Введение к работе
Актуальность работы. Со времени применения в России первых центробежных вентиляторов и насосов (Л.А.Саблуков) и эрлифтной установки (В.Г.Шухов) горная механика в нашей стране получила значительное развитие. В горной промышленности в последние десятилетия в расчеты, конструирование гидроаэротранспортных установок и соответствующего оборудования внесли значительный вклад А.В. Докукин, А.С. Ильичев, А.О. Спнваковскнй, В.И. Геронтьев, А.Е. Омол-дырев, В.Ж. Арене, Г.П. Никонов, В.Г. Гейер, B.C. Пак, В.В. Пак, Ф.С. Клебанов, В.В. Трайнис, Н.Г. Логвинов, А.Н. Заря, В.И. Груба, B.C. Костанда, Г.М. Тимошенко, А.Д. Игнатьев, А.Я. Рогов, И.А. Кузьмич, Ю.Д. Красников, И.Г. Ищук, Л.Н. Кашпар, Н.Г. Картавый, Н.Г. Ма-лухин, Г.П. Герасименко, Д.П. Лобанов, В.В. Добровольский, А.Л. Кулешов, B.C. Маховиков, В.И. Ковалевская, В.Н. Покровская, СО. Сла-вутский, В.Ф. Хныкин, В.А. Татьков, Ю.В. Бубис, II.II. Еезуглов.
В современных условиях эксплуатация землесосных, вентиляторных и гидрозакладочпых установок связана с перерасходом энергии, воды и людских ресурсов. Для более эффективной эксплуатации установок и с целью достижения минимальной аварийности при их работе требуется научное обоснование режимов работы и метода расчета оптимальной производительности установок.
Для применения эрлнфтных установок при добыче стратегических элементов из полостей, образованных камуфяетными спецвзрьгаами, следует разработать соответствующий метод расчета.
Все более актуальной становится задача создания эффективного средства для подъема со дна океана конкреций с таким процентным содержанием кобальта, марганца, никеля и железа, которое не встречается ни в одном континентальном месторождении.
Наконец, в ряд актуальных необходимо было включить и задачу повышения эффективности' и разработки новых конструкций аэромн-KpoycTaHODOK, сочетающихся со шлемами для защиты органов дыхания рабочих от вредностей в производственной атмосфере и относящихся к средствам индивидуальной вентиляции. Тажим образом, опре-
делилась следующая проблема, решению которой посвящена настоящая диссертационная работа: повышение эффективности гидроаэротранс-портных установок на основе оптимизации режимов работы и новых способов их применения.
Цель работы. Разработка методов расчета, новых конструкций и способов применения гидроаэротранслортных установок для повышения их эффективности в горном производстве.
Идея работы. Повышение эффективности гндроаэротранспорт-ных установок достигается на основе широкомасштабных экспериментальных исследований, включая исследования искусственных вихрей, а также на выполнении аналитических исследований с применением для всех установок уравнений Бернулли л Дарси-Вейсбаха. При этом из основных параметров (напора, давления, производительности по твердому компоненту, расхода и плотности транспортируемой среды) особое внимание уделяется плотности.
Научная нопиэпа работы заключается:
в установлении зависимости изменения производительности землесосной установки от расхода гидросмеси;
в научном обосновании высокопроизводительного режима работы и в создании единого метода расчета экстремального значения производительности по твердому компоненту для землесосной, гидроэакла-дочной установки и океанского гидроподъемника, защищенного авторским свидетельством;
в разработке метода расчета эрлифтной установки для специфических условий:
в изучении искусственного вихря применительно к вентиляционным установкам вспомогательного проветривания, на основе чего предложен ряд новых способов их применения, защищенных семью авторскими свидетельствами, а также в разработке метода расчета внхре-обраэуюшего устройства;
в разработке научно-технической основы для создания новых конструкций мнкровентиляционных установок, сочетающихся со шлемами для защиты органов дыхания рабочих от вредностей и производственной атмосфере, защищенных тремя патентами и тремя авторскими свидетельствами.
Обоснозанпость и достоверность научных положении, выводов и рекомендаций. Научные положения, разработки, выводы, рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы удо-
влетворитедыюй сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях. В натурных и производственных условиях ис-пытывалнсь с участием автора пять землесосов под руководством проф.,докт.техн.наук А.Е.Смолдырева, внедрен на промплощадко А-1 гидропнематический комплекс, включавший две эрлифтныс установки; в шахтных условиях испытывались вентиляционные и микровентиляционные установки.
Научное значение работы заключается:
в определении зависимости изменения производительности по твердому компоненту от расхода гидросмеси для гидротранспортных установок;
в определении зависимости производительности расположенного в затопленной рассолом скважине эрлифтного снаряда от удельного расхода воздуха, геометрических параметров и коэффициентов потерь на трение и ускорение потока гидроаэросмеси;
в обосновании способов повышения эффективности вентиляционных установок местного проветривания с помощью искусственных вихрей на беструбном участке между забоем и всасом, при этом напорно-расходные и геометрические параметры пихреобраэующсго устройства определяются на основе уравнений Бернулли и Дарси-Вейсбаха и геометрической прогрессии;
в разработке научно-технической основы для создания новых конструкций микроустановок системы индивидуальной вентиляции.
