автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Разработка методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок

На правах рукописи

ЛАЗАРЕВ Геннадий Карлович

УДК 622.648.232.2

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ГЛУБИННЫХ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Диссертационная работа выполнена в Открытом акционерном обществе «РУСУГЛЕМАШ»

Научный руководитель: докт. техн. наук, проф. МАЛАШКИНА В.А.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. АЛЕКСЕЕВ В.В., докт. техн. наук, проф. ШЕЛОГАНОВ В.И.

Ведущее предприятие - ЗАО НПО «Гидромаш».

Защита состоится в час на заседании

диссертационного совета К-053.12.03 при Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан & 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕШКО Е.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В условиях реструктуризации горнодобывающей промышленности России техническое перевооружение и реконструкция перспективных предприятий позволят увеличить объемы добычи твердых сыпучих полезных ископаемых, тем самым снизить их себестоимость, а следовательно, и отпускную цену. Дальнейший технический прогресс в этой отрасли связан с освоением новых месторождений и развитием действующих предприятий на основе внедрения новых высокопроизводительных, безопасных, природоохранных технологий. Большое значение имеет сегодня освоение месторождений, ранее считавшихся непригодными к разработке из-за отсутствия соответствующих технологий и оборудования. К ним можно отнести обводненные и погребенные обводненные месторождения россыпного золота, платины, алмазов, рубинов, редких металлов (тантал, ниобий), олова, вольфрама, циркония и редкоземельных минералов в природно-климатических условиях Сибири и Крайнего Севера. В России доля таких месторождений составляет 14 %... 16 % общего числа. Традиционные методы добычи, то есть открытым способом, драгами и промприбо-рами в подобных случаях малоэффективны из-за большого объема вскрышных работ и значительного ущерба окружающей природной среде. Шахтный способ добычи неприменим из-за слишком большой обводненности не только разрабатываемых, но и выше- и нижележащих пластов вмещающих пород. Применение для добычи земснарядов ограничено глубиной залегания разрабатываемых пластов, то есть не более 15...20 м.

Одним из направлений развития новой техники и технологий в рассматриваемом случае является использование эрлифтного подъема.

Преимущество использования эрлифтных установок для поиска, разведки и добычи вышеупомянутых сыпучих полезных ископаемых из обвод-

ненных и погребенных обводненных месторождений обусловлено простотой его конструкции, легкостью обслуживания, высокой надежностью в работе, сравнительно небольшими расходами на его монтаж, эксплуатацию и ремонт. Показатель эффективности извлечения сыпучих полезных ископаемых из месторождений такого типа находится в прямой зависимости от технологических возможностей применяемого способа разработки, а также используемого для его реализации оборудования.

Главное преимущество применения эрлифтного способа для разработки погребенных месторождений состоит в возможности осуществления добычи полезного ископаемого с глубины до 100 м и более из пластов малой мощности (1...1,5 м) без переработки вскрыши или с минимальной ее перевалкой, то есть отсутствуют взрывные и погрузочные работы, автомобильная откатка, что практически исключает запыленность и загазованность окружающей атмосферы, снимает полностью вопрос вентиляции, как при разработке месторождений открытым или подземным способом, обеспечивает комфортные условия труда обслуживающего персонала.

Использование эрлифтных установок существующих конструкций не дает требуемого эффекта, так как они разрабатывались для условий относительного погружения смесителя эрлифта в пределах 0,15...0,7. Для условий разработки обводненных и погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых значения относительного погружения смесителя эрлифта находятся в пределах 0,8...0,98.

В связи с этим актуальными становятся исследования процесса гидроподъема эрлифтными установками сыпучих полезных ископаемых при условии погружения смесителя от 40 до 250 м и более и высоте подъема над уровнем воды в пределах 2...5 м и создании на основании их результатов методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок.

На сегодняшний день отсутствует общепринятая методика оценки эффективности зрлифтных установок. В связи с расширением области применения стало актуальным выполнение исследований, позволяющих установить обобщающий показатель оценки эффективности их использования. Оценка эффективности эрлифтной установки с помощью предлагаемого метода позволит на основе анализа изменяющейся информации о величине абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды рассчитывать рациональные параметры и режимы ее работы.

Разработка методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок, позволяющая осваивать ранее считавшиеся непригодными к разработке обводненные и погребенные обводненные месторождения, уменьшить затраты на разработку месторождений и эксплуатацию оборудования, снизить экологический ущерб окружающей среде, является актуальной научной задачей.

Цель работы. Установление зависимости рациональных параметров и режимов работы глубинной эрлифтной установки от условий ее эксплуатации, обоснование методов оценки и расчета, обеспечивающих максимальную эффективность установки в каждом рассматриваемом случае.

Идея работы. Обеспечить добычу и подъем на поверхность сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений с минимальными потерями по содержанию твердого в пульпе глубинными эрлифтными установками.

Научные положения, разработанные лично соискателем, н их новизна:

- метод оценки эффективности эрлифтных установок, представляющий обобщенную оценку эффективности узлов и элементов ее технологической схемы, учитывающую изменение параметров и режимов работы установки в зависимости от абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды;

- математическая модель глубинной эрлифтной установки, позволяющая определять рациональные параметры и режимы ее работы, с учетом изменения относительного погружения смесителя от 0,8 до 0,98;

- показатель структуры потока водовоздушной смеси в подъемном трубопроводе эрлифта, оцениваемый гидродинамическим режимом его движения, характеризуемого критериями Рейнольдса и Фруда, определяемыми с учетом гидравлической классификации эрлифтов;

- зависимости удельного расхода воздуха и коэффициента подачи глубинной эрлифтной установки от относительного погружения смесителя, изменяющегося в пределах от 0,8 до 0,98.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Результаты, полученные в работе и базирующиеся на применении научных методов исследований, включают теоретические исследования с использованием основных законов гидромеханики, экспериментальные исследования в промышленных условиях с использованием современных средств и методов контроля измеряемых величин. Точность экспериментальных исследований при доверительной вероятности 0,95 составляла 88...93%.

Научное значение работы состоит в разработке метода и показателей оценки эффективности эрлифтных установок, позволяющих определить и обосновать направления ее повышения; в установлении критериального описания движения гидросмеси в подъемном трубопроводе глубинного эрлифта, основанном на результатах теоретических и экспериментальных исследований; в разработке математической модели глубинной эрлифтной установки, позволяющей аналитически определять ее оптимальные параметры и режимы работы; в установлении зависимостей удельного расхода воздуха и коэффициента подачи от относительного погружения смесителя, изменяющегося в пределах от 0,8 до 0,98.

Практическая значимость работы заключается в разработке метода оценки эффективности и методики расчета параметров глубинных эрлифтных установок, а также в разработке технологической схемы глубинной эрлифтной установки для добычи сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений, ранее считавшихся непригодными для промышленного освоения и эксплуатации.

Реализация работы в промышленности. Результаты работы по повышению эффективности глубинных эрлифтно-сепарационных установок по добыче сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных и обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых внедрены и приняты к внедрению на предприятиях Российской Федерации: метод оценки эффективности эрлифтных установок используется ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской области), Муниципальным унитарным предприятием производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства (МУП ПУВКХ) г. Усолье-Сибирское (Иркутской области); прошла опытно-промышленные испытания и находится в эксплуатации эрлифтно-сепарационная установка для добычи песчано-гравийной смеси на карьере ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской области); выполнен рабочий проект глубинной эрлифтной установки для разработки погребенного обводненного месторождения россыпного золота «Ручей Сорго» (Иркутская обл.); выполнен рабочий проект эрлифтно-сепарационной установки ЭС-2 для очистки накопительного водоема водозабора от твердых фракций, смешанных с речным илом в г. Усолье-Сибирское в Иркутской области.

Внедрение результатов исследований позволило получить фактический экономический эффект в сумме 2 226 064,65 рублей (ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» п. Криводаново Новосибирская обл.).

Соответствие темы исследований государственным научным программам. Диссертация содержит ис-

следования, выполненные по плану основных научно-исследовательских работ ОАО «РУСУГЛЕМАШ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: У Международном симпозиуме (Санкт-Петербург, 1998); «Неделе горняка-99» (МГГУ, 1999); «Неделе горняка-2000» (МГГУ, 2000); научно-техническом Совете ОАО «РУСУГЛЕМАШ» (2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Объем н структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, а также включает список использованных источников из 107 наименований, 25 рисунков, 28 таблиц и 3 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Использование эрлифтного подъема становится неотъемлемой частью технологического процесса добычи сыпучих полезных ископаемых из обводненных месторождений, а также чистки затопленных стволов и глубоких зумпфов шахт. Научными исследованиями и практикой подтверждено положительное воздействие применения эрлифтных установок на технологию и экономику предприятия, ведущего разработку обводненных месторождений полезных ископаемых.

Одним из направлений дальнейшего развития работ по освоению обводненных и погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых является повышение эффективности глубинных эрлифтных установок за счет совершенствования методов и средств, увеличивающих их производительность общую и по твердому материалу в поднимаемой на поверхность пульпе.

Вопросам теории и практики эрлифтных установок посвящены работы многих ученых, среди которых: П.П. Аргунов, A.A. Арманд, В.А. Архангельский, А.П. Герман, В.Г. Багдасаров, А.П. Крылов, В.Г. Гейер, С.С. Кута-теладзе, Н.М. Гарсеванов, В.А. Мамаев, JI.B. Пороло, В.Ж. Арене, Н.И. Бабичев, Н.Г. Логвинов, B.C. Костанда, В.И. Груба, В.А. Малашкина, Я.К. Антонов, J1.H. Козыряцкий, С.С. Малыгин, В.В. Алексеев, В.И. Шелоганов, А.П. Стегниенко, А.П. Холмогоров, В.И. Михайлов, А. Стенинг, С. Мартин и другие. Анализ работ вышеперечисленных авторов показал, что несмотря на широкое распространение эрлифтов в различных отраслях промышленности и большой объем исследований в этой области, вопросу повышения эффективности глубинных эрлифтных установок уделено недостаточное внимание. Отсутствие метода оценки эффективности эрлифтных установок, позволяющего с учетом изменяющейся информации о величине абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды рассчитывать рациональные параметры и режимы их работы.

Главным требованием к глубинным эрлифтным установкам является обеспечение полной выемки из погребенного обводненного месторождения, предназначенного к разработке, сыпучего полезного ископаемого.

В отечественной и зарубежной литературе отсутствуют сведения о технологии и технике для добычи сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений с помощью эрлифтных установок при относительном погружении смесителя от 0,8 до 0,98, а соответственно и методики расчета их основных конструктивных размеров и технических параметров.

В связи с этим возникает необходимость исследования и установления зависимости рациональных параметров и режимов работы глубинной эр-лифтной установки от условий ее эксплуатации, обоснования методов оценки и расчета, обеспечивающих максимальную эффективность в каждом рассматриваемом случае.

В соответствии с поставленной целью были определены и решены следующие задачи:

- разработать метод оценки эффективности эрлифтных установок;

- разработать математическую модель глубинной эрлифтной установки, позволяющую определять рациональные параметры и режимы ее работы с учетом изменения относительного погружения смесителя в пределах 0,8...0,98;

- исследовать параметры и режимы работы и установить критериальное описание процесса движения гидросмеси в подъемной трубе эрлифта при относительном погружении смесителя 0,8...0,98;

- установить зависимости удельного расхода воздуха и коэффициента подачи для глубинных эрлифтов от относительного погружения смесителя, изменяющегося в пределах 0,8...0,98;

- провести промышленную проверку предложенной технологии и режимов работы и параметров глубинной эрлифтной установки с погружением смесителя от 0,8 до 0,98;

- разработать методику расчета параметров глубинных эрлифтных установок.

Эффективность использования эрлифтных установок предложено оценивать с помощью обобщающего показателя, представляющего собой отношение основных безразмерных характеристик эрлифта, отражающих основные параметры и режимы работы системы

£ = — (1) или Е = --ЯА-, (2)

Ч. 60& (Я 4- К)

где а - относительное погружение смесителя эрлифта; - удельный расход воздуха; С>э - реальная производительность эрлифтной установки по пульпе, м3/ч; (2„ - реальный расход воздуха на действующей эрлифтной ус-

тановке, м3/мин; h - погружение смесителя эрлифта, м; Н - высота подъема пульпы над уровнем водоема, м.

Максимально возможное значение обобщающего показателя эффективности (нормативное значение) любой эрлифтной установки можно определить для каждого рассматриваемого случая

А'. (3)

Чип

где qHn - нормативное значение удельного расхода воздуха для любой рассматриваемой эрлифтной установки, определяемое по теоретическим зависимостям.

Таким образом, нормативное значение обобщающего показателя эффективности предлагается определять по следующим зависимостям для:

- коротких эрлифтов

<4,

" 1,1505

- длинных эрлифтов

где е - основание натурального логарифма;

- глубинных эрлифтов

а3'2

Еи= —-. (6)

" 0,8865

Сопоставляя и анализируя значения действительных Ед и нормативных (расчетных) Е„ обобщающих показателей эффективности эрлифтных установок, можно не только определить причину снижения эффективности, но и рекомендовать, за счет каких технических и технологических мероприятий можно ее повысить на действующих установках.

Эрлифтные установки, применяемые для освоения обводненных погребенных месторождений сыпучих полезных ископаемых, эксплуатируются в условиях, когда глубина погружения смесителя составляет 20.. .200 м, а высота подъема - 2...5 м, и при этом относительное погружение смесителя изменяется в пределах 0,8...0,98. Классифицирующие показатели для таких эрлифтов находятся в следующих пределах

^^>80... и ^>2, (7)

° Р,ш

при ограничении по Ь = 20...200 м,

где Э - диаметр подъемной трубы эрлифта, м; рсм , рВЬ1Х - давление соответственно в смесителе и на выходе из подъемной трубы эрлифта (атмосферное), кПа.

Отнести эрлифты с такими техническими характеристиками к коротким или длинным не представляется возможным, так как зависимости, классифицирующие длинные и короткие эрлифты, справедливы для условий эксплуатации, когда относительное погружение смесителя изменяется в пределах 0,15...0,5.

Поэтому считаем возможным в классификацию эрлифтов по гидравлическому признаку добавить новую группу установок, определяемых по зависимости ( 7 ) и подпадающих под принятые ограничения, называемых «глубинный» эрлифт (рис. 1).

Изучению закономерностей процесса движения аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифтных установок посвящено большое количество теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых. Существует значительное количество работ, посвященных изучению и исследованию эрлифтных установок длинных и коротких с относительным погружением смесителя 0,15...0,5 и 0,5...0,7. Результатов исследований закономерностей процесса движения аэрогидросмесей в вертикаль-

ЭРЛИФТЫ

J_1_

Гидравлический

Длинные

Короткие

* ГЛУБИННЫЕ

Тип нагнетания сжатого воздуха

Конструктивный

Компрессорный

Вакуумный

Вакуумно-компрессорный

Система Ю. Поле

> Центральная система

Система Саундерса

Схемный

Односекци-онные

Многосекционные

Батарейные

£ Групповые

Насосно-эрлнфтные

С одним смесителем

С песколькими смесителями

С заполненным жидкостью зумпфом

> Короткая подающая труба

Длинная подающая труба

С «сумм» зумп<Ьом

^ Вид транспортируемой среды

Однородные жидкости

Гидросмеси жидкости с твердыми материалами

Производственное назначение

Транспортирование гидросмесей

Добыча полезных ископаемых

Водоотлив, водопонижение

Циркуляция, барботаж

Рис. 1. Классификация эрлифтов

п

ных трубах в условиях, идентичных глубинным эрлифтным установкам, в современной литературе нет.

Внимание к изучению процессов такого рода объясняется расширением использования эрлифтных установок не только в традиционных областях народного хозяйства, но и в объектах новых технологий и техники.

Процесс движения аэрогидросмеси в подъемной трубе эрлифта представляет собой комплекс одновременно происходящих гидродинамических, теплофизических и химических процессов. Химические процессы имеют место в том случае, если компоненты смеси в процессе движения по подъемной трубе вступают в химическую реакцию. В горнодобывающей промышленности последнее, как правило, не имеет места.

Поэтому вывод о процессах, происходящих в подъемной трубе глубинного эрлифта, можно сделать на основании данных о структуре потока аэрогидросмеси, параметрах и режимах работы эрлифта.

