Файл: Хныкин В.Ф. Гидровскрышные работы на карьерах горнорудной промышленности.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.07.2024

Просмотров: 89

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

выбираться с таким расчетом, чтобы обеспечить достижение мак­ симально возможной производительности гидроустановки при ми­ нимальных удельных расходах электроэнергии.

Д л я решения перечисленных вопросов с применением матема- тико-аналитического метода необходимо детальное изучение влия­ ния различных факторов на характер изменения стоимости гид­ ровскрышных работ. В конкретных условиях применения гидро­ механизации на открытых разработках решение этой задачи сво­ дится к анализу зависимости производительности гидроустановки и эффективности процессов гидравлического разрушения пород и гидротранспортирования от многочисленных факторов, определя­ ющих специфику этих процессов. Вполне естественно, что при изу­ чении этих зависимостей предполагается некоторый элемент аб­ страгирования, предопределяющий возможность учитывать лишь основные факторы, которые оказывают наиболее существенное влияние на эффективность гидравлической разработки .

§2. ФАКТОРЫ, О П Р Е Д Е Л Я Ю Щ И Е ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ ГОРНЫХ ПОРОД

Интенсивность -процесса разрушения и размыва горных пород напорной струей воды и производительность гидромонитора при гидравлической разработке горных пород в забое определяются совокупностью факторов, которые можно разделить на четыре ос­ новные группы.

К первой группе относятся условия процесса формирования по­

тока

воды в подводящих каналах гидромонитора. От них во мно­

гом зависят

компактность,

дальнобойность

струи, а

следовательно,

и производительность гидромонитора при

размыве

пород в забое.

Д л я

сохранения высоких

параметров струи

необходимо,

чтобы

при

ее формировании в канале ствола гидромонитора и насадки

исключались

вращение

потока

относительно

продольной

оси

ка­

нала,

неравномерность

профиля

продольной

скорости струи,

вы­

сокая турбулентность потока на входе в насадку и возможность возникновения кавитации струи при больших напорах.

Вторая группа объединяет факторы, от которых в первую оче­

редь

зависят

гидравлические характеристики

гидромониторных

струй

на контакте с р а з р а б а т ы в а е м ы м забоем .

К ним

относятся

давление воды, диаметр насадки и расстояние

от насадки до за­

боя. Влияние этих факторов на интенсивность

процесса

размыва

пород

огромно, поскольку

производительность гидромонитора при

разрушении

горных пород

в забое в первую очередь определяется

такими гидравлическими характеристиками струи, как удельные динамические давления по контакту струи с горным массивом.

Установление обобщающих зависимостей изменения динами­ ческих давлений по оси и сечению струи от исходных ее парамет­ ров (диаметра насадки и давления воды) и расстояния между на­ садкой гидромонитора и забоем имеет большое практическое зна­ чение. С помощью этих зависимостей, исходя из потребных конк-

6* 83 -

ретных динамических давлений, можно расчетным

путем устано­

вить

исходные

параметры

гидромониторных струп.

 

К

третьей

группе

следует отнести

факторы,

определяющие

влияние параметров

и

характеристик

забоя на

эффективность

процесса разрушения и размыва пород напорной струен воды и производительность гидромонитора. Среди этих факторов наиболь­

шее

значение имеют категория размываемых пород, высота усту­

па,

ширина забоя и шаг передвижки гидромонитора.

Четвертая группа объединяет факторы, определяемые техно­ логической схемой. В этой группе необходимо выделить способ

размыва горных пород в забое,

принятую

систему

разработки

уступа, а

т а к ж е

скорость движения струи.

К а ж д ы й из указанных

факторов

оказывает

существенное

влияние на производительность

гидромонитора

при

разрушении и

размыве

пород. К

этой группе

факторов относятся т а к ж е качество рыхления пород, степень сни­ жения их сопротивляемости" гидравлическому разрушению, а сле­

довательно,

и производительность

гидроустановки

при размыве

породы.

 

 

 

 

§ 3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУИ

 

 

Эффективность гидравлической разработки горных пород

за­

висит от компактности гидромониторной струп, определяемой

ее

гидродинамическими свойствами. Д л я получения

необходимых

контактных

динамических давлений

струи и выбора

оптимальных

режимов работы гидромонитора при размыве пород необходимо

установить

зависимость гидродинамических характеристик струп

от условий

ее формирования и исходных параметров.

