Технологический расчет гидромонитора

Теоретическую дальность полета струи при максимальном подъеме ствола, если не учитывать аэрацию струи, сопротивление воздуха и высоту расположения ствола гидромонитора относительно условного горизонта можно определить по формуле

L_т= V_д²×sin2a/g, (1.17)

где a - максимальный угол подъема ствола гидромонитора, град.

Вследствие сопротивления воздуха действительная дальность полета струи меньше теоретической, а наибольшая длина полета достигается при наклоне ствола 30⁰. В зависимости от направления и силы ветра, а также диаметра насадки эта длина не превышает 85...95 % от теоретической.

Фактическая дальность полета струи

L_д = 0,9 ×L_т.(1.18)

После вылета из насадки в результате сопротивления окружающей среды происходит постепенный распад струи, уменьшение средней скорости полета и увеличение поперечного сечения. В результате этого с увеличением расстояния от насадки до забоя величина контактного динамического давления струи и производительность гидромонитора при размыве пород уменьшаются.

Для наилучшего использования более плотной части струи и интенсивного размыва гидромонитор должен быть расположен как можно ближе к забою.

Минимальное расстояние от гидромонитора до забоя (коэффициент приближения гидромонитора к забою) ограничивается правилами безопасности, согласно которым оно должно быть не менее 0,8 высоты уступа, а для глинистых пород, способных к обрушению большими глыбами, не менее 1,2 высоты уступа. При дистанционном управлении гидромониторами допускается уменьшение этого расстояния до 0,5…0,7 высоты уступа, а при самоходных гидромониторах, которые можно быстро отодвинуть в период обрушения - до 0,3 высоты уступа (в данных случаях необходимо разрешение органов Ростехнадзора).

Передвижения гидромонитора для поддержания минимального расстояния должны быть по возможности более частыми. Наблюдениями установлено, что при разработке суглинков средней плотности происходит снижение производительности в среднем на 5 % при увеличении расстояния на каждый 1 м между забоем и гидромонитором, а при очень тяжелых суглинках и глинах достигает еще больших значений.

Рекомендуемая величина шага передвижки гидромонитора приведены в табл. 1.10.

Таблица 1.10

Рекомендуемая величина шага передвижки гидромонитора

Наименьшее расстояние установки гидромонитора от забоя (м)

L_min = H_у× а_к,   (1.22)

где Н_у - высота уступа, м; а_к - коэффициент приближения гидромонитора к забою.

Наибольшее расстояние установки гидромонитора от забоя (м)

L_max = H_у + S,             (1.23)

где S - шаг передвижки гидромонитора, определяемой длиной принятого забойного трубопровода, м.

Практикой установлено, что размыв в целике целесообразно осуществлять при расстоянии от забоя до насадки гидромонитора, не превышающем 0,25...0,3 величины напора, т.к. на хвостовом участке струи осевое давление мало.

Поэтому предельное рациональное удаление гидромонитора от забоя при размыве пород в целике должно устанавливаться в пределах (м)

l_max = e×H^о_д ,             (1.24)

где e = 0,25...0,3 коэффициент использования струи при подрезке.

Расчетный шаг передвижки гидромонитора (м)

S = /4 .          (1.25)

Окончательно шаг передвижки выбирают исходя из стандартных длин трубных вставок согласно табл. 1.10 и не более величины l_max.

Ширина заходки гидромонитора (м)

В=2 ×  .(1.26)

Расстояние установки землесосной станции от забоя и шаг ее передвижки (м) в первом приближении можно принять из табл. 1.11 или по формуле (при применении недомыва)

a = h / i ,                                (1.27)

где h - высота недомыва, м (h = 1,5...2 м); i - уклон недомыва в сторону зумпфа. При отсутствии недомыва используют данные табл. 1.11.

Объем породы (м³), разрабатываемой с одной стоянки гидромонитора

W_гм = Н_y× В ×S.                      (1.28)

Объем породы (м³), разрабатываемой с одной стоянки землесосной станции

W_з = Н_у× В × а ×n_г , (1.29)

где n_г - число работающих на землесосную станцию гидромониторов.