Как известно, при движении водовоздушной смеси в вертикальных трубах могут иметь место различные структуры потока: пузырьковая, че-точная (пробковая или поршневая), четочно-диспергированная, осевая и пылевая. Могут также иметь место еще и переходные структуры. Основными структурами в области рабочих режимов эрлифтных установок являются че-точная и четочно-диспергированная, что необходимо учитывать при расчете параметров и режимов работы установок.

При исследовании гидродинамических процессов, происходящих в подъемной трубе эрлифтых установок, основными критериями подобия являются числа Рейнольдса (Яе) и Фруда (Бг).

Так как скорость потока аэрогидросмеси изменяется по длине подъемной трубы эрлифта и существует относительное движение жидкой и газообразной фаз смеси (скольжение), обычно ограничиваются определением ее среднеинтегрального значения. Значение коэффициента кинематической вязкости аэрогидросмеси по длине подъемной трубы эрлифта будет различ-

ным, так как изменяется структура потока в том числе и в зависимости от воздухосодержания. Поэтому при определении числа Рейнольдса, как правило, идет речь о среднем кинематическом коэффициенте вязкости.

Уравнения для определения чисел Рейнольдса и Фруда в исследуемом случае можно представить в следующем виде

4

Ле =

Ра

36ООяОо//(а+6О04Уу,

(8)

Яг =

36002

3600

Ра

+

(9)

+

30470400а2

. Рс + Ра

где ра - давление атмосферное, кПа; V, ув - кинематические коэффициенты вязкости соответственно воды и воздуха, м2/с.

Из анализа формул ( 8 ) и ( 9 ) можно сделать вывод, что для определения чисел Рейнольдса и Фруда в исследуемом случае необходимо установить зависимость удельного расхода воздуха от условий эксплуатации эр-лифтной установки, то есть при относительном погружении смесителя, изменяющемся в пределах от 0,8 до 0,98, так как эта категория эрлифтов не может быть отнесена ни к длинным, ни к коротким. Установлено, что максимальная производительность эрлифтной установки соответствует четоч-ной и четочно-диспергированной структуре потока в подъемной трубе эр-

лифта, которые имеют место при автомодельном режиме движения гидросмеси, причем для каждого эрлифта в зависимости от структуры гидросмеси этот режим движения наступает при различных числах Рейнольдса.

В настоящее время недостаточно изучены характеристики и режимы работы эрлифтных установок в диапазоне относительных погружений смесителя от 0,8 до 0,98.

Таким образом, учитывая специфику процесса движения гидросмеси в подъемном трубопроводе глубинного эрлифта, можно определить основные факторы, влияющие на его интенсивность, путем анализа графических зависимостей величины числа Рейнольдса от производительности эрлифта, расхода сжатого воздуха, относительного погружения смесителя и диаметра подъемной трубы (рис.2). Увеличение значений числа Рейнольдса наблюдается с ростом количества сжатого воздуха, подаваемого в смеситель эрлифта. Значимость влияния роста количества воздуха растет с увеличением относительного погружения смесителя эрлифта. Рост значений числа Рейнольдса имеет место также при увеличении производительности глубинных эрлифтных установок. Значимость влияния роста производительности усиливается с уменьшением диаметра подъемной трубы эрлифта.

Число Рейнольдса с учетом уравнения ( 8 ) определяется зависимостью

Ке = /(е„о,Я,Л,Др,е.,у,у.). (10)

В рассматриваемом случае к условиям однозначности относятся: -геометрические свойства системы : диаметр подъемной трубы Б -характерный геометрический размер системы;

-плотность смеси р , кинематическая вязкость воды и воздуха соответственно V и \я - существенные физические свойства аэрогидросмеси;

-условия на границах системы — скорость течения на стенках труб равна нулю; давление окружающей среды равно ра.

а)

Ие.Ю3

2 500

2000

1 500 1 ООО 500

О

О 400 800 1200

о э, м3/ч

1 / 2

\ 3

Рис.2. Графики зависимости: а)Яв = £ (С)е, В)

б) Яе = ^(^Ь, а!Г)

б)

R е .1 0S

1 - D = 0,2 м; 2 - D = 0,3 m; 3 - D = 0,45 м l-alf= 0,792; 2 - alf= 0,887; 3 = 0,945

Тогда

(11) (12)

Поэтому необходимо, учитывая условия эксплуатации эрлифтных установок гидравлической группы «ГЛУБИННЫЕ», получить экспериментальным путем зависимости для определения чисел Рейнольдса и Фруда, а также удельного расхода воздуха и коэффициента подачи.

Предлагаемый способ добычи сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений реализуется с помощью глубинной эрлифтной установки, технологическая схема которой предложена автором (рис. 3). Работа глубинного эрлифтного комплекса осуществляется следующим образом. Аэрогидросмесь из забоя через всасывающее устройство (смеситель) 4, куда компрессором 1 по воздухопроводу 2 подается сжатый воздух, по подъемной трубе 5 поступает в воздухоотделитель 6, где происходит разделение фракций смеси. Воздух выбрасывается в окружающую атмосферу, а гидросмесь (вода и твердый материал) по нисходящему трубопроводу поступает в специальную промежуточную емкость 7, откуда грунтонасосом 8 подается в отсадочный промприбор 9 для отделения включений высокой плотности (свыше 2,5 г/см3: алмазы, золото, платина, минералы и др.). После промприбора пульпа, разделенная на несколько потоков по нисходящим трубопроводам, поступает в центробежные сепараторы, количество которых определяется согласно их расчетной производительности, для окончательной (тонкой) отсадки вышеперечисленных полезных ископаемых. Отработанный грунт сбрасывается в зумпф (хвостохранилище) 11.

Для увеличения производительности глубинного эрлифтно-сепарационного комплекса применяется размыв забоя, который осуществля-

Рис. 3. Технологическая схема глубинного эрлифтно-сепарационного комплекса.

1 - супесь; П - глина; Ш - песок; 1У - гравий; У - вода

I - компрессор; 2 - воздухопровод; 3 - трубопровод подачи воды для размыва грунта; 4 - всасывающее устройство-смеситель; 5 - подъемная труба; 6 - воздухоотделитель; 7 - промежуточная емкость; 8 - грунтонасос; 9 - промприбор; 10 - сепаратор;

II - зумпф (хвостохранилнще); 12 - насос для размыва; 13 - понтон; 14,15 - устройства и сопла для размыва; 16 - всасывающий трубопровод; 17 - грунтонасос; 18 -трубопровод подачи «хвостов» на переработку или в отвал

ется подачей забортной воды насосом 12 по трубопроводу 3 в систему специальных насадок 14, 15.

Все оборудование глубинных эрлифтно-сепарационных комплексов монтируется на специальном плавсредстве (понтоне).

Технологией также предусмотрена переработка «хвостов», подаваемых грунтонасосом 17 по трубопроводам 16, 18 для повторного сепарирования. При превышении уровня воды в зумпфе 11, последняя переливом сбрасывается в основной водоем.

Из-за сложности моделирования исследуемого процесса в лабораторных условиях экспериментальные исследования проводились автором настоящей работы в промышленных условиях на промплощадке ЗАО « Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской области). При этом использовались современные методы и средства измерения контролируемых величин, корреляционный и регрессионный анализ с обработкой результатов измерений на ЭВМ.

Число Рейнольдса, характеризующее гидродинамический режим процесса гидроподъема пульпы в подъемной трубе эрлифтной установки является искомой переменной. Учитывая зависимость ( 11) на опытно-промышленной глубинной эрлифтной установке были произведены измерения соответствующих контролируемых величин.

На действующей экспериментальной установке (рис. 4) варьируемые параметры изменялись в следующих пределах: абсолютное давление в воздухопроводе р, = 147,15...873,09 кПа ( 1,5...8,9 кгс/см2 ); температура воздуха в воздухопроводе Т = 291...301 К; перепад давления на диафрагме (воздух) Ар, = 233,48...2844,90 Па ( 23,8...290 мм в.ст. ); расход воздуха С?в = 2,83...23,11 м3/мин; абсолютное давление в водоподающем трубопроводе р2 = 794,61...833,85 кПа ( 8,1...8,5 кгс/см2 ); перепад давления на диафрагме (вода на размыв) Др2 = 51,867.. .54,199 кПа ( 389,1...406,6 мм рт.ст.); температура воды в трубопроводе для размыва Тв = 285...288 К; расход воды для

Рис. 4. Схема опытно-промышленной экспериментальной установки

размыва QBJ = 179,0... 183 м3/мин; подача эрлифта по пульпе Q-, = 89,61 ...1030,88 м3/ч; барометрическое давление окружающей среды ра = 100,1...100,2 кПа; температура окружающей среды Та = 289...293 К. При этом количество измерений на одном уровне, необходимое для получения относительной погрешности £ < 10 % и для обеспечения доверительной вероятности 0,9...0,95 , должно быть не менее 5 и не более 9.

Обработка полученной выборки экспериментальных данных на ЭВМ с помощью программы обработки статистических данных «STATGRAPHICS Plus 4.0» позволила установить зависимости для описания процесса движения пульпы в подъемной трубе глубинного эрлифта, представленные уравнениями регрессии:

- число Рейнольдса

Re = 551,008g,226^2V857;

- число Фруда

Fr = 6627909,5Q~3°-069Q°-m(H + А)чда

Максимальная погрешность аппроксимации опытных значений величин на всем исследуемом диапазоне для зависимостей ( 13 ) и (14 ) составляла не более 10 %.

Для выполнения расчетов технических характеристик и конструктивных параметров установок необходимо установить зависимости для определения удельного расхода воздуха и коэффициента подачи, учитывающие особенности эксплуатации глубинных эрлифтов.

Удельный расход воздуха для эрлифтных установок, в том числе и глубинных, как известно, определяется следующим образом:

q = f(Q»Q.,h,H) или q = f(a). (15)

(13)

(14)

Коэффициент подачи глубинной эрлифтной установки

К^и.а). (16)

После обработки массива экспериментальных данных также получена зависимость для определения удельного расхода воздуха в условиях изменения относительного погружения смесителя эрлифта 0,8...0,98

Я = 0,591 а"2'2. (17)

Результаты опытно-промышленных исследований можно представить графически ( рис. 5 ). На кривую зависимости я = Г ( а ) помещены экспериментальные значения удельного расхода воздуха. Максимальная относительная погрешность составила 9,4 %. Из анализа графически представленных зависимостей можно сделать вывод, что закономерность изменения величины удельного расхода воздуха в условиях эксплуатации «глубинных эрлифтов», то есть при а=0,8...0,98, необходимо обязательно учитывать при расчете технических характеристик и конструктивных параметров эрлифтных установок.

На практике недооценка влияния величины относительного погружения смесителя эрлифта при выборе зависимости для определения удельного расхода воздуха при а=0,8...0,98 приведет к подаче в смеситель большего количества воздуха, что соответственно вызовет переход от оптимальных режимов работы установки к ее работе на нисходящей ветви расходной характеристики, то есть к резкому снижению подачи, что является нежелательным. Структура потока при этом изменяется в сторону осевой или пылевой. Это подтверждается полученными экспериментальными расходными характеристиками испытываемого эрлифта (рис.6). На рис. 6 приведены расходные характеристики глубинной эрлифтной установки, смонтированной на Криво-дановском песчано-гравийном карьере, полученные при постоянном диаметре подъемной трубы Дэ= 0,3 м и различных относительных погружениях сме-

Рис. 5. Экспериментальная зависимость удельного расхода воздуха от относительного погружения : 1 - для эрлифтов с погружением 0,5.. .0,7 (А.П. Холмогоров); 2 - для коротких эрлифтов (ДонГТУ); 3 - для

глубинных эрлифтов с погружением 0,8...0,98

1200 -г

1

1000

800

600

400

200

0 5 10 15 20 ^ 25 30

Qв, м^/мин

Рис. 6. Расходные характеристики эрлифтных установок: 1, 2, 3 - экспериментальные (для глубинного эрлифта); 4, 5, б - теоретические (для короткого эрлифта)

сителя. Сравнение расходных характеристик опытно-промышленной экспериментальной установки при диаметре подъемной трубы 0,3м для относительного пофужения смесителя 0,8; 0,893 и 0,945 с теоретическими, полученными с помощью зависимостей для коротких эрлифтов, показывает, при расчете технических характеристик и конструктивных параметров эрлифтов с относительным погружением смесителя от 0,8 до 0,98 необходимо пользоваться полученной автором формулой ( 17 ), чтобы правильно определить необходимую подачу воздуха для обеспечения работы эрлифта в рациональном режиме. Величины удельного расхода воздуха могут выбираться по экспериментальным кривым (см. рис. 5).

На основании экспериментальных исследований установлена зависимость для определения коэффициента подачи для глубинных эрлифтов

Таким образом, анализируя результаты аналитических и экспериментальных исследований, можно сделать вывод, что при расчете технических характеристик и конструктивных параметров глубинной эрлифтной установки, работающей с относительным погружением смесителя, изменяющимся в пределах от 0,8 до 0,98 , для обеспечения рациональных рабочих режимов необходимо использовать полученные автором настоящей работы зависимости для определения числа Рейнольдса, числа Фруда, удельного расхода воздуха, коэффициента подачи.

Изложенные выше исследования позволили разработать математическую модель и методику расчета глубинных эрлифтных установок, позволяющие определять их рациональные конструктивные размеры и технические параметры.

1 + д

(17)

Фактический экономический эффект от внедрения разработок в ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» составил 2226,1 тыс. рублей. Ожидаемый экономический эффект от внедрения глубинных эрлифтно-сепарационных установок на месторождении «Ручей Сорго» составит 38 млн.рублей в год, позволит улучшить экологическое состояние региона. Предполагаемый экономический эффект от внедрения на очистных сооружения водоканала г. Усолье-Сибирское составит 1,2 млн. рублей в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность теоретических и экспериментальных исследований, их научное обобщение, выполненные в диссертационной работе, являются решением актуальной научной задачи разработки методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок, позволяющих осваивать ранее считавшиеся непригодными к промышленной разработке погребенные обводненные месторождения сыпучих полезных ископаемых, что имеет важное народнохозяйственное значение.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан метод оценки эффективности эрлифтных установок, представляющий обобщенную оценку эффективности элементов технологической схемы установки, учитывающую изменение параметров и режимов работы эрлифтов.

Основными факторами, влияющими на величину показателя эффективности эрлифтной установки, являются абсолютное погружение смесителя: и . высота подъема гидросмеси над уровнем воды, то есть основные характеристики эрлифта. Поэтому главными направлениями повышения эффективности эрлифтных установок являются разработка методов и средств обеспечи-

вающих работу установок при больших погружениях смесителя и малой высоте подъема в рациональном режиме.

2. Установлен показатель структуры потока водовоздушной смеси в подъемном трубопроводе эрлифта, оцениваемый гидродинамическим режимом его движения, характеризуемого критериями Рейнольдса и Фруда, определяемых с учетом классификации эрлифтов по гидравлическому признаку, позволяющий выявить возможные направления достижения рациональных режимов работы установки.

Уточненное определение оптимального расхода воздуха, подаваемого в смеситель эрлифта, позволит обеспечить устойчивую работу установки в «области максимальной производительности» ее расходной характеристики без изменения конструктивных размеров эрлифта.

3. Получена классификационная характеристика «глубинных» эрлифтов по гидравлическому признаку, позволяющая выбрать расчетные зависимости для определения рациональных параметров и режимов работы установки.

4. Установлены зависимости для определения удельного расхода воздуха и коэффициента подачи для глубинных эрлифтов, позволяющая аналитически определять конструктивные размеры основных элементов установки.

5. Разработаны математическая модель и методика расчета глубинных эрлифтных установок, позволяющая не только определить возможно достижимые рациональные параметры и режимы работы установки, но и дать рекомендации и определить направления возможного повышения эффективности установок.

6. Разработанные на основе проведенных исследований методы оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок прошли опытно-промышленные испытания, внедрены в ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской обл.), включены в проект разработки погребенного обводненного месторождения россыпного золота

«Ручей Сорго» (Иркутская область), приняты к внедрению на очистных сооружениях МУП ПУВКХ г. Усолье-Сибирское (Иркутская область).

