Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Обоснование параметров и расширение области применения безнапорного гидротранспорта в угольных шахтах Журавлев, Владимир Александрович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Журавлев, Владимир Александрович. Обоснование параметров и расширение области применения безнапорного гидротранспорта в угольных шахтах : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.15.11.- Кемерово, 1997.- 26 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность работы. Производственные процессы в гидрошахтах и на гидроучастках в значительной степени зависят от эффективности и надежности системы безнапорного гидротранспорта. Сейчас на каждые 1000 т добываемого угля в гидрошахтах расходуется 2.5-6.0 м желобчатого става для перемещения пульпы. Применяемые в настоящее время средства для безнапорного гидротранспорта обладают рядом существенных недостатков: допускают значительное число забучиваний -4-5 на 1000 т транспортируемого угля, имеют низкую износостойкость (4-12 мес), приводят к увеличению на 25-30% доли частиц класса -0.5 мм. Необходимость обеспечения эффективной работы безнапорного гидротранспорта в настоящее время возросла в связи с использованием на отдельных участках и шахтах традиционной «сухой» технологии, работающих в сложных горно-геологических условиях, средств гидромеханизации, в особенности гидротранспорта. Это обусловлено тем, что безнапорный гидротранспорт сыпучих материалов (уголь, порода, песок и др.) является более простым, производительным, безопасным и экономичным по сравнению с другими видами транспорта. Несложное и быстрое наращивание става желобов, простота соединений между собой, удобство загрузки материалов и быстрое разбучивание става делают этот вид транспорта перспективным для шахт и локальных участков.

Гидротранспорт является связующим звеном между процессами отбойки и переработки угля и не должен их сдерживать. Кроме того, при транспортировании не должна существенно увеличиваться доля мелких классов угля, которая снижает его качество и, из-за слабой обезвоживаемости, способствует накоплению шламов в оборотной воде. Это предопределяет необходимость исследования и уточнения

закономерностей процесса и режимов движения угольной пульпы, увязки их характеристик с параметрами и конструкцией желобов, совершенствования методов расчета безнапорного транспорта. Решение указанных вопросов позволит расширить область применения безнапорного транспорта в угольных шахтах. Поэтому тема диссертации является актуальной.

Диссертационная работа связана с планами научных исследований институтов СибГГМА и ВНИИгидроуголь, выполненных в рамках Отраслевой научно-технической комплексной программы Минтопэнерго РФ «Уголь России» (проект 0-23) и Государственной научно-технической программы «Недра России» (тема 2.1.), а также договорными работами с шахтами Кузбасса.

Целью работы является расширение области применения и повышение эффективности безнапорного гидротранспорта в шахтах за счет совершенствования конструкции и параметров желобов, расчета и выбора режимов движения угольной пульпы.

Идея работы заключается в использовании связей закономерностей и режимов движения пульпы с параметрами открытого двухфазного потока и гидротрассы для обоснования рациональных условий безнапорного транспортирования угля в шахтах.

Задачи исследований:

установить связь критической скорости и транспортирующей способности двухфазного потока с максимальным размером перемещаемых кусков угля и параметрами гидротрассы;

выявить режимы движения пульпы;

обосновать критерии эффективности использования

гидротранспортных желобов различного типа;

оптимизировать параметры и форму профиля желобов;

выявить закономерности износа желобов и разработать способы защиты их внутренней поверхности при транспортировании пульпы;

сравнить измельчаемость угля и риск забучивания гидротрасс с различными конструктивными параметрами;

усовершенствовать методы расчета и обосновать условия эффективного применения безнапорного гидротранспортирования угля.

Методы исследований:

анализ и научное обобщение отечественного и зарубежного опыта гидротранспортирования твердых сыпучих материалов для качественной оценки факторов, определяющих его эффективность;

методы гидромеханики и теории вероятностей для установления закономерностей безнапорного транспортирования угольной пульпы, измельчения угля, износа и риска забучивания желобов;

методы оптимизации для определения рациональных параметров и формы профиля желобов;

шахтные наблюдения для оценки эксплуатационных характеристик гидротранспортных желобов;

математическое моделирование профиля гидротрасс и энергетических характеристик потока для обоснования условий применения гидротранспорта.

