Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf

более изнашиваемую часть внутренней поверхности труб, оказывает большое влияние на удельный износ. Эпюра износа внутренней поверхности трубопровода, работающего в режиме с заилением, имеет два максимума, расположенных в боковых точках трубы (при отсутствии заиления имеется один максимум в нижней точке).

Неравномерность износа наиболее полно можно характеризо­ вать отношением максимального значения износа к среднему износу по периметру. По этому показателю режим с заилением для мелко­ зернистых пород наиболее эффективен. Примерная, наиболее целе­ сообразная величина степени заиления труб — h/D «=> 0,15—0,2.

Заметим, что поддерживать в процессе эксплуатации гидро­ транспортной установки строго постоянную степень заиления трубо­ провода нет необходимости.

Неизбежные колебания режима транспортирования около рас­ четного даже благоприятны, поскольку вызовут перемеще­ ние зоны максимального воз­ действия транспортируемого ма­ териала на внутреннюю поверх­ ность трубы и будут способство­ вать снижению неравномерности износа. Разумеется, режим с частичным заиливанием целе­ сообразен для транспортирова­ ния мелкоизмельченных мате­

риалов (песка, хвостов обогатительных фабрик и т. д.), по­ скольку при крупнокусковой горной массе возможна значительная нестабильность режима, расклинивание кусков в трубах (в местах соединения и на поворотах) и др.

Таким образом, и по условиям достижения минимального износа, и по минимуму энергетических затрат режим в области критических скоростей наиболее эффективен. Тщательными измерениями уста­ новлено, что средний по периметру удельный износ при скоростях транспортирования примерно до и — 2икр практически не зависит от плотности гидросмеси: удельный износ в нижнеи точке поверхности трубы с увеличением плотности уменьшается вследствие более равно­ мерного износа по периметру. Исходя из этого, желательно в про­ цессе эксплуатации трубопровода поддерживать как можно большее насыщение гидросмеси.

Опыты и практика свидетельствуют, что износ вертикальных труб в 2—4 раза меньше горизонтальных. При угле наклона труб около 20° наблюдается некоторое увеличение износа. Заметно харак­ терное повышение значений износа в сторону нисходящих углов наклона (рис. 30) вследствие влияния повышенных скоростей движения частиц, влекомых по нижней стенке. При больших углах наклона частицы полностью переходят во взвешенное со­ стояние.

93

лопастей, которые создают существенный запас длины их на износ. В связи с изложенным при выборе оптимального режима транс­ портирования следует предусматривать скорости транспортирова­ ния, близкие к критическим; для достижения более равномерного износа труб необходимо поддерживать максимальное насыщение смеси; для мелкоизмельчепных материалов возможны режимы со

скоростью, несколько меньше критической.

Деградация частиц горных пород в потоках

Следствием воздействия гидросмесей иа твердые границы потока является деградация частиц в процессе движения, весьма значи­ тельная для отдельных видов смесей и условий движения (в гори­ зонтальных трубах при повышенном количестве поворотов, в про­ точных каналах насосов и др., особенно при перемещении кусковых и хрупких горных пород).

Механизм деградации крупных классов можно представить как процесс истирания. Изменение размеров каждой частицы можно выразить как уменьшение объема или веса частицы G; поскольку эта величина пропорциональна характерному размеру частицы {например, кубу диаметра шаро- и кубоподобного тела), то процесс деградации можно рассматривать как процесс уменьшения этого характерного размера при заданных условиях транспортирования за определенное время.

Естественно предположить, что изменение размера dd за время dt зависит от квадрата скорости движения частицы (поскольку при истирании реализуется часть кинетической энергии движущейся частицы, пропорциональной и1), условий трения и физико-меха-

(и значит характерным поперечным размером ее), коэффициентом

изменения характерного размера частицы за единицу времени. Удобно пользоваться его обратным значением, т. е. величиной, характери­ зующей время изменения характерного размера частиц на единицу длины. Таким образом, коэффициент измельчения — величина раз­ мерная.