Внедрение результатов исследований позволило получить фактический экономический эффект в сумме 2 226 064,65 рублей (карьер «Криводанов-ский» Новосибирская обл.). Ожидаемый экономический эффект от внедрения глубинных эрлифтно-сепарационных установок на месторождении руч. Сорго составит 38 млн.рублей в год, позволит улучшить экологическое состояние региона. Предполагаемый экономический эффект от внедрения на очистных сооружения водоканала г. Усолье-Сибирское составит 1,2 млн. рублей в год.

Основные материалы диссертации изложены в следующих опубликованных работах:

I .Лазарев Г.К. Новая технология добычи и переработки сыпучих золотоносных грунтов. - С-Петербург.: Тр. СПГГИ, Изд-во СПГГИ, 1997. - 2 с.

2.Малашкнна В.А., Лазарев Г.К. Выбор технологии и оборудования для подземной добычи россыпного золота. - М, 1999. - 11 с. -Деп. в МГГУ, 1999, № 237.

3.Малашкнна В.А., Лазарев Г.К. Добыча сыпучих полезных ископаемых эрлифтно-сепарационными комплексами из погребенных обводненных месторождений. -М, 1999. - 7 с. -Деп. в МГГУ, 1999, № 238.

4.Малашкнна В.А., Лазарев Г.К. Техника и технология разработки эрлифт-ными установками обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых. - М,

1999. - 11 с.-Деп. в МГГУ, 1999, № 244.

5. Лазарев Г.К. Экспериментальные исследования особенностей процесса движения твердых тел в подъемной трубе эрлифта с относительным погружением смесителя 0,8...0,98. - М, 2000. - 8 с. -Деп. в МГГУ, 2000, № 389.

6. Малашкина В.А., Лазарев Г.К. Метод оценки эффективности эрлифтно-сепарационных установок. - М.: Горный информационно-аналитический бюллетень.-

2000,- №8.-3 с.

7. Малашкина В.А., Лазарев Г.К. Эрлифтно-сепарационные комплексы для освоения погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых // Горные машины и электромеханика. М., Машиностроение.- 2000.- № 5.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Назначение и схемы современных эрлифтных установок.

1.2. Анализ существующих методов оценки эффективности эрлифтных установок.

1.3. Условия эксплуатации и направления повышения эффективности глубинных эрлифтных установок.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭРЛИФТНЫХ УСТАНОВОК.

2.1. Определение факторов, влияющих на эффективность работы глубинных эрлифтных установок.

2.2. Метод оценки эффективности использования эрлифтных установок.

2.3. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВИЖЕНИЯ ГИДРОСМЕСИ В ПОДЪЕМНОЙ ТРУБЕ ЭРЛИФТА ПРИ ОТНОСИТЕЛЬНОМ ПОГРУЖЕНИИ СМЕСИТЕЛЯ 0,8. .0,98.

3.1. Исследование факторов, влияющих процесс движения гидросмеси в подъемной трубе эрлифта при относительном погружении смесителя 0,8.0,98.

3.2. Аналитическое определение величин, влияющих на процесс движения в подъемной трубе эрлифта гидросмеси при относительном погружении смесителя от 0,8 до 0,98.

3.3. Разработка технологической схемы глубинной эрлифтно-сепарационной установки.

3.4. Экспериментальные исследования эрлифтных установок с относительным погружением смесителя от 0,8 до 0,98.

3.5. Результаты экспериментальных исследований.

3.5.1. Критериальное описание процесса движения гидросмеси в подъемной трубе глубинной эрлифтной установки при относительном погружении смесителя 0,8. .0,98.

3.5.2. Определение безразмерных характеристик глубинной эрлифтной установки при относительном погружении смесителя 0,8.0,98.

3.6. Выводы.

4. МЕТОД ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ГЛУБИННОЙ ЭРЛИФТНО-СЕПАРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ.

4.1. Гидравлическая схема глубинной эрлифтно-сепарационной установки.

4.2. Определение основных параметров глубинной эрлифтно-сепарационной установки.

4.3. Пример расчета глубинной эрлифтно-сепарационной установки ЭС-Г.

4.4. Выводы.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1. Эрлифтная установка для условий Криводановского песчано-гравийного месторождения Новосибирской области.

5.2. Эрлифтно-сепарационная установка ЭС-Г для погребенного обводненного месторождения «Ручей Сорго» Иркутская область.

5.3. Эрлифтно-сепарационная установка ЭС-2 для технологических водоемов водозабора рек Ангара и Белая Иркутская область г. Усолье-Сибирское.

5.4. Выводы.

Актуальность проблемы. В условиях реструктуризации горнодобывающей промышленности России техническое перевооружение и реконструкция перспективных предприятий позволят увеличить объемы добычи твердых сыпучих полезных ископаемых, тем самым снизить их себестоимость, а следовательно, и отпускную цену. Дальнейший технический прогресс в этой отрасли связан с освоением новых месторождений и развитием действующих предприятий на основе внедрения новых высокопроизводительных, безопасных, природоохранных технологий. Большое значение имеет сегодня освоение месторождений, ранее считавшихся непригодными к разработке из-за отсутствия соответствующих технологий и оборудования. К ним можно отнести обводненные и погребенные обводненные месторождения россыпного золота, платины, алмазов, рубинов, редких металлов (тантал, ниобий), олова, вольфрама, циркония и редкоземельных минералов в природно-климатических условиях Сибири и Крайнего Севера. В России доля таких месторождений составляет 14 %.16 % общего числа / 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, /. Традиционные методы разработки полезных ископаемых, то есть добыча открытым способом, драгами и промприборами в подобных случаях малоэффективны из-за большого объема вскрышных работ и значительного ущерба окружающей природной среде. Шахтный способ добычи неприменим из-за слишком большой обводненности не только разрабатываемых, но и выше- и нижележащих пластов вмещающих пород. Применение для добычи полезных ископаемых земснарядов ограничено глубиной залегания разрабатываемых пластов, то есть не более 15. .20 м.

Одним из направлений развития новой техники и технологий в рассматриваемом случае является использование эрлифтного подъема /2, 13, 14, 15, 16 17, 18, 19, 20,23, 24,28/.

Преимущество использования эрлифтных установок для поиска, разведки и добычи вышеупомянутых сыпучих полезных ископаемых из обводненных, погребенных обводненных месторождений обусловлено простотой его конструкции, легкостью обслуживания, высокой надежностью в работе, сравнительно небольшими расходами на его монтаж, эксплуатацию и ремонт. Показатель эффективности извлечения сыпучих полезных ископаемых из месторождений такого типа находится в прямой зависимости от технологических возможностей применяемого способа разработки, а также используемого для его реализации оборудования.

Главное преимущество применения эрлифтного способа для разработки погребенных месторождений состоит в возможности осуществления добычи полезного ископаемого с глубины до 100 м и более из пластов малой мощности (1. 1,5 м) без переработки вскрыши или с минимальной ее перевалкой, то есть отсутствуют взрывные и погрузочные работы, автомобильная откатка, что практически исключает запыленность и загазованность окружающей атмосферы, снимает полностью вопрос вентиляции, как при разработке месторождений открытым или подземным способом, обеспечивает комфортные условия труда обслуживающего персонала.

Предлагаемая технология добычи полезного грунта позволяет применить оборотную систему водоснабжения, что особенно ценно, так как снижается расход технологической воды при работе в полевых условиях.

Использование эрлифтных установок существующих конструкций не дает требуемого эффекта, так как они разрабатывались для условий относительного погружения смесителя эрлифта в пределах 0,15.0,7. Для условий разработки обводненных и погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых значения относительного погружения смесителя эрлифта находятся в пределах 0,8.0,98.

В связи с этим актуальными становятся исследования процесса гидроподъема эрлифтными установками сыпучих полезных ископаемых при условии погружения смесителя от 40 до 150 м и более и высоте подъема над уровнем воды в пределах 2. .5 м и создании на основании их результатов методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок.

На сегодняшний день отсутствует общепринятая методика оценки эффективности эрлифтных установок. В связи с расширением области применения эрлифтных установок стало актуальным выполнение исследований, позволяющих установить обобщающий показатель оценки эффективности их использования. Оценка эффективности эрлифтной установки с помощью предлагаемого метода позволит на основе анализа изменяющейся информации о величине абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды моделировать оптимальные режимы ее работы.