Научные положения, защищаемые автором:

режимы движения пульпы (гарантированное транспортирование частиц, транспортирование без отложений в осадок, с выпадением в осадок, аварийный режим) зависят от скорости потока, содержания твердого в пульпе, максимального размера кусков угля и уклона гидротрассы;

влияние профиля и параметров желобов на эффективность и надежность гидротранспортирования определяется геометрическими и

гидравлическими характеристиками: гидравлическим радиусом, кривизной поверхности желобов, коэффициентом трения, размерами и степенью затопленности кусков угля;

комплексный критерий эффективности транспортирования пульпы, учитывающий степень использования лобового сопротивления и глубины потока, его нестационарность и транспортирующую способность, позволяет определять оптиматьный профиль и параметры желобов;

физические модели износа внутренней поверхности желобов, предложенные для условий транспортирования густых и жидких пульп, позволяют определить размер зон, нуждающихся в защите;

риск забучивания желобов может оцениваться двумя критериями: вероятностным, учитывающим возможность попадания в поток крупных кусков породы и угля или снижение его скорости ниже критической и физическим - базирующимся на анализе соотношения сил трения частиц о поверхность и сталкивания их потоком;

условный дополнительный уклон при транспортировании пульпы зависит от массового отношения твердой и жидкой фаз потока, уклона трассы и формы профиля желобов;

расширение области применения безнапорного гидротранспорта реализуется за счет уменьшения критического уклона гидротрассы, допуска вариации формы ее профиля и базируется на совершенствовании методов расчета и средств для перемещения пульпы.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается:

использованием классических методов гидромеханики для выявления закономерностей безнапорного гидротранспортирования двухкомпонектных смесей;

соответствием основных закономерностей транспортирования пульпы физическим законам и качественным представлениям о влиянии отдельных факторов на его эффективность;

незначительной погрешностью (+15%) результатов теоретических исследований по определению зоны износа желобов по сравнению с результатами шахтных наблюдений;

соответствием теоретических оценок и фактических данных по забучиванию гидротрассы (разброс не превышает +_20 %);

практикой эффективного применения желобов новых конструкций на гидрошахтах и гидроучастках Кузбасса.

Научная новизна работы состоит:

в установлении связи критической скорости потока пульпы с геометрическими параметрами профиля желобов и максимальными размерами кусков угля;

в выявлении режимов движения пульпы в зависимости от скорости потока, размеров кусков угля и уклона гидрограссы;

в установлении аналитической связи транспортирующей способности потока с основными геометрическими и гидравлическими параметрами желобов и трассы, а также структурой перемещаемого материала;

в обосновании комплексного критерия эффективности безнапорного транспортирования угольной пульпы;

в определении оптимальных параметров и формы профиля желобов;

в разработке физических моделей износа дна желобов и определении размеров зон, нуждающихся в защите;

в установлении связи риска забучивания гидротрассы с параметрами и формой профиля желобов;

в обосновании критического уклона допустимой вариации профиля и параметров гидротрасс.

Личный вклад автора состоит:

в обосновании критериев оценки эффективности безнапорного транспортирования угольной пульпы;

в разработке физических и математических моделей движения пульпы по желобам, их износа и забучивания гидротрассы;

в оптимизации параметров и формы профиля желобов;

в обосновании возможности расширения области применения гидротранспорта на шахтах;

в разработке конструкции и технологии производства желобов и оснастки;

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты позволяют:

использовать установленные закономерности процесса безнапорного гидротранспортирования пульпы для совершенствования методов расчета параметров гидротрасс;

расширить область применения безнапорного гидротранспорта на выработки с малым уклоном и вариацией формы профиля;

повысить надежность транспортирования пульпы за счет снижения риска забучивания;

снизить интенсивность образования мелких классов угля при гидротранспортировании;

увеличить срок эксплуатации желобов, исключив необходимость их полной замены из-за износа;

Реализация работы. Закономерности безнапорного

транспортирования пульпы используются институтом ВНИИгидроуголь

при разработке технических проектов гидроучастков и в учебном процессе на кафедре РПМ СибГГМА при курсовом и дипломном проектировании.

Желоба новой конструкции применяются на шахтах Кузбасса и объем их внедрения составляет более 2-х тыс. м. в год.

Апробация работы. Работа и ее отдельные этапы докладывались на: технических советах шахт АОУК «Прокопьевскуголь», «Кузнецкуголь», АООТ «Беловоуголь» (1994-1997 гг.), Всесоюзной научно-технической конференции по развитию гидравлической технологии добычи угля (г. Новокузнецк, 1992 г.), научном семинаре кафедры РПМ СибГГМА (г. Новокузнецк, 1997 г.), секциях Ученого Совета ВНИИгидроуголь (1993-1995 гг.), 3-й Международной научно-практической конференции «Перспективы развития горнодобывающей промышленности» (г. Новокузнецк, 1996 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 127 стр., в том числе: 20 рис., 12 табл., список литературы из 90 наименований и приложения.