Продолжительность цикла разработки (ч) с одной стоянки гидромонитора

t_ц = (W_гм / Q_ч) + t_д + t_м + t_пер ,(1.30)

где Q_ч - часовая производительность гидромонитора по твердому, м³/ч (определяется в зависимости от удельного расхода воды и секундного расхода по приведенным ранее формулам); t_д и t_м - время, соответственно, на демонтаж и монтаж гидромонитора, принимается равным по 1 ч; t_пер - время на передвижение гидромонитора на новую стоянку (принимается в зависимости от массы гидромонитора – Р_гм, т), ч.

t_пер= 8,8 × Р_гм , ч.(1.31)

Среднесменная производительность гидромонитора по твердому (м³/смена)

Q_см = Q_ч×t_см×k_и.  (1.32)

Таблица 1.11

Параметры размещения оборудования

Для определения необходимого внутреннего диаметра напорного трубопровода (D_тр) достаточно иметь значения рас­хода воды и скорости её движения. Расход воды уста­навливается по выбранному ранее типу гидромонитора. Скорость воды в трубопроводе можно принимать в пределах 0,5-3,0 м/с, но по экономическим факторам рекомендует­ся ограничиваться более узким диапазоном 1,5-2,0 м/с. В итоге по расчетному значению внутреннего диаметра принимают стандартный диаметр трубы (прил. 1.5).

Выбор необходимого типа насоса (прил. 1.6) и их количества для обеспечения гидромониторов напорной водой осуществляется по напору (Н_в) и значению необходимого расхода воды.

Ориентировочно

Н_в= H^о_д +Н_п+ Н_пут+ Н_мест , м,                          (1.33)

где Н_п – необходимый напор, определяемый по разнице отметок установки гидромонитора и насосной станции, м (рис. 1.6); Н_пут – путевые потери при напорной подаче воды к гидромонитору, м; Н_мест – местные потери, м.

Н_пут = λ · L_тр · V² / (2 · g · D_тр),                            (1.34)

Н_мест = (0,05…0,1) · Н_пут,                               (1.35)

Q = V· S_тр ,                                           (1.36)

где λ – коэффициент трения (рис. 1.7); L_тр– длина трубопровода (ориентировочно определять на 20-30 % больше длины контура карьера), м; V – скорость воды в трубопроводе, м/с; Q – необходимый расход воды, м³/с; S_тр – площадь внутреннего сечения трубы, м².

При графическом отображении паспорт забоя включает следующее: гидромонитор, магистральные и забойные водоводы, пульпопровод, задвижки, необходимые канавы и пульпоприемный зумпф, грунтовый насос, ЛЭП. В обязательном порядке отмечается тип оборудования и параметры: уклоны поверхности, ее отметки и размеры отрабатываемого блока с направлением перемещения фронта добычных работ; высота уступа; ширина заходки и рабочей площадки; сектор работы гидромонитора и расстояние его установки до уступа; шаг передвижки гидромонитора; угол откоса уступа и параметры призмы возможного обрушения; шаг передвижки землесосной станции и, при наличии, параметры недомыва; отметки горизонтов, изолинии поверхности не нарушенного горными работами рельефа; диаметр трубопровода напорной воды и тип насоса; отвал валунов и его параметры; место вскрытия участка.

Рис. 1.6. Пример определения величины Н_п

Рис. 1.7. График для определение коэффициента трения

Порядок построения паспорта забоя гидромонитора. В масштабе наносят контуры карьерного поля и заданные уклоны. Отмечают выработанное пространство (из учета вскрытия месторождения в месте самой низкой отметки) и забой в зависимости от выбранной системы разработки. Наносят место установки гидромонитора, приемного зумпфа, направляющих щитов. Обозначают коммуникации, отвал валунов и проставляют все определенные параметры.

Пример графического отображения результатов расчёта (паспорт забоя гидромонитора) приведен на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Пример оформления паспорта забоя

Контрольные вопросы и задания.

1. Особенности гидромеханизированных работ при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

2. Преимущества средств гидромеханизации на открытых горных работах.

3. Недостатки средств гидромеханизации на открытых горных работах.

4. Какие факторы влияют на определение удельного расхода воды на отбойку пород гидромониторами?

5. Какие факторы влияют на определение необходимого напора воды для размыва пород гидромонитором?

6. Что такое отбойка и выгонкапород?

7. Что такое гранулометрический состав рыхлых отложений?

8. Как определяется пористость и коэффициент пористости пород?

9. Какая крупность глинистых фракций?

10. Способы размыва горных пород гидромонитором.

11. Способы разупрочнения пород при использовании средств гидромеханизации.

12. Что такое уклон? Единицы измерения уклона.

13.  Системы гидравлических разработок.

14. Выбор системы гидравлических разработок.

15. Элементы гидромонитора.

16. Параметры гидромонитора.

17. Какие факторы влияют на дальность полета струи гидромонитора?

18. Какое должно быть минимальное расстояние от гидромонитора до забоя?

19. Что такое шаг передвижки гидромонитора?

20. Дать определение производительности гидромониторной установки.

21. Способы увеличения производительности гидромонитора.

22. Что такое недомыв? В каких случаях он применяется?

23. Как определяется часовая производительность гидромонитора?

24. Что должен отображать паспорт забоя гидромониторной установки?

25. Основные правила безопасности при работе гидромонитора.