Разработка методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок, позволяющая осваивать ранее считавшиеся непригодными к разработке обводненные и погребенные обводненные месторождения, уменьшить затраты на разработку месторождений и эксплуатацию оборудования, снизить экологический ущерб окружающей среде, является актуальной научной задачей.

Цель работы. Установление зависимости рациональных параметров и режимов работы глубинной эрлифтной установки от условий ее эксплуатации, обоснование методов оценки и расчета, обеспечивающих максимальную эффективность установки в каждом рассматриваемом случае.

Идея работы. Обеспечить добычу и подъем на поверхность сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений с минимальными потерями по содержанию твердого в пульпе глубинными эр-лифтными установками.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:

- метод оценки эффективности эрлифтных установок, представляющий обобщенную оценку эффективности узлов и элементов ее технологической схемы, учитывающую изменение параметров и режимов работы установки в зависимости от абсолютного погружения смесителя и высоты подъема пульпы над поверхностью воды;

- математическая модель глубинной эрлифтной установки, позволяющая определять рациональные параметры и режимы ее работы, с учетом изменения относительного погружения смесителя от 0,8 до 0,98;

- показатель структуры потока водовоздушной смеси в подъемном трубопроводе эрлифта, оцениваемый гидродинамическим режимом его движения, характеризуемого критериями Рейнольдса и Фруда, определяемыми с учетом гидравлической классификации эрлифтов;

- зависимости удельного расхода воздуха и коэффициента подачи глубинной эрлифтной установки от относительного погружения смесителя, изменяющегося в пределах от 0,8 до 0,98.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Результаты, полученные в работе и базирующиеся на применении научных методов исследований, включают теоретические исследования с использованием основных законов гидромеханики, экспериментальные исследования в промышленных условиях с использованием современных средств и методов контроля измеряемых величин. Точность экспериментальных исследований при доверительной вероятности 0,95 составляла 88. .93%.

Научное значение работы состоит в разработке метода и показателей оценки эффективности эрлифтных установок, позволяющих определить и обосновать направления ее повышения; в установлении критериального описания движения гидросмеси в подъемном трубопроводе глубинного эрлифта, основанном на результатах теоретических и экспериментальных исследований; в разработке математической модели глубинной эрлифтной установки, позволяющей аналитически определять ее оптимальные параметры и режимы работы; в установлении зависимостей удельного расхода воздуха и коэффициента подачи от относительного погружения смесителя, изменяющегося в пределах от 0,8 до 0,98.

Практическая значимость работы заключается в разработке метода оценки эффективности и методики расчета параметров глубинных эрлифтных установок, а также в разработке технологической схемы глубинной эрлифтной установки для добычи сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных месторождений, ранее считавшихся непригодными для промышленного освоения и эксплуатации.

Реализация работы в промышленности. Результаты работы по повышению эффективности глубинных эрлифтно-сепарационных установок по добыче сыпучих полезных ископаемых из погребенных обводненных и обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых внедрены и приняты к внедрению на предприятиях Российской Федерации: метод оценки эффективности эрлифтных установок используется ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской области), Муниципальным унитарным предприятием производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства (МУП ПУВКХ) г. Усолье-Сибирское (Иркутской области); прошла опытно-промышленные испытания и находится в эксплуатации эрлифтно-сепарационная установка для добычи песчано-гравийной смеси на карьере ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской области); выполнен рабочий проект глубинной эрлифтной установки для разработки погребенного обводненного месторождения россыпного золота «Ручей Сорго» (Иркутская обл.); выполнен рабочий проект эрлифтно-сепарационной установки ЭС-2 для очистки накопительного водоема водозабора от твердых фракций, смешанных с речным илом в г. Усолье-Сибирское в Иркутской области.

Внедрение результатов исследований позволило получить фактический экономический эффект в сумме 2 226 064,65 рублей (ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» п. Криводаново Новосибирская обл.).

Соответствие темы исследований государст-ве иным научным программам. Диссертация содержит исследования, выполненные по плану основных научно-исследовательских работ ОАО «РУСУГЛЕМАШ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: У Международном симпозиуме (Санкт-Петербург, 1998); «Неделе горняка-99» (МГГУ, 1999); «Неделе горняка-2000» (МГГУ, 2000); научно-техническом Совете ОАО «РУСУГЛЕМАШ» (2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, а также включает список использованных источников из 107 наименований, 25 рисунков, 28 таблиц и 3 приложений.

5.4. Выводы

Практическое применение методов и средств повышения эффективности глубинных эрлифтно-сепарационных установок показало:

5.4.1. Применение глубинных эрлифтно-сепарационных установок для разработки и выдачи на поверхность сыпучих полезных ископаемых из обводненных и погребенных обводненных месторождений является технически обоснованным и экономически целесообразным. Экономический эффект от внедрения составил 2 226 064,65 рублей.

5.4.2. Перспективность внедрения глубинных эрлифтно-сепарационных установок подтверждается количеством ранее считавшихся непригодными к разработке традиционными способами погребенных обводненных месторождений сыпучих полезных ископаемых (доля таких месторождений в РФ -14. 16 % от общего числа).

5.4.3. Работа опытно-промышленной установки подтвердила ее высокую производительность, простоту изготовления, монтажа, соответствие расчетных параметров действительным.

5.4.4. Результаты исследований послужили исходным материалом для разработки рабочих чертежей, технического описания и технического задания на глубинные эрлифтно-сепарационные установки ЭС-Г и ЭС-2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность теоретических и экспериментальных исследований, их научное обобщение, выполненные в диссертационной работе, являются решением актуальной научной задачи разработки методов оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок, позволяющих осваивать ранее считавшиеся непригодными к промышленной разработке погребенные обводненные месторождения сыпучих полезных ископаемых, что имеет важное народнохозяйственное значение.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан метод оценки эффективности эрлифтных установок, представляющий обобщенную оценку эффективности элементов технологической схемы установки, учитывающую изменение параметров и режимов работы эрлифтов.

Основными факторами, влияющими на величину показателя эффективности эрлифтной установки, являются абсолютное погружение смесителя и высота подъема гидросмеси над уровнем воды, то есть основные характеристики эрлифта. Поэтому главными направлениями повышения эффективности эрлифтных установок являются разработка методов и средств обеспечивающих работу установок при больших погружениях смесителя и малой высоте подъема в рациональном режиме.

2. Установлен показатель структуры потока водовоздушной смеси в подъемном трубопроводе эрлифта, оцениваемый гидродинамическим режимом его движения, характеризуемого критериями Рейнольдса и Фруда, определяемых с учетом классификации эрлифтов по гидравлическому признаку, позволяющий выявить возможные направления достижения рациональных режимов работы установки.

Уточненное определение оптимального расхода воздуха, подаваемого в смеситель эрлифта, позволит обеспечить устойчивую работу установки в «области максимальной производительности» ее расходной характеристики без изменения конструктивных размеров эрлифта.

3. Получена классификационная характеристика «глубинных» эрлифтов по гидравлическому признаку, позволяющая выбрать расчетные зависимости для определения рациональных параметров и режимов работы установки.

4. Установлены зависимости для определения удельного расхода воздуха и коэффициента подачи для глубинных эрлифтов, позволяющая аналитически определять конструктивные размеры основных элементов установки.

5. Разработаны математическая модель и методика расчета глубинных эрлифтных установок, позволяющая не только определить возможно достижимые рациональные параметры и режимы работы установки, но и дать рекомендации и определить направления возможного повышения эффективности установок.

6. Разработанные на основе проведенных исследований методы оценки эффективности и расчета параметров глубинных эрлифтных установок прошли опытно-промышленные испытания, внедрены в ЗАО «Новосибирский песчаный карьер» (п. Криводаново Новосибирской обл.), включены в проект разработки погребенного обводненного месторождения россыпного золота «Ручей Сорго» (Иркутская область), приняты к внедрению на очистных сооружениях МУП ПУВКХ г. Усолье-Сибирское (Иркутская область).

Внедрение результатов исследований позволило получить фактический экономический эффект в сумме 2 226 064,65 рублей (карьер «Криводанов-ский» Новосибирская обл.).

Ожидаемый экономический эффект от внедрения глубинных эрлифтно-сепарационных установок на месторождении руч. Сорго составит 38 млн.рублей в год, позволит улучшить экологическое состояние региона.

