Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ГІДРОВИДОБУТКУ РОЗСИПНИХ РОДОВИЩ

Маланчук З.Р., д.т.н., професор, Боблях С.Р., аспірант,

Маланчук Є.З., стажист, Козяр В.Р. ст. 5 курсу МЕФ

Анотація

У даній роботі приведені результати експериментальних досліджень по встановленню технологічних параметрів гідровидобутку зернистих фосфоритів.

Annotation

In the given work the results of experimental researches on establishment of technological parameters of excavation of grainy phosphorites by the method of hydraulic mining are established.

Виклад основного матеріалу

У Рівненсько-Волинському регіоні широко представлена сировина розсипних родовищ: зернистих фосфоритів, кварцевих пісків, туфів та ін.

В даній роботі представлені результати досліджень технологічних параметрів гідровидобутку на прикладі родовищ зернистих фосфоритів.

Згідно даних Рівненської геологічної експедиції, оцінені ресурси зернистих фосфоритів Рівненської області становлять 81,1 млн.т агроруди або 4,9 млн.т фосфору (Р₂О₅).

Однак, у зв'язку із складними гірничо-геологічними умовами залягання фосфоритів в даному районі - інтенсивна водоносність продуктивних відкладів та розміщення їх на приватизованих орних землях та під забудованими територіями, унеможливлюється застосування їх відкритого видобутку. Як альтернативу відкритому способу нами застосовано метод свердловинного гідровидобутку (СГВ) фосфоритів який дозволяє розробляти родовища із складними гірничо-геологічними умовами залягання, знижуючи при цьому витрати на розробку родовищ у 2...3 рази та зводячи до мінімуму пагубний вплив на навколишнє природне середовище.

Суть методу свердловинного гідровидобутку фосфоритів полягає у перетворенні руди на місці залягання в гідросуміш і її відкачуванні на поверхню. Можливий гідравлічний, вібраційний, ультразвуковий, гідродинамічний, мікробіологічний та ін. способи перетворення руди у гідросуміш. Гідросуміш подають на поверхню ерліфтом, гідроелеватором, зануреним насосом, протитиском води, що нагнітається у поклад. У порівнянні з підземною і відкритою розробкою метод СГВ володіє наступними перевагами. При свердловинному гідровидобутку технологічний процес є одноопераційним. Операції з видобутку і транспортування корисного компоненту здійснюються водою [1].

Процес СГВ складається з наступних операцій: розмив, доставка зруйнованої породи до видачного пристрою, підйом її на денну поверхню та гідротранспортування.

У ході проведення експерименту з розмиву корисної копалини за допомогою гідромоніторної насадки встановлено, що розмив порід струменями великого діаметру веде до збільшення радіусів розмиву, причому із зростанням тиску робочого агента перед насадкою це збільшення позначається значніше (рис.1).

Рис. 1 Зміна радіусу розмиву породи в залежності від діаметра насадки при різних тисках: 1-Н=1,0 МПа; 2-Н=1,6 МПа; 3-Н=2,2 МПа; 4-Н=4 МПа

Враховуючи отримані результати експерименту, залежність зміни радіусу розмиву породи від діаметра насадки та тиску, апроксимується виразом:

, (1)

технологічний гідровидобуток зернистий фосфорит

де R - радіус розмиву, м; d_н - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа.

Залежність вмісту твердої фази (руди) у пульпі і радіуса гідровидобувної камери від тривалості процесу СГВ приведено на рис.2.

Рис. 2 Графік залежності вмісту твердої фази (руди) у пульпі і радіуса гідровидобувної камери від тривалості процесу СГВ: 1 - R=f(t); 2 - W_т=f(t) при d_н=35 мм і Н=2,2 МПа

З аналізу експериментальних даних випливає, що величина радіусу розмиву з часом зростає, а вміст твердої фази у пульпі зменшується.

Оптимальне значення вмісту твердої фази рівне 20% і більше, при цих показниках продуктивність СГВ по руді складає 10 м^з/год.

Експериментально встановлено, що при розмиві корисної копалини мають місце втрати корисного компоненту.

Загальний характер зміни втрат корисного компоненту після розмиву представлено на рис.3.

Рис. 3 Зміна втрат корисного компоненту на підстилаючих породах в залежності від відстані насадки при параметрах: Н=2,2 МПа; d=25мм

Згідно даних представлених на рисунку слідує, що втрати корисного компоненту незначні на поверхні порід при радіусі розмиву до 2.5 м.

Встановлено, що втрати корисного компоненту на підстилаючих породах досягають максимальних значень на відстанях близьких до радіусу розмиву. З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендовано розрахунок їх параметрів здійснювати, виходячи з половини радіуса розмиву.

У процесі проведення досліджень була проведена серія дослідів з доставки зруйнованої породи в камері розмиву струменем з нерухомою одиничною насадкою.

Досліди показали, що через проміжок часу t=(12…15 с) після подачі води продуктивність доставки досягала максимуму (180…320 т/год), а через проміжок часу t=(3…4 хв) продуктивність різко знижувалась і доставка практично припинялась. Результати дослідних даних відображені на рис.4.

При цьому дальність доставки гідросуміші у перші 60…70 с досягає максимуму (2,5…4 м) і в подальшому практично припиняється (рис. 5).

Рис. 4 Графік зміни продуктивності доставки породи Q_Д одиничної насадки (d_o=25мм) в залежності від часу впливу: 1 - при Н=0,5 МПа; 2 - при Н=1,0 МПа; 3 - при Н=1,5 МПа

Рис. 5 Графік зміни дальності доставки породи струменем води з одиничної насадки (d_o=25мм) в залежності від часу впливу: 1 - при Н=0,5 МПа; 2 - при Н=1,0 МПа; 3 - при Н=1,5 МПа

Динаміку зміни дальності доставки породи струменем з одиничної насадки (d_o=25мм) в залежності від часу впливу апроксимуємо такою залежністю:

, (2)

де l_д - дальність доставки породи, м; Н - тиск води, МПа; t - час впливу, с.

Досліди з насадками різного діаметру показали, що для кожного діаметру існує така границя тиску води, з перевищенням якої не відбувається суттєвого збільшення дальності доставки.

Для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно рівний 1,3; 1,9; та 2,5 МПа. Встановлено, що продуктивність доставки залежить від глибини занурення струменя під шар породи. Для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм оптимальні значення глибини занурення струменя будуть відповідно 7,5; 12,0; та 13 см.

З урахуванням проведених експериментальних та промислових робіт з розмиву та підйому зернистих фосфоритів, найбільш придатною для доставки пульпи на денну поверхню є схема з використанням гідроелеватора.

Звичайні конструкції гідроелеваторів не пристосовані для роботи в свердловині або є малоефективними, тому нами випробуваний гідроелеватор, який відрізняється простотою конструкції, стабільністю в роботі та особливостями, що сприяють підвищенню його експлуатаційних властивостей.

Гідроелеватор даної конструкції зображений на рис.6 і складається з насадки, камери змішування і дифузора. У процесі перемішування потоків відбувається передача енергії від робочої рідини до тієї, що транспортується. У результаті цього швидкість робочої рідини зменшується, а швидкість рідини, що транспортується - збільшується.

Рис. 6 Схема свердловинного гідроелеватора центрального типу та зображення конфігурації зони всмоктування і ліній ізотах: 1 - ежектор; 2 - ежекторна насадка; 3 - камера змішування; 4- дифузори; 5 - коліно; 6 - пульповидаюча труба

Найкращі енергетичні показники гідроелеватора даної конструкції отримані при оптимальній відстані z = 5…7d_о (рис.7). Суттєво на ККД гідроелеватора впливає величина М (- модуль гідроелеватора), оптимальне значення якої знаходиться у межах 7,5...10,5.

Рис. 7 Графік зміни ККД гідроелеватора залежно від відстані z при різних значеннях М: 1- М =4; 2- М =5,75; 3- М =6; 4- М =14; 5- М =10,5; 6- М =8

Дослідження показали, що оптимальна довжина камери змішування L для різних режимів роботи складає 2,2...2,6 D_к; її збільшення до 3,3 D_к призводить до різкого зниження ККД гідроелеватора.

Таким чином, втрати корисного компоненту на глинистих підстилаючих породах досягають максимальних значень на відстанях близьких до радіусу розмиву, а мінімальні при радіусі розмиву до 2,5 м та підтримуються на постійному рівні по довжині транспортування керованим профілюванням днища камери бічною насадкою гідромоніторної головки. З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендовано розрахунок їх параметрів здійснювати, виходячи з половини радіуса розмиву. Доведено, що при доставці зруйнованої породи в камері розмиву для насадок діаметром 15, 20 і 25 мм граничний тиск води відповідно рівний 1,3; 1,9 та 2,5 МПа, а оптимальні значення глибини занурення струменя під шар породи відповідно рівні 7,5; 12,0 та 13 см. Встановлено, що коефіцієнт корисної дії гідроелеватора залежить від відносної довжини камери змішування z, яка виражена в калібрах насадки і власних калібрах, а також модуля гідроелеватора М при різних значеннях напору. З урахуванням результатів проведених досліджень для підйому пульпи через свердловини рекомендований гідроелеватор з довжиною камери змішування L = 7 d_о =2,5 D_к та відносною довжиною камери змішування z = 6 d_о.

Література

1. Маланчук З.Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. Ровно, 2002. 372 с.

2. Веліканов В.Я. Значення верств з конкреційною фосфоритоносністю для стратиграфічних кореляцій розрізів венду і палеоструктурних реконструкцій // Геол. журн. 2007. №1. С. 45 - 49.

Размещено на Allbest.ru