Введение к работе
Актуальность работы В условиях перехода страны на рыночные отношения с одновременным соблюдением эколого-социально-экономических требований к производству - научное обоснование и широкое внедрение нетрадиционных способов отработки железосодержащих массивов в сложных горно-геологических условиях представляет важную государственную задачу.
Анализ состояния железорудной базы черной металлургии России показывает, что обеспечение ее железорудным сырьем в ближайшей перспективе может столюгуться со значительными трудностями, связанными как с недостатком средств на поддержание существующего уровня добычи, так и с их увеличением в связи с ухудшением условий разработки месторождений. Кроме этого, затраты на добычу и подготовку металлургического сырья, в силу природных особенностей разрабатываемых в стране месторождений в 1,5+2 раза превышает затраты основных рудодобывающих стран: Австралии, