-го процесса.
Если принять параметры гидромониторного забоя (высоту уступа, глубину, высоту и длину врубовой щели) в соответствии с [4] так как произведенные там расчеты учитывали горнотехнические условия и физико-механические свойства пород разреза «Талдинский», и подставить их в формулу (4), мы определим: время подрезки забоя ¿1 = 0,43 ч; время смыва обрушенной породы /"2 = 0,37 ч.
Если время подрезки и смыва обрушенной породы выразить в процентах к общей продолжительности цикла разработки, то получится, что подрезка занимает 54 % времени, а смыв обру-
шенной породы — 46 %. С учетом этого, производительность гидромонитора по твердому в среднем за цикл составит 380 м3/ч.
Таким образом, производительность насосно-гидромони-торной установки по твердому при применении способа подачи воздуха во всас (без использования зумпфового гидромонитора) составит 490 м3/ч. Производительность же установки при использовании во время подрезки забоя зумпфового гидромонитора равна 380 м3/ч.
Следовательно, способ, когда для ликвидации дисбаланса, возникающего в момент врубообразования, применяется впуск атмосферного воздуха в каналы рабочего колеса землесоса с целью снижения его производительности, обеспечивает, по сравнению со способом подачи дополнительной воды зумпфовым гидромонитором для увеличения объема гидросмеси в зумпфе, в условиях филиала «Талдинский угольный разрез» позволяет увеличить производительность гидроустановки по твердому на 110 м^/ч.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Литвин Ю.И. Ликвидация дисбаланса подач гидросмеси, возникающего в момент подрезки уступа гидромониторами / Ю. И. Литвин, С. И. Протасов // Сборник трудов XV Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности». 08-11 октября 2013г. — Кемерово: ИУУ СО РАН, КузГТУ, 2013. — С. 47-54.
2. Литвин Ю.И. Исследование способа временного снижения производительности землесоса / Ю. И. Литвин, А.С. Цветков // Маркшейдерия и недропользование. — 2013. — № 3(65). — С. 38-42.
3. Шелоганов В.И. Насосные установки гидромеханизации. Учебное пособие / В. И. Шелоганов, Е. А. Кононенко.— М.: МГГУ, 1999.
4. Литвин Ю.И. Обоснование технологических параметров гидромони-торно-землесосных комплексов разрезов Кузбасса при применении мощных гидромониторов: автореферат дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. — Кемерово, 2014. ГДТТТ^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Кононенко Е.А. — доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательский технический университет «МИСиС», Протасов С.И. — кандидат технических наук, профессор, инженер, Литвин Ю.И. — аспирант,
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, kuzstu@kuzstu.ru
UDC 622.271.6(075.8)
COMPARISON OF WAYS OF MATCHING WATER SUPPLY SYSTEMS AND HYDROTRANPORT IN TERMS OF THE SECTION «TALDINSKAYA»
Kononenko E.A., doctor of technical Sciences, Professor, NITU MISIS Mining Institute, Russia,
Protasov S.I., candidate of technical Sciences, professor, Kuzstu, Russia, Litvin Y.I, graduate, Kuzstu, Russia.
Matching the water supply systems and hydrotranport by filling in the suction dredger air is more efficient in comparison with the method including sumptuoso jetting.
Key words. Jet-suction systems, the imbalance of feed water systems and hydrotranport, methods of matching.
REFERENCES
1. Litvin Ju.I. Likvidacija disbalansa podach gidrosmesi, voznikajushhego v moment podrezki ustupa gidromonitorami (Elimination of the imbalance of feed slurry generated during the pruning step of jetting) / Ju. I. Litvin, S. I. Protasov // Sbornik trudov XV Mezhdu-narodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Jenergeticheskaja bezopasnost' Rossii: novye podhody k razvitiju ugol'noj promyshlennosti». 08-11 oktjabrja 2013. Kemerovo: IUU SO RAN, KuzGTU, 2013. pp. 47-54.
2. Litvin Ju.I. Issledovanie sposoba vremennogo snizhenija proizvoditel'nosti zemlesosa (Investigation of a method to temporarily reduce the performance of the dredger) / Ju. I. Litvin, A.S. Cvetkov // Markshejderija i nedropol'zovanie. 2013. No 3(65). pp. 38-42.
3. Sheloganov V.I. Nasosnye ustanovki gidromehanizacii (Pumping plant dredging). Uchebnoe posobie / V. I. Sheloganov, E. A. Kononenko.Moscow: MGGU, 1999.
4. Litvin Ju.I. Obosnovanie tehnologicheskih parametrovgidromonitorno-zemlesosnyh kompleksov razrezov Kuzbassa pri primenenii moshhnyh gidromonitorov (Substantiation of technological parameters of water jet-suction complexes mines in Kuzbass region in the application of powerful jetting): avtoreferat diss. na soisk. uch. st. kand. tehn. nauk. Kemerovo, 2014.
