Обоснование параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с использованием внутризабойного цикла водоснабжения

Актуальность работы. Одним из направлений повышения эффективности открытых горных работ является использование гидромеханизации, которая обладает рядом преимуществ, среди которых поточность выполнения технологических процессовпростота конструкций, небольшие массы и габариты используемых машин и аппаратоввысокая производительность трудаотносительно небольшие капитальные затраты и себестоимость производства горных работэкологическая чистота и безопасность производственных процессов.

В настоящее время гидромеханизация достаточно широко применяется в горнодобывающей промышленности при производстве вскрышных работ на угольных и железорудных карьерах, в цветной металлургии и в промышленности строительных материалов, в гидротехническом строительстве. Только на угольных разрезах Кузл нецкого бассейна этим способом разработано свыше 350 млн. м пород вскрыши, в том числе на разрезе «Ерунаковский» свыше 16 млн. м3, а перспективные объемы, которые можно разрабатывать гидро-мониторно — землесосным способом превышают 1,5 млрд. м3.

В то же время расширение области применения этого перспективного способа комплексной механизации открытых горных работ сдерживается рядом отрицательных факторов, основными из котоа рых являются большие энергоемкость, достигающая 10. 14 кВтч/м, и расход воды в производственном процессе, составляющий 7. 14 м3/м3.

Снижения энерго — и водопотребления при гидротранспорте возможно добиться путем увеличения концентрации твердого в перекачиваемой гидросмеси. При гидромониторной разработке пород сгущение гидросмеси можно получить за счет применения технологии гидромеханизации с частичным внутризабойным циклом снабжения гидромониторов водой, осветленной в зумпфе забойной гидротранспортной установки. Такая технология позволяет снизить энергозатраты на 15.45% и удельный расход воды в 1,8.2,6 раза При этом возможно снизить и металлоемкость оборудования.

Однако, работоспособность и эффективность такой технологии будет зависеть в первую очередь от степени осветления воды, используемой во внутризабойном цикле водоснабжения, выбора основного оборудования для его организации и обоснования параметров его работы. Поэтому совершенствование и обоснование параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ, позволяющей снизить расход электроэнергии, металла и воды, является актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение.

Цель — обоснование параметров внутризабойного цикла водоснабжения гидромониторно-землесосного комплекса, обеспечивающего сбережение ресурсов при ведении гидровскрышных работ на разрезах.

Идея работы — при ведении гидровскрышных работ гидро-мониторно-землесосными комплексами, дополнительный внутри-забойный цикл водоснабжения гидромонитора, работающего на осветленной в забойном зумпфе воде, приводит к увеличению концентрации твердого в пульпе, транспортируемой на гидроотвал и, х тем самым, позволяет сократить потребление электроэнергии, металла и воды.

Основные научные положения.

1. Внутризабойный цикл водоснабжения гидромониторно-землесосного комплекса позволяет за счет объема пород, разрабатываемых дополнительным гидромонитором, работающим на осветленной гидросмеси, увеличить концентрацию твердого в пульпе,^{транспортируемой} в гидроотвал, что сокращает удельный расход л электроэнергии на разработку 1 м вскрышных пород в 1,25−1,30 раза, удельную металлоемкость в 2,5 раза и водопотребление более чем в 2 раза. При этом сокращается объем перекачиваемой из карьера гидросмеси.

2. При постоянной производительности гидротранспортной установки по твердому с увеличением плотности перекачиваемой гидросмеси от 1100 до 1300 кг/м масса грунтовых насосов уменьшается в 2,15−1,80 раза в зависимости от высоты подъема гидросмеси, при этом погонная масса трубопровода уменьшается в 1,8 раза Причем масса грунтовых насосов и трубопроводов линейно зависят соответственно от произведения подачи (производительности) на напор в номинальном режиме и от внутреннего диаметра трубы, зависимости которых апроксимируются установленными уравнениями прямых.

3. Установленные параметры зумпфа-отстойника и высота порога перелива обеспечивают осаждение частиц граничного диаметра и необходимую подачу осветленной воды для внутризабой-ного цикла водоснабжения в технологической схеме ведения гидровскрышных работ гидромониторно-землесосными комплексами.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируются на использовании широкого диапазона научных методов исследований, включающйх анализ и обобщение теоретических и экспериментальных работ, аналитические исследования с использованием основополагающих положений механики, гидравлики, гидромеханизации и теории насосных установок, обработку результатов исследований с помощью статистических методов и ЭВМ.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей металлоемкости гидротранспортной установки от концентрации твердого в гидросмеси и параметров трехсекционного зумпфа забойной гидротранспортной установки от подачи внутризабойной насосной станции водоснабжения, степени осветления воды и физико-механических свойств разрабатываемых пород.