Специфика условий формирования струи в гидромониторах та­ кова, что струя воды по мере прохождения по проточным каналам от входного патрубка до насадки встречает на своем пути различ­ ного рода сопротивления, что отрицательно сказывается на харак­ тере движения ее в проточном канале ствола, а т а к ж е на компакт­ ности, гидродинамических свойствах и эффективности струи. Ос­

новные

закономерности движения

и распада

гидромониторной

струи,

а

т а к ж е изменения ее гидравлических характеристик

нахо­

дятся

в тесной связи с гидродинамическими условиями, при ко­

торых

формируется

поток в подводящих

каналах .

 

 

 

Источником возникновения продольной завихренности в потоке

воды,

движущейся

в проточном

канале

гидромонитора,

служат

повороты в подводящем канале и местные нарушения

прямоли­

нейности

в фасонных частях. На

указанных

участках

подводяще­

го канала в плоскости живого сечения потока возникает

неравно­

мерное

распределение продольной

скорости

и,

как следствие

это­

го, центробежные силы инерции с

образованием парных

циркуля­

ционных

течении. Действие на струю

циркуляционных

течений

обусловлено центробежными силами, которые вызывают,

в

свою

очередь,

радиальные

движения масс

жидкости

в самой

струе,

спо-

собствуя преждевременному ее распаду. Д л я устранения циркуля­ ционных течений и отрицательного влияния их на компактность

струн перед насадкой устанавливается канал с

плавным

осесим-

метрнчпым подводом жидкости. Длина канала принимается

равной

30—50 диаметров его. Кроме того, используются

различные

вырав­

ниватели п о т о к а — у с п о к о и т е л и (см. главу И ) .

 

 

Нарушение осевой симметрии потока в подводящем канале и

выходном сечении приводит т а к ж е

к появлению

неравномерности

осреднеиной продольной скорости

струн, т . е .

к возникновению

поперечной составляющей вихря в осредненном поле. Действие

этого фактора

сводится

в основном

к появлению сдвиговых дефор­

маций внутри

струи,

связанных

с завихренностью, а т а к ж е к

искривлению всей струи, которое следует связывать с асимметрией начального профиля скорости струи, вытекающей из насадки. По ­ скольку описанные явления крайне нежелательны при формирова­ нии гидромониторных струн, то обычно принимаются все меры к тому', чтобы струя при истечении из насадки имела по возмож­ ности наиболее выравненный профиль продольной скорости в на­

чальном сечении. Д л я

достижения

этого

необходимо поджатие

струи в суживающемся

переходном

участке

между

стволом

гидро­

монитора и входной частью

насадки.

 

 

 

 

Турбулентность струи в

начальном участке представляет

собой

совокупность частично

погашенных

возмущений,

приносимых ос-

редненным потоком из подводящего канала, которые могут быть

снижены путем увеличения

длины ствола

гидромонитора.

 

Значительную роль в

разрушении струи играет

т а к ж е

турбу­

лентность

в пограничном

слое у стенки

насадки. Д л я устранения

этого вида

турбулентности

поверхность

внутренней

стенки

насад­

ки должна быть без изломов. В гидромониторных насадках, изго­ тавливаемых в виде конуса с цилиндрическим участком на конце,

сопряжение

конической

и цилиндрической

частей должно быть

плавным .

 

 

 

 

Скорость

истечения

струи

из насадки

гидромонитора зависит

от напора

(давления),

при котором происходит истечение, и от

конструктивных особенностей

насадки.

 

На открытых гидравлических разработках наибольшее распро­ странение получили конические насадки с углом конусности около 13°, имеющие в конце цилиндрический участок небольшой длины. Опыт применения таких насадок показывает, что струя воды, по­ ступающей из ствола гидромонитора в насадку, постепенно сужа ­ ется и вытекает из нее полным сечением, равным сечению выход­ ного отверстия насадки. Поэтому коэффициент сжатия струи при истечении из гидромониторных насадок равен единице, а коэффи­ циент расхода насадки численно равен коэффициенту скорости. Экспериментальные исследования показывают, что коэффициент расхода насадки ц, зависит от напора, диаметра насадки и ее кон­ структивных особенностей. В расчетах ориентировочно можно принять и. = 0,95^-0,98,

Гидродинамические свойства струи существенным образом за­ висят от диаметра выходного отверстия насадки и напора воды. Они изменяются по длине струи, постепенно ухудшаясь с удале ­

нием от насадки.

Сразу ж е при истечении струи

из насадки на

нее воздействует

о к р у ж а ю щ а я воздушная среда и

сила тяжести .

Под воздействием турбулентных пульсаций внутри струи и взаи­

модействия

с

окружающей

средой

на ее поверхности

образуются

неровности

в

виде

волн.

