Моделювання процесу гідротранспорту пульпи по дну виймальної камери

Размещено на http://www.allbest.ru/

Моделювання процесу гідротранспорту пульпи по дну виймальної камери

У представленій роботі наведені результати експериментів по встановленню основних залежностей процесу самопливного гідротранспортування цеоліт-смектитових туфів при свердловинному гідровидобутку.

Процес гідротранспортування пульпи до автоматизованого свердловинного гідромонітора або випускних виробок є окремим елементом системи, а надійність роботи кожного елемента визначає ефективність всього технологічного комплексу. Знання природи і основних закономірностей цього процесу дозволить вибрати оптимальні умови транспортування гідросуміші. Надійність розрахунку параметрів процесу гідротранспортування корисної копалини в системах свердловинного гідровидобутку повинна бути значно вища, ніж при розробці родовищ методом гідромеханізації, оскільки візуальний контроль за процесом очисного виймання виключений [1].

Дослідження процесу гідротранспортування в суміжних галузях проводилися, як правило, при незмінності витрати робочої рідини [2-4], тоді як гідротранспортування суміші в умовах свердловинної гідротехнології відбувається при змінній витраті води. Крім того, всі відомі дослідження проведені при транспортуванні матеріалу, який не має початкової швидкості (нерухомо лежить на жолобі або на підошві вироблення), що істотно відрізняється від умов розмиву і гідротранспортування по дну виймальної камери. Тут корисна копалина, що розмивається, має значний запас кінетичної енергії при падінні на дно камери. При певній витраті робочої рідини і похилі дна початкова швидкість руху гідросуміші може мати переважаючий вплив на подальше транспортування по дну камери.

Переміщення зруйнованого струминою гідромонітора туфу до всмоктувача видавального пристрою відбувається в потоці по дну камери самопливом або напірним потоком води. Крім того доставка самопливом може ефективно використовуватися на поверхні від видобувних свердловин до карти намиву або перекачувальних землесосів.

Питома вага самопливного гідротранспорту відбитої корисної копалини варіює від 30% до 100%. Розмив камери здійснюється секторами, що обумовлює наявність різних питомих витрат робочого агента по довжині транспортування і призводить до мінливості швидкостей потоку. В кінцевому підсумку фактор мінливості питомих витрат і швидкостей впливає на транспортувальну здатність потоку, яка є мінімальною біля забою і збільшується в напрямку випускної виробки. З іншого боку, кількість зруйнованої корисної копалини максимальна біля забою видобувної камери і мінімальна біля випускної виробки. Тому втрати корисної копалини біля забою досить великі навіть на перших метрах радіуса розмиву видобувної камери, збільшуючись (через накладання попередніх недорозмивів) по мірі просування забою. З часом це призводить до неможливості транспортування відбитої корисної копалини без повторного розмиву всієї площі сектора. Підвищення транспортувальної здатності потоку біля забою шляхом збільшення витрати робочого агента приведе не тільки до значної його перевитрати, але і до підвищення продуктивності гідророзмиву. Таким чином утворюється та ж проблема - неможливість влаштування на периферії видобувної камери (біля забою) таких швидкостей потоку, які б дозволяли транспортувати всю кількість відбитої корисної копалини. Ця істотна відмінність і є основою досліджень та розрахунків гідротранспорту при свердловинному гідровидобутку [5].

Для створення однакових умов транспортування по всій довжині ділянки переміщення відбитої корисної копалини у камері виймання необхідно підтримувати постійну швидкість потоку, рівну швидкості надійного гідротранспортування.

Новизна і відмінні риси методики самопливного гідротранспорту по дну видобувних камер полягає в тому, що розрахунок ведеться з умови визначення якісних і кількісних параметрів процесу розмиву: кількості робочого агента, необхідного для розмиву; продуктивності розмиву корисної копалини, коефіцієнта шорсткості днища; радіуса і кута сектора розмиву.

Відсутність аналогів і потреба в ефективному гідротранспортуванні вимагають виявлення і встановлення наступних залежностей:

- впливу витрати води і похилу дна на транспортувальну здатність потоку;

- впливу шорсткості дна камери на продуктивність транспортування;

- виявлення впливу початкової енергії частинок на технологічні втрати.

При влаштуванні лабораторного стенду не було можливості точно відтворити шорсткість дна камери, тому характер шорсткості детально вивчений в натурних умовах. Користуючись таблицею для визначення коефіцієнта шорсткості, розробленою М.М. Павловським, встановлювали значення коефіцієнта шорсткості, що відповідав характеру поверхні транспортування:

n =Д0,2/19,6

де n - коефіцієнт шорсткості;

Д- середня висота виступу шорсткості Д =0,7d ;

d - діаметр найбільш крупного матеріалу.

Відповідно до отриманих результатів вибирали матеріал для покриття, яким покривали дно камери. Гранулометричний склад матеріалу для покриття дна камери приведений в таблиці.

Таблиця 1. Гранулометричний склад матеріалу дна камери

Перед початком експериментів штучне дно встановлювали з певним похилом, потім в бункер-живильник завантажували порцію цеоліт-смектитового туфу об'ємом 0,025 м3. Транспортувальна здатність потоку по твердому визначалася як частка від ділення об'єму породи на час її руху по штучному дну. Секундомір вмикали, як тільки перша група шматків твердого матеріалу проходила повністю дно і вимикали у момент припинення транспортування. Такий метод визначення транспортувальної здатності дозволяє усереднювати її значення, що є певною перевагою.

Запас потенціальної енергії відкритого потоку пульпи витрачається на взаємодію: робочого агента з дном і стінками камери; частинок рідини одна з одною (тертя в рідині); частинок переміщуваної породи одна з одною і подолання місцевих опорів. Кількісно оцінити витрату енергії окремо для кожної взаємодії не представляється можливим, тому прийнятий метод сумарної оцінки роботи потоку. Сумарна робота виражається максимальною транспортувальною здатністю потоку по твердому при заданому похилі і дна камери виймання і витраті робочого агента.

На графіках (рис. 1) представлена залежність транспортувальної здатності потоку від витрати, яка є одним з основних показників самопливного гідротранспортування.

Із збільшенням витрати транспортувальна здатність потоку зростає, причому з постійним похилом - прямопропорційно.

Транспортувальна здатність потоку також зростає із збільшенням похилу дна камери виймання.

Зміна коефіцієнта шорсткості n дна камери виймання значно впливає на епюру осідання корисної копалини (рис. 2).

Для крупних частинок (k = +8...+10 мм) вплив зростання витрати відбувається тільки до моменту підвищення рівня рідини до висоти частинки, тобто до повного її занурення в рідину. Подальше збільшення витрати створює значно менший вплив щодо інтенсивності дії на частинку, оскільки поверхня рідини не стикається з площиною частинки, перпендикулярною до вектора швидкості руху, і робить вплив тільки на епюру потоку. Можна припустити, що при подальшому збільшенні витрати дальність транспортування зросте, але величина приросту витрати викличе лише незначне збільшення дальності транспортування. Це дозволяє зробити висновок про те, що існує межа впливу збільшення витрати на транспортування частинок зруйнованого туфу.

Рис. 1. Залежність транспортувальної здатності потоку від витрати гідромонітора при різному значенні похилу дна камери

Рис. 2. Транспортування породи різної гідравлічної крупності k по дну виймальної камери в залежності від витрати води при: п = 0,016; і = 0,012

Отже, існує оптимальне значення витрати для певної гідравлічної крупності частинок, при подальшому збільшенні якого спостерігається наявність верхнього неробочого потоку. Причому ця перехідна ділянка крута при великих гідравлічних крупностях корисної копалини. Пояснюється це тим, що крупні частинки транспортувалися тільки по дну камери, беручи участь у двох рухах: ковзанні і коченні.

