Скважинная гидротехнология как экологически чистая технология добычи земных недр. Проблема освоения месторождений алмазов Русского Севера. Гидродинамическая модель установки для гидродобычи. Исследование течения гидросмеси в напорном трубопроводе.
Аннотация к работе
Министерство образования и науки Российской Федерации Технический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.В связи с тем, что на территории России в настоящее время практически не ведутся геологоразведочные работы по выявлению новых месторождений, существенный прирост добычи минерального сырья может быть обеспечен за счет промышленного освоения уже разведанных запасов, залегающих на значительных глубинах, путем перехода на подземную безлюдную гидравлическую добычу погребенных залежей при активном использовании новейших достижений горной науки и техники (СГТ - скважинную гидротехнологию). Тупицыным был предложен способ скважинной гидродобычи (СГД) - один из вариантов СГТ, в результате использования которого, через скважины на поверхность земли поступают разрушенные на месте залегания горные породы и руды в виде гидросмеси. С 1987 г. с началом конверсии уранодобывающей промышленности началось интенсивное использование новой технологии на предприятиях геологоразведочной отрасли, прежде всего для извлечения технологических проб объемом от сотен килограмм до нескольких тысяч тонн, позволяющих повысить достоверность геологоразведочных данных, отказавшись от проходки дорогостоящих разведочных шахт, шурфов, штолен, а также карьеров. Технология СГД прошла успешное опытно-промышленное опробование при добыче богатых железных руд КМА, что позволяет надеяться на революционное изменение всей структуры черной металлургии России и переход от устаревшего доменного производства на прямое восстановление руда-сталь. Россыпное золото в Якутии, урано-фосфорные руды в Казахстане, угли в Приморье и Казахстане, алмазы в Архангельской области, фосфориты на Украине и в Кировской области, кварцевые пески в СФРЮ - далеко неполный перечень полезных ископаемых, на которых была испытана технология СГД.Гидроэлеватор отличается малогабаритностью, а также тем, что обеспечивающее его работу насосное оборудование может размещаться на дневной поверхности. Гидроэлеватор обычно состоит из конфузора, сопла, камеры смешения и диффузора (рис.1). Через сопло в гидроэлеватор подается рабочая жидкость, а через конфузор - транспортируемая, обе эти жидкости смешиваются в камере смешения. Гидроэлеватор в зависимости от его геометрических параметров обычно характеризуется модулем и относительной длиной камеры смешения, выраженной в собственных калибрах или в калибрах сопла гидроэлеватора: Рис. Если известна зависимость КПД (h) гидроэлеватора от его основных параметров и коэффициента эжекции, то напор, развиваемый гидроэлеватором, можно рассчитать по подаче и напору подключенного к нему центробежного насоса по зависимости: , (1.6) где - полный напор гидроэлеватора;Для исследования условия захвата частиц ценного компонента потоком смеси во всасывающий трубопровод гидроэлеватора рассмотрим движение двухфазной смеси «жидкость твердые частицы» в вертикальном трубопроводе. При этом, под твердыми частицами будем понимать частицы ценного компонента, скорость скольжения которых в потоке существенна, а под жидкостью - пульпу, образованную из воды и частиц породных компонентов, которые полностью увлекаются потоком Из уравнения баланса сил, действующих на пульпу на участке трубопровода , получим выражение для градиента давления в таком виде: , (2.1) где - давление жидкости; Для одиночной твердой частицы, которую подымает поток в трубопроводе, баланс сил запишется в следующем виде: , (2.2) где - диаметр частиц ценного компонента; При неподвижной жидкости, в случае, когда диаметр трубопровода значительно больше диаметра частиц, градиент давления жидкости является градиентом гидродинамического давления: , (2.3) в этом случае уравнение может быть записано в виде Для определения относительной скорости твердых частиц при движении в трубопроводе разрешим уравнение относительно градиента давления жидкостиСогласно наличие твердых частиц в вертикальном потоке жидкости в трубе оказывает двоякое воздействие на течение: с одной стороны, они увеличивают потери напора за счет столкновения между собой и со стенками трубы, а с другой стороны, уменьшают потери напора за счет снижения интенсивности турбулентности потока. При этом наиболее сильно на турбулентные пульсации потока гидросмеси будут оказывать частицы, которые практически полностью увлекаются потоком и для которых величина пульсации скорости сравнима с пульсацией скорости жидкой фазы. Для исследования влияния пульсаций скоростей жидкости и твердых частиц на потери напора при течении пульпы в трубах рассмотрим стационарное осредненное течение несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе радиуса R длиной dx с текущим радиусом r. На основании принципа суперпозиции напряжение турбулентного трения для гидросмеси в целом будет определяться по формуле: , (3.6) где - напряжение турбулентного трения в гидросмеси. Таким образом, отношение напряжения трения для пульпы (3.