Предполагаемый экономический эффект от внедрения на очистных сооружения водоканала г. Усолье-Сибирское составит 1,2 млн. рублей в год.

1. ГОСТ 7.32-91 ( ИСО 5966-92 ). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. Изд. Официальное. М.: Издательство стандартов, 1991. - 14 с.

2. Гидроподъем полезных ископаемых / Антонов Я.К., Козыряцкий Л.Н., Малашкина В.А., Холмогоров А.П. -М.: Недра, 1995. 174 с.

3. Классификация эрлифтов. Труды ДонГТУ. Выпуск 7. / Козыряций Л.Н., Кононенко А.П., Мизерный В.И. Донецк: ДонГТУ, 1999,- 276 с.

4. Технология разработки золоторудных месторождений / Неганов В.П., Ко-валенкоВ.И., Зайцев Б.М. и др. М.: Недра, 1995. - 336 с.

5. Минко О.О. Проблемы поисков и оценки россыпей с мелким золотом. -М.: ВИЭМС, 1985.- 43 с.

6. Петровская Н.В. Золотые самородки. -М. : Недра, 1995. 174 с.

7. Справочник по разработке россыпей / Арм Я.М., Афанасьев В.П., Бажбе-ук-Меликов Н.К. и др. М.: Недра, 1973. - 590 с.

8. Кудрашов В.А., Потемкин C.B. Основы проектирования россыпных месторождений. -М.: Недра, 1988. 198 с.

9. Лешков В.Г. Разработка россыпных месторождений. М.: Недра, 1985. -568 с.

10. Сборник руководящих материалов по охране недр при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1987. - 590 с.

11. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. М.: Недра, 1986. - 448 с.

12. Эрлифтные установки. Учебное пособие / В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий, B.C. Пащенко, Я.К. Антонов. Донецк: ДПИ, 1982. - 64 с.

13. Арене В.Ж., Исмагилов В.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1980. - 229 с.

14. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. — М.: Недра, 1986. 278 с.

15. Скважинная технология добычи титано-циркониевых песков Тарского месторождения / Н.И. Бабичев, А.Н. Николаев, Ю.В. Либер, Р.В. Кройтор -М., «Горная промышленность», 1998, № 2 с. 50 - 54.

16. Бабичев Н.И., Николаев А.Н. Скважинная гидротехнология новый способ освоения земных недр. -М.: Горный журнал, 1995, №1 - с.14-18.

17. Фролов П.А., Либер Ю.В. Опытно-промышленные испытания скважинной гидротехнологии на титаноциркониевых месторождениях. М.: Горный журнал, 1995, №1 - с. 29-31.

18. Расширение области применения скважинной гидродобычи / Л.П. Тигу-нов, A.B. Панков, Н.И. Бабичев. М.: Горный журнал, 1995, №1 - 27-29.

19. Колибаба В.Л. Технология скважинной гидродобычи с обрушением руды и налегающих пород. М.: Горный журнал, 1995, №1 - с. 19-22.

20. Буянов Ю.Д. Разработка гравийно-песчаных месторождений. М.: Недра, 1988. - 208 с.

21. Гейер В.Г., Тимошенко Г.М. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки. М.: Недра, 1987. - 265 с.

22. Братченко В.Ф. Стационарные установки шахт. М.: Недра, 1977. - 438 с.

23. Методические рекомендации по применению средств механизации очистки шахтных водосборных емкостей / Под ред. В.Г. Гейера. Донецк: ДПИ, 1983.- 48 с.

24. Михайлов В.И. Совершенствование гидравлической добычи песка и гравия эрлифтными снарядами. Зарубежный опыт. М.: ВНИИЭСМ, 1972. -52 с.

25. Попов Ю.А., Рощупкин Д.В., Пеняскин Т.И. Гидромеханизация в северной строительно-климатической зоне. Л.: Стройиздат, 1982. - 224 с.

26. Предохранение рек от загрязнения при разработке россыпных месторождений / Шорохов С.М. и др. М.: Недра, 1980. - 207 с.

27. Эскин B.C. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками. М: Недра, 1995.

28. Эрлифтно-землесосный комплекс / А.П.Холмогоров, Д.Ф. Новиков, В.Г. Гейер и др. Строительство трубопроводов, 1987, № 5 - 2 с.

29. Указания по проектированию трубопроводов, прокладываемых в подземных выработках угольных и сланцевых шахт. М.: изд-во ин-та «Центро-гипрошахт», 1974. - 73 с.

30. Алексеев В.В. Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки. М.: Недра, 1989.-328 с.

31. Кулешов A.A., Александров В.И. Расчет систем гидротранспорта с использованием ЭВМ. Записки СПГГИ, том 141, 1995. - 12 с.

32. Правила устройства и безопасной эксплуатации воздушных компрессоров и воздухопроводов. М.: Недра, 1988. - 38 с.

33. Рахмилевич 3.3., Скольник Г.М. Рациональная и надежная эксплуатация воздушных поршневых компрессоров и воздухопроводов. М.: Недра, 1988.-38 с.

34. Шкундин Б.М. Оборудование гидромеханизации земляных работ. М.: Энергия, 1970.-240 с.

35. Исангулов К.И. Исследование особенностей движения газожидкостных смесей в вертикальных трубах и разработка методов повышения эффективности процессов лифтирования. Автореф. дисс. Канд. техн. наук. -Уфа, 1970.

36. Пороло JIB. Воздушно-газовые подъемники жидкости (эргазлифты). -М.: Недра, 1969.- 160 с.

37. Козыряцкий JI.H. Исследование и разработка уточненного расчета эр-лифтных установок горной промышленности. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Донецк, ДПИ. 1976. - 20 с.

38. Гейер В.Г. Новые технологические схемы и средства шахтного водоотлива. Донецк.: ДПИ, 1972. - 34 с.

39. Технология добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов / Под общей ред. Ржевского В.В. и Нурка Г.А. 2-е доп. перераб. М.: Недра, 1980.-382 с.

40. Гейер В.Г., Пащенко B.C. Эрлифтные установки для транспортирования золошлаковых смесей. М.: ж. Энергетик, 1979, № 4 - с. 2-3.

41. Гейер В.Г., Логвинов Н.Г. О свойствах безразмерных характеристик. В сб. «Разработка месторождений полезных ископаемых». Вып. 31. - Киев.: Техника, 1973.- с. 51 - 56.

42. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н. Исследование движения твердых тел в подъемной трубе эрлифта. Уголь, 1976, № 5. - с. 28 - 30.

43. Гейер В.Г., Данилов Е.И. Эрлифтный зумпфовый водоотлив с малой относительной глубиной погружения.- Киев.: Уголь Украины, 1978, № 9. с. 28-29.

44. Основы теории эрлифта / В.Г. Гейер, Л.Н. Козыряцкий, Я.К. Антонов, A.A. Каплюхин Деп. в УкрНИИНТИ, № 1884, 1980. - 14 с.

45. Козыряцкий Л.Н., Сафонов Г.М. Определение сопротивления проточной части эрлифта,- Деп. в ЦНИЭИуголь, № 432, 1975.

46. Козыряцкий Л.Н. Моделирование и критерии подобия эрлифтов. Деп. в ЦНИЭИуголь, № 407, 1975.

47. Чеченев А.И. Последовательная работа насоса и эрлифта.- В сб. «Разработка месторождений полезных ископаемых». Вып. 37. Киев.: Техника, 1974.-с. 88-90.

48. Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н. Исследование потока гидросмеси в подъемной трубе эрлифта.- Деп. в ЦНИЭИуголь, № 628, 1976. с. 16.

49. Козыряцкий Л.Н. Определение основных параметров эрлифта.- Киев, ж. «Уголь Украины», № 12, 1975.

50. Гейер В.Г., Логвинов Н.Г. О свойствах безразмерных характеристик. В сб. «Разработка месторождений полезных ископаемых». Вып. 31, Киев.: Техника, 1973.

51. Гидродинамика газожидкостных смесей в трубах / В.А. Мамаев, Г.Э. Одишария, Н.И. Семенов и др. -М.: Недра, 1969.- 208 с.

52. Заря А.Н. Исследование движения твердой фракции в вертикальном пульповоде. Труды ДПИ, том. ХУ1, вып. 10, 1960.