По мірі зменшення гідравлічної крупності загальна рушійна сила потоку витрачалася не тільки на ковзання і кочення, але і на появу нової складової форми руху суспензії, в якій брали участь дрібні класи. Із зменшенням гідравлічної крупності такі форми руху як ковзання і кочення поступово зникали. Поширення набула нова форма - рух в зваженому стані. Тим самим оптимальне значення (для дрібніших частинок) має більш пологий характер. Збільшення коефіцієнта шорсткості n призводило до збільшення різниці в швидкостях зрушення дрібних класів по відношенню до великих. Така закономірність пояснюється тим, що частинки з великою гідравлічною крупністю співрозмірні з величиною абсолютної шорсткості дна камери виймання. Енергія, необхідна для їх зрушення, значно менша, в порівнянні з частинками дрібних класів. Велика шорсткість вимагала підвищених витрат рідини для зрушення частинок дрібних класів. Зате подальше їх транспортування відбувалося досить інтенсивно.

В експерименті також досліджений вплив падаючого потоку пульпи на транспортувальну здатність потоку (рис. 4).

Рис. 4. Процес транспортування корисної копалини по дну виймальної камери при змиві породи та падінні пульпи для різного значення похилу при:п = 0,014; d = 4мм; L = 7м

Аналізуючи дані досліджень встановлено, що транспортувальні властивості потоку в більшості випадків описуються експоненціальними залежностями або поліномами першого порядку, тобто лінійними функціями, а дослідження транспонтувальної здатності потоку при зміні витрати гідромонітора та похилу дна виймальної камери вказують на те, що цей процес апроксимується в рівняння такого виду:

Максимально допустима відносна похибка такої апроксимації не перевищує 10%.

Відстань, на яку транспортуються частинки зруйнованого туфу, крім витрати води і гідравлічної крупності значно залежить від шорсткості дна камери і для різних її значень описується залежностями:

свердловинний гідровидобуток транспортувальний

Похибка такої апроксимації не перевищує 14%.

Аналіз результатів досліджень показав, що початкова енергія падаючої пульпи при розмиві значно більша енергії того ж потоку при змиві корисного компоненту з похилого дна. Спадаюча на дно камери виймання пульпа інтенсифікувала турбулентність потоку в призабійному просторі і тим самим знижувала вірогідність осідання частинок, створюючи початкову швидкість падаючої частинки. В результаті удару зкаламучувалися частинки відбитого туфу, підвищувалася густина пульпи і, як наслідок, збільшувалася виштовхувальна сила, яка зменшувала сили зчеплення частинки з дном жолоба.

Коли рівень пульпи в призабійному просторі камери був достатньо високим (явище спостерігалося при малих кутах нахилу), енергія падаючої частинки цим шаром гасилася і частинки, що осіли, не могли переміщатися. Іншими словами, на периферії виймальної камери повинен бути турбулентний рух і оптимальний за умовами зносу частинок рівень пульпи.

Литература

1. Научные основы комплексного освоения недр / Э.И. Черней, Р.М. Постоловский, Н.Г. Сорока, О.Э. Черней, З.Р. Маланчук, Я.Б. Петровский, А.Д. Калько. - Ровно: Ро-вен. обл. тип., 2002. - В 2-ох томах. - том1.-859 с.; том. 2 -764 с.

2. Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. - М.: Недра, 1985. - 192 с.

3. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. -Москва: Стройиздат, 1986. С.256.

4. Блюсс Б.А., Семененко Е.В., Шурыгин В.Д. Обеспечение эффективной работы карьерных гидротранспортных комплексов с учетом процесса пульпообразования // Разработка рудных месторождений: Науч. - техн. сб. - 2005. - Вып. 89. - С. 15 - 19.

5. Маланчук З.Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. // Ровно, 2002. С.372.

Размещено на Allbest.ru