Величина d8/dt, как это очевидно, не остается постоянной с изме­ нением длины транспортирования. Можно предположить, что с уве­ личением длины I производная d8/dt будет уменьшаться (вследствие окатывания). Если обозначить коэффициент трения скольжения или качения частицы через /, а коэффициент измельчения через |3, можно составить дифференциальное уравнение процесса вида

d6/df = -M*6/P/Z; (IV.TJ)

95

ностью частицы после перемещения ее на определенное расстояние от скорости перемещения, коэффициентов трения и деградации. Это уравнение не учитывает влияния концентрации частиц (которое не должно быть существенным), наличия более твердых включений

идействия других факторов. В уравнении (IV.13), как это логично предполояшть, величина коэффициента деградации р зависит от петрографической характеристики материала, коэффициента формы

идругих особенностей процесса.

При перемещении хрупких пород, например, угля, разнородного по гранулометрическому составу, включая грубодисперсные и тонко­ дисперсные частицы, механизм деградации усложняется. Однако основным фактором, определяющим процесс измельчения в трубах, является процесс истирания. Измельчение частиц грубодисперсной фракции (менее 2 мм) ничтожно, а измельчения частиц тонкодисперс­ ной фракции (менее 200 мк) практически исключается. Наличие этих фракций в гидросмеси несколько смягчает процесс истирания крупных классов угля. Более существенное значение для измель­ чения угля имеет наличие породных включений в гидросмеси. При характерной для транспортирования классификации частиц в потоке по гидравлической крупности куски породы могут разрушать при столкновении частицы угля и способствовать их истиранию.

и слабых материалов, перемещаемых в системах гидротранспорта). Значительные по масштабам эксперименты в этой области проведены в ИГД им. А. А. Скочинского, результаты которых приведены ниже.

вождается размоканием отдельных компонентов породы и переходом глинистых частиц в тонкие классы. Происходит изменение качествен­ ной характеристики угля, которое определяется в основном выходом тонких классов (менее 60—40 мк). Поэтому важно располагать экспресс-методом для оценки деградации угля или других материалов по этому фактору. В основу такого метода положено использование кольцевых стендов с трубами промышленного диаметра.

Анализ экспериментов показал, что выход класса менее 0,063 мм в трубопроводах различной протяженности (в т. ч. на десятки кило­ метров) при перемещении рядовых и кусковых углей при опытах

9G

на горизонтальном трубопроводе и кольцевом стенде практически совпадает. В то же время средневзвешенный размер частиц изме­ няется в разных установках существенно по-разному. Это объясняется тем, что выход тонких классов происходит в результате истирания наиболее крупных частиц; данный процесс в общих чертах одинаков как в горизонтальном, так и в кольцевом трубопроводах, поскольку вызывается трением кусков о твердые границы потока. В то же время кольцевая и горизонтальная трубы характеризуются различ­ ными профилями распределения концентрации, скоростей и крупности частиц по вертикали потока вследствие разного механизма переноса частиц потоками, в результате чего и следует ожидать значительной разницы в деградации мелких и мельчайших классов, о чем и сви­ детельствует опыт при оценке процесса по средневзвешенному размеру частиц.

Влияние скорости движения гидросмеси и качества монтажа труб

При гладких трубах с увеличением скорости гидросмеси выход мелких классов возрастает в значительно меньшей степени, чем у труб со стыками. С увеличением скорости гидросмеси влияние стыков па измельчение угля уменьшается, поскольку при высоких скоростях частицы угля интенсивнее взвешиваются. Выход круп­ ного угля с увеличением скорости при наличии кромки высотой в 2 мм уменьшается. Следовательно, для уменьшения деградации

в табл. 7, из которой следует некоторое уменьшение величины дегра­ дации (для рядового угля) в трубах большего диаметра при огра­ ниченных расстояниях.

рядовом необогащенном угле. Оказалось, что размокаемая порода