53. Движение гидро- и аэросмесей горных пород в трубах / Под общей ред. O.A. Спиваковского и А.Е. Смолдырева М.: Наука, 1966. - 165 с.

54. Лазарев Г.К. Новая технология добычи и переработки сыпучих золотоносных грунтов. С-Петербург : изд-во СПГГИ, 1997. - 2 с.

55. Поляницын A.B. Гранулометрические параметры Ленского россыпного золота, их определение и пути использования при поисках, разведке и эксплуатации россыпей. Автореф. канд. дисс.: Иркутск, 1969. - 24 с.

56. Яценко В.П., Миронова М.В. Расчет движения мелкодисперсных частиц в турбулентном пограничном слое. В кн. : Турбулентные двухфазные течения и техника эксперимента. Таллинн, 1985.- с. 138-143.

57. Логвинов Н.Г., Стегниенко А.П. Выбор рационального способа пуска эр-лифтного гидроподъема. В сб. : «Разработка месторождений полезных ископаемых». Вып.44.- Киев.: Техника, 1976. - с. 56-60.

58. А.с. 1622644 ( СССР ). Эрлифтно-землесосная система / В.Г. Гейер, Г.С. Володин, Я.К. Антонов, JI.H. Козыряцкий, В.А. Малашкина и др. Опубл. в Б.И., 1991, №3.

59. А.С. 1665101 ( СССР ). Эрлифтная установка / Я.К. Антонов, А.П. Холмогоров, В.А. Малашкина и др. Опубл. в Б.И., 1991, № 27.

60. А.с. 1657769 ( СССР ). Эрлифтная установка / В.Г. Гейер, Я.К. Антонов, J1.H. Козыряцкий, В.А. Малашкина и др. Опубл. в Б.И., 1991, № 23.

61. А.С. 1157280 ( СССР ). Способ очистки эрлифта / Я.К. Антонов, С.А. Рабчинский, А.П. Кононенко. Опубл. в Б.П., 1985, № 19.

62. А.с. 1025918 ( СССР ). Устройство для отделения воздуха / В.Г. Гейер, Я.К. Антонов, JI.H. Козыряцкий и др. Опубл. в Б.И., 1983, № 24.

63. А.с. 1059280 ( СССР ). Эрлифтная установка / В.Г. Гейер, Я.К. Антонов, В.И. Мизерный Опубл. в Б.И., 1983, № 45.

64. А.с. 1020656 ( СССР ). Многоступенчатый эрлифт / В.Г.Гейер, B.C. Пащенко, Я.К. Антонов и др. Опубл. в Б.И., 1983, № 20.

65. А.С. 1728536 ( СССР ). Эрлифтная установка / В.Г. Гейер, А.П. Холмогоров, Г.С. Володин, Я.К. Антонов, В.А. Малашкина и др. Опубл. в Б.И., 1992, № 15.

66. А.С. 1751436 ( СССР ). Эрлифтная установка / Я.К. Антонов, JI.H. Козыряцкий, В.А. Малашкина, В.И. Мизерный и др. Опубл. в Б.И., 1992, №28.

67. Эрлифты для разработки глубинных месторождений песка и гравия / Я.К. Антонов, В.А. Малашкина, Я.Е. Хунис. Рукопись деп в ЦНИЭИуголь, Москва, 1993.-8 с.

68. Малеев В.Б., Малашкина В.А. Водоотлив и дегазация угольных шахт. -М.: Недра, 1995.-208 с.

69. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. - с.

70. Малашкина В.А., Малеев В.Б. Ремонт и эксплуатация стационарного оборудования шахт. М.: Недра, 1990. - 483 с.

71. Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранспорта грунтов. П 59-72. Ленинград, Энергия, 1972. - с. 32.

72. Петунии А.И. Измерение параметров газового потока. М.: Машиностроение, 1974. - 257 с.

73. Малашкина В.А., Лазарев Г.К. Выбор технологии и оборудования для подземной добычи россыпного золота. М., 1999, 10 с. - Деп. в МГГУ 22.06.99, № 237.

74. Малашкина В.А, Лазарев Г.К. Добыча сыпучих полезных ископаемых эр-лифтно-сепарационными комплексами из погребенных обводненных месторождений. М., 1999, 6 с. - Деп. в МГГУ 22.06.99, № 238.

75. Правила измерения расхода газов и жидкости стандартными сужающими устройствами. РД 50-213-80. Издание официальное. М.: Издательство стандартов, 1982. - 320 с.

76. Правила измерения расхода жидкости при помощи стандартных водосливов и лотков РДП 99-87. Издание официальное. Издательство стандартов, 1989,- 138 с.

77. Бондарь А.Г., Статюха Г.А. Планирование эксперимента в химической технологии. Киев.: Вища школа, 1976. - 184 с.

78. Кондрашов А.П., Шестопалов Е.В. Основы физического эксперимента и математическая обработка результатов измерений. — М.: Атомиздат, 1977. 200 с.

79. Афифи А, Эйзен С. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982. - 488 с.

80. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973.-392 с.

81. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971.-576 с.

82. Воловельская С.Н. и др. Нелинейная корреляция и регрессионный анализ / Воловельская С.Н., Жилин А.И., Кулиш С.А., Сивый В.Б. Киев.: Техника, 1971. - 216 с.

83. Румшиский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

84. Тавастшерна Р.Н. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. М.: Высш. школа , 1990. - 256 с.

85. Шелоганов В.И. Безнапорный гидротранспорт крупнокускового классифицированного твердого материала// Вопросы технологии подводной добычи полезных ископаемых со дна морей и океанов.- М.:МГИ, 1970.

86. Ляхтер В.М., Прудковских A.M. Гидродинамическое моделирование. -М.: Энергоатомиздат, 1984.- 392 с.

87. Нефтегазопромысловая сепарационная техника. Справочное пособие

88. JI.M. Мильштёйн, С.И. Бойко, Е.П. Запорожец М.: Недра, 1991. -236 с.

89. Разделение трехфазных смесей в сепараторах с внутренними насадками

90. С.И. Бойко, Л.М. Мильштёйн, Г.К. Зиберт Тр. ВНИПИ газпереработка, 1987.-с. 115-122.92.0бесшламливание кингисепских фосфоритов с помощью гидроциклонов. / Винокуров А.И., Поваров А.И. и др. Обогащение руд, 1968, № 5 .

91. Левданский Э.И., Плехов И.М., Волк A.M. Исследование разделения газожидкостных потоков в центробежных сепараторах. ТОТХ, 1987, т. 21, № 2. - с. 273-277.

92. Разумов К.А., Перов З.А. Проектирование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1982.- 215 с.

93. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. -М.: Недра, 1985.- 285 с.

94. Идельчик И.Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов ( подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов ).- М.: Машиностроение, 1983.-351 с.

95. Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник. Том 2 / Под ред. проф. Н.С. Ачеркана. М.: Машиностроение, 1968. - 408 с.

96. Исакович Р.Я. Технологические измерения и приборы. М.: Недра, 1979. -344 с.

97. Дабагян A.B. Проектирование технических систем. М.: Машиностроение, 1986.-256 с.

98. ЮО.Альтшуль А.Д., Животовский J1.C., Иванова Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1987. - 415 с.

99. Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Н. Заря : Учебник для вузов. -М.: Недра, 1991.-295 с.

100. Методика расчета экономической эффективности перехода на малоотходную и безотходную технологию действующих и реконструируемых производств. Пермь.: ВНИИССуголь, 1981. - 25 с.

101. ЮЗ.Чугаев P.P. Гидравлика. Ленинград.: Энергия, 1970. - 552 с.

102. Ботук Б.О. Гидравлика. М.: Высшая школа, 1962. - 450 с.

103. Холмогоров А.П. Новая организация и технология инженерной подготовки территорий объектов нефтегазового строительства эрлифтным гтдроподъемом грунта. Автореф. дисс. докт. техн. наук. Тюмень, ТюмГНГУ, 1998.-61 с.

104. Адамов Б.И. Исследование и разработка глубоководных эрлифтных установок для подъема твердого минерала. Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Донецк, 1982.-20 с.

105. Лазарев Г.К. Экспериментальные исследования особенностей движениятвердых тел в подъемной трубе эрлифта с относительным погружением смесителя от 0,8 до 0,98. М., 2000, 8 с. - Деп. в МГГУ 20.07.2000, № 389.