CC BY
22
0,1566
0,15644
0,15587
О
сравниваемые варианты
Основные показатели его использования представлены в табл. 2 и на рис. 3, 4.
При выборе модели автосамосвала учтены затраты на нормализацию атмосферы карьера.
Выводы
1. Себестоимость транспортирования горной массы при использовании различных способов снижения загрязнений карьерного пространства для автосамосвалов грузоподъемностью 100-150 т мало различается между собой.
2. При принятии окончательного выбора типа оборудования и способа снижения вредного воздействия от его эксплуатации, нужно учитывать человеческий фактор; критерием окончательной оценки
Рис. 4. Себестоимость транспортирования автосамосвалами типа “Юнит Риг М 150”
может являться ущерб от вредного воздействия -оплата больничных листов и доплаты персоналу за вредность; при этом необходимо уменьшать вероятность возникновения разного рода профессиональных заболеваний, связанных с длительным пребыванием людей в зоне повышенного содержания вредных примесей и снижение заболеваемости жителей прилегающих к предприятию территорий; в качестве базового варианта оценки вредного воздействия от применения определенного типа оборудования в заданных условиях можно использовать фактические данные по заболеваемости предприятий, использующих аналогичное оборудование и находящихся в районах с аналогичными климатическими условиями.
3. В целом полученные в работе результаты позволяют численно обосновать выбор оптимального транспортного комплекса с учетом динамики ведения горных работ; сформировать экономикоэкологическую модель выбора наиболее экономичного транспортного комплекса; обеспечить проектные организации и эксплуатационные службы карьеров расчетными данными по объемам вредных выделений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кулешов А.А. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта Справочник в 2-ч частях, - С-Пб, СПГГИ(ТУ), 1994 .
2. Рогалев В.А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий -М.: Недра, 1993.
3. Отчет по НИР Оптимизация параметров транспортных систем глубоких алмазодобывающих карьеров с использованием компьютерных технологий /Промежуточный отчет годового этапа 2001.//Анализ, оценка и выбор перспективных транспортных
систем глубоких алмазодобывающих карьеров. 5ГМ № гос. регистрации 01 200 112629.// С-Пб, СПГГИ(ТУ), 2001. 51 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Кулешов А.А. - профессор, доктор технических наук, СПГГИ -ТУ. Коптев В.Ю. -кандидат технических наук, СПГГИ -ТУ.
Павлов В.Н. - бакалавр, СПГГИ -ТУ.
0,1564
0,15613
0,15610
0,1562
0,1560
0,1558
0,1556
0,1554
© Ю.А. Тарасов, П.В. Шишкин, 2003
УАК 622.771
Ю.А. Тарасов, П.В. Шишкин
УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ ГИАРОСМЕСИ ПРИ АОБЫЧЕ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ НА ШЕЛЬФЕ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ
При разработке железомарганцевых конкреций на шельфе Балтийского моря в ряде случаев гидромеханизированный способ добычи конкреций может оказаться значительно эффективнее, чем добыча с использованием механических средств захвата
, поскольку он более производителен, позволяет полнее отрабатывать подводное месторождение. Однако существенными недостатками этого способа являются высокая энергоемкость из-за значительного разжижения пульпы за счет неизбежных подсосов воды в приемное приспособление силового агрегата; значительная громоздкость и металлоемкость трубопроводной системы при большом диаметре гибкого пульпопровода; сложная и дорогостоящая система управления трубопроводной системой; необходимость возврата на дно по специальному трубопроводу большого количества разжиженных шламов, получаемых в
результате первичного обогащения и обезвоживания конкреций на борту базо
вого судна.
