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

Для различных шихт подтверждено, что образование^тонких классов в процессе гидротранспортировки происходит главным образом за счет размокаемых породных фракций, находящихся в горной массе. Размокание породы существенно зависит также от дальности транспортирования. Поэтому при оцеике деградации

классов изучалось также на полупромышленном стенде с горизон­ тальным трубопроводом D = 300 мм и L — 1,3 км. Опыты прово­

Результаты опытов показали, что выход тонких классов 0—0,040 мм в опытах с обогащенным углем значительно меньше. Образование тонких классов интенсивно протекает до 1 2 км, а затем несколько

Влияние неразмокаемых пород иа деградацию угля установлено опытами с ушлем марки «Г» класса 0—25 мм, зольностью Ас — 15%. В качестве неразмокаемой породы использовался кварц класса 25—50 мм. Опыты проводились иа кольцевом стенде при расстоянии L — 12 км и скорости 2,7 м/с. Установлено, что при содержании 30% породы процесс деградации интенсифицирует почти в два раза по выходу класса 0 —3 мм по сравнению с гидротранспортом чистого угля.

Удаление породы перед гидротранспортом может существенно улучшить, например, сортность угля и уменьшить количество тонких классов угля, поступающих на обогатительную фабрику.

В л и я н и е к р у п н о с т и на образование в трубопроводах тонких классов рассматривалось для сортированных и рядовых углей. Опыты при ориентировочной оценке для гладких труб (без стыков) не показывают заметного влияния крупности угля в пре­ делах 15—100 мм на выход классов 0—0,040 мм. Для сравнения проведены опыты и при наличии стыков высотой 2 мм.

Оказалось, что при высоте стыка в 2 мм крупность исходного угля влияет на выход класса 0—0,040 мм и особенно на выход класса 0 _0,5 мм в диапазоне изменения крупности от 6 до 50 мм. Сравнение опытных данных по измельчению угля разной крупности в трубо­ проводах со стыками и без стыков показывает, что влияние стыков ощутимо сказывается уже при крупности угля 3—6 мм, а при круп­ ности 1 -т- 3 мм это влияние незначительно.

При выборе варианта технологической схемы следует сравнивать конечные гранулометрические составы после гидротранспорта и при­ нимать тот, в котором показатели окажутся лучшими. При установле­ нии оптимальной крупности дробления исходного материала надо

98

учитывать и другие факторы, такие, как влияние насосов, сопро­ тивление и износ трубопровода, зависящие также от исходной крупности угля. При гидротранспорте обогащенного угля крупностью 0 — 3 мм даже на весьма больших расстояниях транспортирования (500 км) измельчение угля практически ничтожно.

Приведенные данные измерений, а также специально поставлен­ ные опыты показывают, что наличие в трубопроводах стыков высотой в 2,5—3 мм увеличивает выход мелких классов (0—0,5 мм) для рядовых и кусковых углей в 3—4 раза. В связи с этим для сохране­ ния сортности материалов необходимо уменьшать высоту кромки стыкуемых труб.

При прохождении через проточные каналы углесосов со ско­ ростью вращения рабочих колес 1400 об/мин уголь и хрупкие породы +13 мм значительно измельчаются. В то же время при прохождении через тихоходные насосы для классов 13—25 мм и менее измельче­ ние угля незначительно.

Заметим, что не обнаруживается заметного влияния восстающих трубопроводов на выход тонких классов при движении даже круп­

Для любой транспортной установки или системы при расчете подлежат определению основные параметры движения гидросмесей, а именно: критическая скорость и гидравлические сопротивления (удельные потери напора) при заданных размерах поперечного сечения потока (для труб — диаметра). По этим параметрам опре­ деляются рабочая скорость и развиваемый напор гидротранспорти­ рующих агрегатов (для желобов >— уклон).

В инженерной практике гидравлические сопротивления гидро­ транспортных коммуникаций наиболее удобно рассчитывать, исходя из параметров движения несущей жидкости (воды). Расчеты пока­ зывают, что доля гидравлических сопротивлений несущей жидкости в общих сопротивлениях движению смесей значительна,^поэтому важно как можно точнее определять данный параметр.

Определение гидравлических сопротивлений при движении несущей жидкости (воды)

Как было показано выше, движение гидросмесей в трубах вслед­ ствие воздействия частиц способствует изменению поверхности внутренних стенок. Если несущая жидкость нейтральна в отношении показателя кислотности и не проявляется значительно коррозирую­ щий эффект от переменных за сравнительно короткое время условий эксплуатации установок (частое опорожнение труб, попадание воз­ духа и др.), то за первые 1 0 0 — 2 0 0 ч происходит «шлифование» труб.