По

мере

удаления

от насадки

процесс

взаимного

обмена

масс воды

и воздуха

ускоряется,

что

приводит

к появлению разрывов в структуре

струи. С

удалением

от насад­

ки интенсивность

каплеобразоваиия

п

постепенного

расширения

сплошной части струи увеличивается.

 

 

 

 

 

Начальный

участок

 

Основной

участок

Неэдлрек/ли8-

Ядро лостаяншх

 

 

скоростей

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

41.

Схема гидромониторной

струи

 

 

Таким

образом, в гидромониторной струе выделяется сплош­

ное

ядро

потока воды

с постоянной скоростью

движения,

равной

скорости

истечения

из

насадки . Д и а м е т р этого

ядра, как

видно

из

схемы

гидромониторной струи (рис. 41), по мере удаления от

насадки уменьшается до нуля. Участок струи,

в

пределах которого

сохраняется ядро сплошного нераспавшегося потока, называется начальным . З а пределами начального участка осевые продольные скорости и динамические давлення постепенно уменьшаются по гиперболической зависимости. Это происходит в результате по­ степенного расширения и распада струи. Р а с п а д струи начина­ ется с периферийной части ее. Этот участок обычно называют ос­ новным или рабочим. Отличительной особенностью этого участка струи, включая и начальный, является то, что в его пределах еще не происходит разрывов струи на отдельные крупные образо­ вания. В некоторых исследованиях по динамике струй выделяют небольшой промежуточный (переходный) участок струи, находя­ щийся на стыке между начальным и основным (рабочим) уча­ стками.

Часть гидромониторной струи, в к л ю ч а ю щ а я начальный и ос­ новной участки, составляет примерно 300—400 диаметров насад­ ки гидромонитора. Гидродинамические свойства струи в сечении, удаленном от насадки на такое расстояние, в значительной степе­ ни отличаются от параметров струи непосредственно у насадки.

Последним, наиболее удаленным от насадки, является неэф-

фективный (нерабочий) участок

струи, в пределах которого поток

жидкости представляет

собой

смесь

отдельных конкреций воды

и воздуха по всему сечению.

 

 

Необходимо отметить,

что из

всех

гидродинамических характе ­

ристик струи наиболее достоверным критерием ее работоспособ­

ности

является

 

динамическое

 

 

 

 

давление,

оказываемое

струен

 

 

 

 

на горный массив в забое.

 

 

 

 

Экспериментальными

и тео­

 

 

 

 

ретическими

исследованиями

 

 

 

 

установлено, что

в

результате

 

 

 

 

взаимодействия

 

гидромонитор­

 

 

 

 

ной струи

с о к р у ж а ю щ е й воз­

 

 

 

 

душной

средой

эпюры динами­

Рис. 42.

Распределение динамических

ческих

давлений

в

различных

давлений

по

сечению

гидромониторной

сечениях

струи

 

имеют

нерав­

 

 

струи

 

номерный

характер .

В

цент­

 

 

 

 

ральной части струи

динамические давления

имеют

максимальную

величину, а в периферийной части заметно уменьшаются, посте­

пенно п р и б л и ж а я с ь к нулю (рис. 42). Характер

изменения динами­

ческих давлений по сечению гидромониторной

струи имеет слож­

ную закономерность, которая

изучена еще недостаточно.

Д л я оценки качества струи

и эффективности гидравлического

разрушения пород обычно используются значения осевых динами­ ческих и средних удельных дав­

лений

струи,

между

которыми

 

 

имеется

определенная

функцио­

 

 

нальная

зависимость.

Наиболее

 

 

изученным

гидродинамическим

 

 

параметром

струи

является

осе­

 

 

вое динамическое

давление.

 

 

 

 

К а к

 

видно из

рис. 42,

в

пре­

 

 

делах

начального

участка

осевые

 

 

динамические

давления

струи

 

 

остаются неизменными и равны­

 

 

ми

давлению

воды перед

насад­

Рис. 43. Изменение осевых динами­

кой

гидромонитора. Н а

основном

ческих давлений в

гидромониторной

участке

осевые

динамические

струе

 

давления

с увеличением

расстоя­

 

 

ния

от

насадки уменьшаются

по

гиперболической

зависимости.

На основании экспериментальных исследований получено рас­

четное уравнение д л я определения осевых динамических

давлений

гидромониторной струи в пределах основного

рабочего участка.

Это уравнение, о т р а ж а ю щ е е общую закономерность

изменения

осевых динамических давлений (рис. 43), имеет

вид:

 

кгс/см2 ,

 

(18)

- Ч т У

Смотрите также файлы