В связи с этим возникают задачи управления параметрами гидросмеси, формируемой в зоне захвата конкреций придонным агрегатом. Решение этих задач позволит существенно улучшить технико-экономические показатели гидромеханизированного способа добычи конкреций за счет максимально возможного сгущения и обесшламливания гидросмеси непосредственно в придонной зоне, а также оптимизировать эти параметры в зависимости от условий добычи и технологии переработки конкреций на базовом судне. Поэтому способ гидромеханизированной добычи может оказаться вполне конкурентоспособным альтернативному ему способу, основанному на механическом захвате конкреций из придонной зоны их залегания. Для этого примыкающий к силовому агрегату участок напорного трубопровода предлагается выполнять перфорированным с постепенным или ступенчатым уменьшением диаметра трубопровода по длине этого участка. При работе грунтового насоса силовой установки гидросмесь, в значительной мере обвод-ненная и загрязненная глинистыми и илистыми донными отложениями, поступает под давлением, несколько превышающим давление необходимое для транспортирования гидросмеси на базовое судно, в перфорированный участок пульпопровода. При движении гидросмеси по перфорированному участку за счет избыточного давления избыток воды вместе с илистой составляющей и мелкими некондиционными фракциями конкреций удаляется через отверстия на этом участке пульпопровода. По основному участку пульпопровода, но уже меньшего диаметра по сравнению с начальным, гидросмесь транспортируется с заданной (оптимальной) объемной концентрацией твердой составляющей. При этом гидросмесь в значительной мере обогащена за счет отделения от нее основной массы шлама и некондиционных фракций конкреций, что упрощает и удешевляет дальнейшую переработку гидросмеси на базовом судне и улучшает экологическую обстановку в районе добычи конкреций.
Основные параметры устройства для сгущения и обесшламливания гидросмеси, выполненного в виде перфорированного участка пульпопровода переменного диаметра, определяются следующим образом.
По заданной массовой производительности <2з (т/ч) по конкрециям вычисляется объемная производительность (м3/ч): V* = ,где Уз - плотность конкреций,
кг/м3. По заданной объемной концентрации (5) гидросмеси на основном участке пульпопровода определяется расчетная плотность гидросмеси (кг/м3):
У = (Уз - Го)Б + Уо, где уо - плотность рабочего тела (воды), кг/м3. Расход воды и гидросмеси (м3/ч) на основном участке пульпопровода определяется по известным формулам:
Г*-г; У-Уо
1
Б
При заданном значении объемной концентрации гидросме си ( Б 0 ) , захватываемой грунтовым насо -сом определяется расчетная ее подача (м3/ч):
1 - Б' 1
V/ = V (1+) = V-.
По величине VI выбирается тип и марка грунтового насоса, уточняются его подача V и объемная концентрация 50. Далее определяются начальный О1 (м) и конечный О2 (м) диаметры перфорированного участка пульпопровода в зависимости от выбранной скорости движения гидросмеси (по известным методикам) и отношения расходов гидросмеси в начале ( V) и конце ( У2) перфорированного участка пульпопровода в предположении, что скорость гидросмеси постоянна по длине пульпопровода:
- А = 2.1 = Д 1 - = Д
А = 2
-
$-1
$
$ $ = -1 где $ - показатель сгущения гидросмеси, $ = — .
—2
Определяется расход воды со шламами, которая сбрасывается на перфорированном участке пульпопровода: V = —1 - У2.
С учетом гранулометрического состава добываемых конкреций выбирается минимальная (товарная) крупность (а^пт, м) конкреций, по которой должно произойти разделение гидросмеси в придонной зоне, и назначается диаметр (а м) отверстий на перфорированном участке пульпопровода и их шаг (а, м) в осевом направлении и по периметру пульпопровода. Далее определяется скорость истечения (С м/с) воды со шламовыми и некондиционными частицами через отверстия в перфорированной части пульпопровода:
С = м.
р
2( - gH ) =я
Го
РН - Р
Го
где р
избыточное давление, Па; ^
т
коэффициент
и = .
с с
сужения струи: ^ , 'э - коэффициент, завися-
щий от числа Рейнольдса и формы отверстий; Рн - напор, создаваемый грунтовым насосом, Па; Н- глубина водоема, м; д- ускорение свободного падения, м/с2.