На продолжительность времени шлифования труб оказывают влияние физико-механические свойства смесей, а также начальное состояние стенок. Установлено, что дополнительные потери напора

В трубах со спиральным швом шлифование не оказывает значитель­ ного эффекта (сопротивления определяются в основном выступами шва).

При определении гидравлических сопротивлений по формуле (1.25) для несущей жидкости в турбулентном режиме можно исполь­ зовать формулы гидравлики для гладких труб (1.26). В свою оче­ редь для ламинарного режима используется формула (1.27). Общей расчетной формулой является (1.25), в которую и подставляются искомые коэффициенты сопротивления. Заметим, что абсолютная высота выступов шероховатости в трубах составляет 30—50 мк, а после шлифования уменьшается примерно вдвое. В корродирован­ ных трубах высота выступов достигает 100 мк. После шлифования высота выступов обычно не более 20 мк. Поэтому разница в потерях напора несущей жидкости для практического диапазона скоростей в новых и шлифованных трубах достигает 25%. Потери напора при движении жидкости в стеклянных трубах практически совпадают с расчетными значениями для гладких труб.

Определение параметров движения гидросмесей

Для обоснования структуры расчетных зависимостей и вывода формул используют приближенные теоретические построения урав­ нений энергетического баланса в потоке для различных видов гидро­ смесей и уравнения в безразмерных параметрах. Для упрощения задачи воспользуемся последними, т. е. уравнениями (IV.1)—(IV.7).

Структурные гидросмеси в характерных режимах движения определяются, как уже отмечалось, структурной вязкостью р и вели­ чиной динамического напряжения сдига т. На основании приведен­ ного ранее анализа (см. гл. II) можно использовать зависимость вида

Формула (IV.14) отражает итоговую характеристику сопротивле­ ний сдвигу гидросмеси. Для ее использования надо знать среднюю величину градиента скорости, т. е. для практических расчетов необходимо принять значение du/dr, выбор которого не поддается пока строгому обоснованию. Поэтому надежные данные для расчета можно получить только при накоплении систематических данных измерений.

Обычно результаты измерений реологических констант обраба­ тываются с учетом (IV. 1) и (IV.2), а также приближенного опреде­ ления т через величину потерь напора, отсекаемую на кривых i (и) для этого вида гидросмесей (см. рис. 2 0 , а) и вязкости по формулам:

1С0

динамическое напряжение сдвига

структурная вязкость

минимальная вязкость (для переходного режима)

с повышением концентрации гидросмеси. С увеличением концентра­ ции отмечается и рост х, особенно при s > 0 ,2 —0,25 наблюдается резкий перегиб кривой т = / (s). Поэтому перемещение смесей с очень высокими концентрациями (более 0,3—0,4), как уже отме­ чалось, связано с резким увеличением гидравлических сопротивлений.

При выполнении инженерных расчетов следует учитывать, что значения т повышаются для труб большого диаметра, а поэтому данные измерений на вискозиметрах должны пересчитываться (в пер­ вую очередь для труб более 0,15—0,2 м и s Ss 0,35).

Опыты показывают, что, например, диспергированные водоантра­ цитовые смеси по сравнению с гидросмесями из газовых углей при одних и тех же значениях s и крупности характеризуются повышен­ ными значениями х (вследствие более прочной структуры). В свою очередь для диспергированных водоугольных смесей с концентра­ циями в пределах s = 0,2—0,35 для труб D = 150—600 мм отме­ чается, что параметры структурной вязкости р, находятся. в пре­ делах 0,05—0,08 Н -с/м 2, а минимальной — зависят от диаметра труб. Последний факт объясняется наличием в гидросмеси вне пределов структурного режима структурных связей, которые прояв­ ляются тем значительнее, чем больше D. Аналогичные в качествен­ ном отношении явления наблюдаются и для смесей с другими гор­ ными породами.

Итоговую характеристику движения диспергированных гидро­ смесей для различных режимов обычно представляют, как уже отмечалось, в виде коэффициента сопротивления X (Re*) для струк­ турного режима, % (Re') — для переходного режима и X (Re) — для турбулентного режима. При этом обработка данных измерений, выполненных для гидросмесей с диспергированными твердыми частицами мела, глины, угля, торфа и других материалов в трубах диаметрами от 25—50 до 600 мм показывает, что в общем случае удельные потери напора можно определить по обычной формуле гидравлики i — Xu2/2gD.

Для структурного и переходного режимов движения для ука­ занных материалов хорошо выполняется соотношение вида (IV.1), в котором число Рейнольдса для переходного режима Re' = uDp/|i,min.

101