Зависимость производительности земснаряда от физико-механических свойств разрабатываемых сапропелей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© В.А. Казаков, 2013

УДК 622.271 В.А. Казаков

ЗАВИСИМОСТЬ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗЕМСНАРЯДА ОТ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ САПРОПЕЛЕЙ

Рассмотрен порядок расчета производительности землесосного снаряда в пределах рациональных значений плотности гидросмеси в зависимости от физико-механических свойств сапропелей.

Ключевые слова: сапропель, плотность гидросмеси, плотность сапропеля в залежи, объемная консистенция, производительность земснаряда, зольность, относительная влажность сапропеля.

Эффективность производительность) землесосных снарядов, используемых при разработке обводненных сапропелевых месторождений, в значительной степени зависит от увеличения консистенции гидросмеси в пределах рациональных значений.

Производительность землесосного снаряда по грунту определяется со-гласно[1] по формуле

ОФ = с • Сг (1)

где с - объемная консистенция гидросмеси, доли ед; Ог - производительность землесосного снаряда по

3 /

гидросмеси, м /ч.

Производительность землесосного снаряда по гидро3смеси определяется

(2)

по выражению, м /ч

Ог = а.,

У г

где Ов - подача грунтового насоса, м3/ч (принимается по технической характеристике грунтового насоса); уг - плотность гидросмеси, т/м3.

Значение с можно определить из выражения, доли ед.

с =

У г "У в Ут "Уг

(3)

где ув - плотность воды, т/м , ув = 1 т/м3; ут - плотность твердой фазы (грунта), т/м3.

Плотность гидросмеси определяется из равенства[2], т/м3

У ск.зал.+ Я •У в

У Г =

Ус

(4)

Ут

+ Я •Ув

жи(содержание сухого вещества в единице объема залежи), т/м3; я -удельный расход воды, необходимый для разработки 1 м3 сапропеля в залежи.

Плотность скелета залежи у

I ск. зал.

можно определить по формуле, т/м3 Ут • (1" )

У,

Wo • (ут " 1) + 1'

(5)

"О ит

где W0 - относительная влажность сапропеля в залежи, доли ед.

Как правило, значения относительной влажности сапропеля в залежи W0 ,

%, и зольности Ас , %, определяются в ходе геологоразведочных работ и должны содержаться в паспорте месторождения. Влажность сапропеля зависит от

где Ускзал - плотность скелета зале-

плотности отложении и содержания органического вещества I, %.

По литературным данным [2, 3] плотность твердоИ фазы сапропелеИ ут изменяется от 1,4+1,45 до 2,45+2,7 т/м3. Ее можно определить по установленной эмпирической зависимости Филина В.Л. [4], зная содержание органического вещества сапропеля I, %,

ут = 2,58 -0,013 • I. (6)

Естественная влажность сапропелеИ, которая зависит в основном от уплотненности породы и содержания органического вещества, находится в очень широком диапазоне от 100 до 3000 %. На основании анализа литературных источников [5, 6] построена зависимость (рис. 1) между уровнем естественноИ влажности Шесг % и содержанием органического вещества I (%) (корреляционное отношение равно 0,76).

Консистенция водосапропелевоИ смеси должна быть достаточно густоИ, но с другоИ стороны, гидросмесь должна обладать хорошеИ текучестью, чтобы обеспечить ее гидротранспорт и намыв в чеки-отстоИники [7]. Насыщение гидросмеси твердым материалом в тоИ или иноИ степени достигается за счет смешивания с до-полнительноИ водоИ. Учитывая указания [8], соотношение сапропеля есте-ственноИ влажности к свободноИ воде при разработке обводненных сапропелевых месторождениИ землесосными снарядами, оборудованных грунтовыми насосами, находится в пределах 1:4 - 1:25 в зависимости от орга-ническоИ составляющеИ сапропеля.

Согласно данным [8], гидротранспорт водосапропелевоИ смеси целесообразен в рациональноИ зоне предельных напряжениИ сдвига сапропе-левоИ гидросмеси - ро < 22,5 Па, исходя из энергоемкости транспортиро-

вания. Учитывая это условие, исследованиями [9] для определения предельного значения объемноИ концентрации К сапропелевоИ гидросмеси в естественном сложении в зависимости от относительноИ влажности №о и

зольности Ас сапропеля в залежи установлено неравенство: W

К <■ 0

0,026(100 - W0 )(100 - Ас

;1п-

22,5 • 105

(7)

(100 - Ас )1

где Wo - относительная влажность

сапропеля в залежи, %; Лс - зольность сапропеля, %.

Значение К также можно определить по формуле, %

п Ут

К = к1

• 100

У 3

(8)

где К1 - объемная концентрация са-пропелевоИ гидросмеси в плотном теле, %; ут - плотность твердоИ фазы.

20 40 60 8(1 101) I, % Рис. 1. Изменение зависимости естественной влажности сапропелей Шест % от содержания органического вещества I %

Ас, %

эд -

\V„, % т/м ; ут - плотность твер-

75

60

.10

15

=fÍYr)

W0=f<*>

95 дой фазы сапропеля, т/м3.

Плотность сапропеля в <» залежи у ^ можно определить по соотношению, т/м3

Ут

■S5

У зал.

(10)

1.10

1.135

1,<Ю 1,025 1,05 1.075 Рис. 2. Изменение зависимости предельной плотности гидросмеси уг т/м3 от зольности Ас % и относительной влажности W0 %

q,\г/м5

- Ас=85 %

---Л" =70 %

Ас=50 % Ас =15 %

Область рационального применения плотности гидросмеси при ' рафаСчлгко слпропеле)! л*мснарядпми с групповыми насосами

1,25 Т/М3

Рис. 3. Изменение плотности гидросмеси уг т/м3 от

3/3

расхода воды д м /м при различной зольности сапропеля Ас %

сапропеля, т/м3; уЕел - плотность сапропеля в залежи, т/м3.

Значение объемной концентрации сапропелевой гидросмеси в плотном теле К1 определяется по формуле, % К = Ь_~У в

-• 100

Ут -Ув

(9)

где уг - плотность гидросмеси, т/м ; ув - плотность воды, т/м3, ув = 1

• (ут -1) + 1 В результате преобразования неравенства (7) с I учетом (8, 9, 10) построена зависимость (рис. 2) пре-¡з дельной плотности гидросмеси от зольности Ас и относительной влажности сапропеля из условия эффективности и целесообразности энергозатрат на гидротранспорт сапропелевой гидросмеси.

Определив значения предельной плотности гидросмеси для различных типов сапропелей, можно найти минимальный расход

33

воды ц м /м для разработки 1 м3 полезного ископаемого (рис. 3). По рис. 3 можно определить, что при предельной плотности гидросмеси для сапропеля зольности 85 % минимальный расход воды на разработку 1 м3 сапропеля естественной влажности составляет ~ 2 м3/м3, а для зольности 15 % - достаточно и 1 м3/м3.

График, иллюстрирующий характер изменения производительности земснаряда по гидросмеси ОГ м3/ч от производительности по грунту От м /ч при различных расходах воды я м3/м3 для конкретных физико-механических свойств сапропеля, приведен на рис. 4.

Qr, м/ч

зоо-

2 so-

lid-

[00

5(1-

7,„=2,39 т/м5 At=85 % W«=6S %

40(1 »0(1 1200 1600 2000 (>, м3/ч

Рис. 4. Изменение производительности земснаряда по гидросмеси Qг(м3/ч) от производительности по грунту Q1(м3/ч) при различных расходах воды д(м3/м3)

0!, м^/ч

5®

2S01

20fr

1ВД

1110

у, в =2,39 т/м3 4С=$5 %

\Vo=65 %

0и=400 и'/ч , ' Oli-SU»

У / Он=12Ш)1Л* " < 0rf=1600 м> Q..=2(Hill »i 3/ч -- ;

ЧЖГ

Рис. 5. Изменение производительности земснаряда по грунту Qт(м3/ч) в зависимости от расхода воды д(м3/м3) при различной подаче по воде Qв(м3/ч)

На рис. 5 показано, как изменяется производительность земснаряда по грунту от расхода воды для разработки сапропеля при различных значениях подачи по воде Рв м3/ч в зависимости от физико-механических свойств разрабатываемого сапропеля.

На рис. 6 приведена зависимость производительности земснаряда по 86

грунту Рт м /ч с грунтовым насосом ГрАУ 800/40 от плотности гидросмеси уГ т/м3 для различных физико-механических свойств сапро-пелей. Пунктирной линией на графике обозначены предельные плотности гидросмеси для различных по свойствам сапропелей. Так, например, для сапропеля с твердой фазой утв = 2,19 т/м3, что соответствует зольности 70 %, предельная плотность гидросмеси составляет 1,06 т/м3, при этом максимальная производительность по грунту равна 39 м3/ч.

Изменение производительности земснаряда по грунту Рт м3/ч в зависимости от объемной консистенции гидросмеси с % при различной подаче по воде Рв м3/ч для конкретных физико-механических свойств сапропеля показано на рис. 7. Анализируя данный график, следует отметить, что увеличение объемной консистенции на 1 % приводит к повышению производительности земснаряда на 20-25 %. Консистенция гидросмеси зависит не только от физико-механических свойств сапро-пелей, а также от эффектив-грунтозаборного устройства, т.е. конструкции грунтозаборного устройства землесосного снаряда.

таким образом, обосновано изменение производительности земснаряда, оборудованного грунтовым насосом, в зависимости от свойств сапропеля (Ас, Шо, ут, у в залежи с

ности

Q„

ш 7

(?)

©

--.(2)4/

I - уш -2,39 I/MJ 2-y™ =2,19 T/Mj i - у in =2,00 t/mj 4-у,в=1,80 T/Mj

I.M)

1,05

1,10

Uli

1,25 fc, T/M

Рис. 6. Изменение производительности земснаряда по грунту QТ м3/ч в зависимости от плотности гидросмеси уг т/м3 при различных физико-механических свойствах сапропеля

От, иг'/ч

w

зо

у™ =2,39 T/Mj Лг=85 %

W„=65 %

pj.= 200 mj/H /' О. "»ПО м'/ч

0

10 с. %

Рис. 7. Изменение производительности земснаряда по грунту Qт м3/ч в зависимости от объемной консистенции гидросмеси с % при различной подаче по воде Qв м3/ч

учетом предельной плотности гидросмеси из условия целесообразности гидротранспорта сапропелевой гидросмеси.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рекомендации по разработке залежей сапропелей землесосными снарядами. - М.: ВНИИГиМ, 1978.

2. Смирнов А. В. Озерные сапропели. - М.: Колос, 1965 -160 с.

3. Штин С.М. Озерные са-пропели и их комплексное освоение. - М.: Изд-во МГГУ, 2005 - 374 с.

4. Филин В.А. Экспресс-метод определения плотности сапропеля// Торфяная промышленность. - М.:1988, № 2.

5. Рубинштейн А.Я. Инженерно-геологические особенности сапропелевых отложений. -М.: Наука, 1971.

6. Амарян Л. С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. - М.: Недра, 1990 -200 с.

7. Лопотко М.З., Лецко А.П., Дубинин С.К. Рекомендации по технологии промышленной добычи сапропелей из открытых водоемов. - Мн: Наука и техника, 1981.

8. Методические указания по

расчету гидравлического транспорта сапропелей. - М.: ВНИИГиМ, 1981. - 53 с.

9. Арефьев H.H. Исследование трубопроводного транспорта пульпы при разработке сапропеля земснарядами с центробежными насосами. //Гидротехническое строительство. -М.: 2013. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Казаков Владимир Александрович - преподаватель кафедры ТО, kvladimir_85@mail.ru, Московский государственный горный университет.