Длина (1 м) перфорированного участка пульпопровода определяется из следующих соображений. Суммарная площадь (м2) отверстий по периметру перфорированного участка пульпопровода на его удалении х (м) от головного среза:
П2 тА лгйг
р ( х) = ^_._ =
I
(1 - х)
4 а 4а
где О - диаметр (внутренний) перфорированного участка пульпопровода на удалении хот головного среза, м. Если число рядов отверстий по длине перфорированного участка т = 1/ а, то суммарная площадь от-
2
Б
Б
Б
I, м
0 1 2 3 4 5
р 10-5 , Па
10 11
Рис. 1 Зависимость интенсивности водошламоотделения от избыточного давления, создаваемого грунтовым насосом Рис. 2. Зависимость длины пер-
_________________________________форированного участка пульпо-
Рис. 3 Зависимость длины перфорированного участка пульпопровода от избыточного давления, создаваемого грунтовым насосом при У= 15 м3/с
V / I, м / с
I, м
Р н10 Па
Рн 10'- Па
верстий на элементарной длине ах перфорированного участка пульпопровода:
СР (х) =
тр(х) ск = Р(Х)
I
-Сх
провода от интенсивности водо-шламоотделения при различных напорах грунтового насоса: 1 -0,55 МПа; 2 - 0,6 МПа; 3 -0,8 МПа; 4 - 1,0 МПа
а
С учетом изложенного, длину перфорированного участка пульпопровода с другими параметрами можно связать следующим уравнением:
V = С
жгС2 4а2
Дг +
А - Рг
I
(1 - х)
Сх
к1 С2
С Ю-(Д1 + Дг )1 от
куда
I = ■
8—б (Б - Б,)Г
8—, (Б - Б,)Г
ж2 Ж 0( Д1 + Д 2)С
П 2 Ж 0( Д, + Д г)^12( ^ - gH )
7„
где X = а / С
Анализ предложенной математической модели пульпопровода с головным перфорированным участком позволяет установить зависимость интенсивности водошламоотделения от величины избыточного давления, создаваемого грунтовым насосом (рис. 1), зависимость длины перфорированного участка пульпопровода от интенсивности водошламоотделения (рис. 2), зависимость длины перфорированного участка пульпопровода от величены избыточного давления в нем (рис. 3). Указанные выше функциональные зависимости определены для следующих исходных данных: Н= 50 м; Рн= 0,55 и 0,9 МПа; $= 2 (К2/Ц = 0,5); О = 0,3 м; Х= 2 (с=10 мм, а = 20 мм); /л = 0,30;
О^айден^мсчетншзииимосне). позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Управление параметрами гидросмеси при быче конкреций можно осуществлять путем включения в систему пульпопровода перфорированного участка, примыкающего непосредственно к силовому агрегату и располагаемому в придонной зоне. Реализация этой цели обеспечивается путем изменения длины рированного участка пульпопровода, его диаметра,
суммарной площади отверстий на его ности и их расположения по длине, изменения величины избыточного давления, создаваемого грунтовым насосом.
2. Объем удаляемой из гидросмеси лишней воды и шламов при равномерном нии отверстий на конической поверхности рованного участка пульпопровода пропорционален ношению квадратов диаметров пульпопровода в его головной и хвостовой частях и длине перфорированного участка пульпопровода.
3. Средняя интенсивность водо-шламоотделе-ния с увеличением напора, создаваемого грунтовым насосом, возрастает по кривой близкой к кривой насыщения.
4. Длина перфорированного участка пульпопровода при заданной величине напора грунтонасоса прямо пропорциональна заданному объему удаляемой из гидросмеси излишней воды и шламов.
5. Потребная длина перфорированного участка пульпопровода при заданных значениях водошламоотделения и напора грунтового насоса плавно возрастает с увеличением отношения шага отверстий и их диаметра на конической поверхности.
6. Использование устройства для сгущения и обесшламливания гидросмеси непосредственно в придонной зоне при сохранении той же массовой производительности по конкрециям позволяет обеспечить снижение не менее, чем в два раза объема перекачиваемой гидросмеси, установленной мощности силового агрегата, энергопотребления, металлоемкости всего комплекса для захвата и транспортирования конкреций на борт базового судна при той же массовой производительности по конкрециям; снижение примерно в два раза содержания шламов в подаваемой на борт базового судна гидросмеси; уменьшение диаметра пульпопровода не менее чем на 30%; более простую, надежную и менее затратную систему управления перемещением силового агрегата и пульпопровода при отработке месторождения, снижение приведенных затрат.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------
Тарасов Ю.Д. - профессор, доктор технических наук, СПГГИ ТУ.