Практическое значение работы заключается:
в использовании при разработке и внедрении гидропневматического комплекса с двумя эрлифтами на промплощадке А-1 при добыче стратегического сырья из полости, изготовленной спецвзрывом, расчетных и конструкторских предложений соискателя;
в разработке новой конструкции океанского гидроподъемника, новых схем вентиляционных установок и способов их применения на основе воздушного вихря, реализованных ПО "Кривбассруда", НГДУ "Арланнефть", ПГО "Глинозем", трестой "Макеевшахтострой";
в разработке новых конструкций ыикровеитиляционных установох, сочетающихся со шлемами для защиты органов дыхания рабочих от вредностей в производственной атмосфере и в использовании результатов разработки ВНИИГД, ВНИИ-1, МПО "Каучук", Балашейскии ГОКом.
Реализация результатов работы.
Результаты проведенных с участием автора испытаний землесосов использованы в ЦНИИС и в тресте "Трансгидромеханиэация". На тех же предприятиях использованы расчетные зависимости и рекомендации по режимам работы землесосных установок и оптимальному применению вакуумметрического и манометрического датчиков на автоматизированных земснарядах, а также результаты тарировки радио-актилных плотномеров ЛФТІЇ-1, ЛФТИ-2, ПЖР-120 и испытаний их на земснарядах.
Расчетные и конструкторские разработки использованы при успешном внедрении с участием автора гидропневматического комплекса с прдифтнымн установками на промплощадке А-1.
Способ проветривания тупиковой выработки (а.с.589422) использован в ПО "Кривбассруда".
Вентиляционный трубопровод (а.с. 505815) использован на предприятиях ПО "Глинозем" и НГДУ "Арланефть"; мпкровентнляционные установки использованы во ВШШГД и ВНИИ-1, на заводе АО "Одиссей РТИ-2" и Балашсйском ГОКе.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены ИГД им.А.А.С'кочинского, ВННГШпромтсхнологии, ЦНИИС, представлены в Академии горных наук, и Московской геологоразведочной академии, в Московском государственном горном университете, в Университете Дружбы народов им.П.Лумумбы; расчет эрлнфтнои установки был представлен в Донецком политехническом институте.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 43 работы, в том числе одна монография, разделы и нескольких книгах, а также 15 авторских свидетельств, нэ которых 4 патента.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и заключения, изложенных на 237 страницах машинописного текста, н содержит 84 рисунка, 25 таблиц, список использованной литературы из 142 названий па 14 страницах и 16 приложений на 25 страницах.
Научные положения, представленные к защите:
1. Определена по единому методу зависимость изменения производительности по твердому компоненту от расхода гидросмеси гндро-транспортцой установки трех тнпоа - землесосной, гидроэакладочной -и океанского гидроподъемника. Для этих установок вскрыта взаимосвязь между тремя параметрами: расходом и плотностью гидросмеси
и производительностью установки по твердому компоненту. Получены аналитические значения расхода гидросмеси и ее плотности, обеспечивающие экстремальную величину производительности установки в турбулентном режиме течения без слоя заиления в трубопроводе для грубодисперсных и без проявления структурных свойств для тонкодисперсных гидросмесей..
-
Аналитическая зависимость производительности эрлифтного, снабженного вихревой насадкой снаряда (предназначенного для подъема измельченного материала со дна образованной спецвзрывом полости через заполненную рассолом скважину) от удельного расхода воздуха определена для широкого диапазона коэффициента относительного погружения - на основе уравнений Бернулли и Дарси-Вейсбаха и интегрирования потерь давления на трение и противодавления, которое оказывает столб смеси в подъемной трубе. При этом учитываются потери давления иа ускорение потока гндроаэросмеси.
-
Повышение эффективности работы вентиляционной установки обеспечивается с помощью искусственного вихря. D результате длина зоны всасывания на продольной оси увеличивается в 5-10 раз при расходе воздуха на вихреобразовацие порядка 10% от расхода основного вентиляционного потока. При этом напорно-расходные и геометрические параметры воэдухозакручивающего устройства рассчитываются по разработанному методу с применением геометрической прогрессии, знаменателем которой является элементарный расход воздуха.
4. Установка, сочетающаяся со шлемом для защиты органов дыхания
рабочего, рассматривается в качестве индивидуальной мпкровентиля-
торной установки со специфической нагнетательной линией; при этом
повышение эффективности установки достигается посредством разра
ботанной научно-технической основы в виде следующих устройств:
выравнивающего в предлицевом пространстве давление, колебание которого обусловлено синусоидой дыхания человека;
усиливающего эффект Коанда и предотвращающего запотевание внутренней поверхности смотрового экрана;
фильтра многоразового использования;
регенерирующего устройстпа, позволяющего экстренно переходить с фильтрующего режима на изолирующий;
вихревой трубки Ранка, кондиционирующей по температуре воздух в предлицевом пространстве.