Практическое значение работы состоит в обосновании параметров и разработке ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с внутризабойньш циклом водоснабжения для условий разреза «Ерунаковский».

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по организации повторного внутризабойного цикла водоснабжения, основанные на исследованиях настоящей диссертационной работы и связанные с тематикой хоздоговорной НИР ТО — 485, приняты к реализации в проекте реконструкции разреза «Ерунаковский» ОАО «Гипроуголь».

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2000 — 2003 г. г.) и на третьем Всероссийском съезде гидромеханизаторов (Москва, 2003 г.).

Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 25 рисунков, 38 таблиц, список литературных источников из 63 наименований, а также два приложения.

Основные выводы и результаты, полученные в диссертации, заключаются в следующем:

1. Повышение концентрации твердого в гидросмеси позволяет снизить не только удельные затраты электроэнергии и воды, но и металлоемкость основного оборудования гидромониторно-землесосного комплекса Анализ зависимости металлоемкости гидротранспортной установки от концентрации твердого в перекачиваемой гидросмеси показал, что повышение ее плотности при транспортировании песчано-глинисгых пород, которые являются характерными для наносов угольных месторождений, целесообразно осуществлять до величины 1170. 1200 кг/м, что совпадает с результатами исследований зависимости удельного расхода электроэнергии от плотности гидросмеси. Поэтому следует считать, что по условиям ресурсосбережения сгущение гидросмеси целесообразно производить до величины удельного расхода воды равной 5. 4 м3/м3.

Установлено также, что по условиям соблюдения критических скоростей транспортирования наиболее распространенные в гидромеханизации грунтовые насосы и землесосы мо1уг обеспечить пере* д качивание гидросмесей плотностью 1220 кг/м и выше, что позволяет осуществлять гидротранспорт с целесообразным по условиям ресурсосбережения удельным расходом воды.

2. Для интенсификации сгущения гидросмеси и осветления воды, используемой для размыва породы гидромониторами, зумпф забойной гидротранспортной установки рекомендуется делать из трех секций, соединенных порогами перелива: собственно зумпф землесосной станции обычных размеровпромежуточный зумпф-отстойник, размеры которого определяются необходимой степенью осветления воды, и зумпф-водосборник внутризабойной насосной установки водоснабжения.

3. Разработаны методики расчета порогов перелива и зумпфа-отстойника, позволяющие определить их параметры в зависимости от подачи внутризабойной установки водоснабжения, физико-механических свойств разрабатываемых пород и необходимой степени осветления воды. При этом установлено, что основная часть твердых частиц выпадает в осадок при длине пути осаждения до 40 м, а степень осветления зависит так же от ширины зумпфа-отстойника и высоты порога перелива.

4. В условиях разреза «Ерунаковский» внутризабойные установки водоснабжения рекомендуется оборудовать двумя параллельно работающими углесосами У 900−175, а основную установку водоснабжения двумя последовательно соединенными насосами Д 400 095 и Д 4000−95а В этом случае удельный расход воды на гидротранспорт составит 4,6 м /м, а на каждую забойную гидротранспортную установку потребуется установить один рабочий землесос ЗГМ-2М вместо двух при существующей технологии.

Такой гидромониторно-землесосный комплекс будет иметь равную существующему производительность по твердому, но при этом вдвое сократится количество насосов гидротранспортных установок и уменьшатся количество и диаметры пульповодов и водоводов.

5. Каждый зумпф забойных гидротранспортных установок необходимо дополнить зумпфом-отстойником шириной 5 м и длиной 25.30 м и зумпфом-водосборником, соединенных между собой порогами перелива высотой 0,2 м.

6. Применительно к гидромониторно-землесосным комплексам местоположение перекачивающих землесосных станций следует выбирать из условия, чтобы их режимы работы были близкими к номинальным. В этом случае перекачивающие гидротранспортные установки будут иметь максимальный срок работы на одном месте, а регулирование режима работы будет необходимо только для головной землесосной станции.

7. Разработанная технология гидровскрышных работ с внутри-забойным циклом водоснабжения для условий разреза «Ерунаков-ский» при одинаковой с традиционной технологией производительности по твердому позволяет снизить установленную мощность электродвигателей на 23%, удельный расход электроэнергии на 28%, металлоемкость в 1,7 раза и удельный расход воды в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных в диссертационной работе исследований решена актуальная научная задача обоснования основных параметров ресурсосберегающей технологии гидровскрышных работ с внутризабойным циклом водоснабжения на примере разреза «Ерунаковский», позволяющей снизить затраты электроэнергии, металла и воды на разработку и транспортирование породы.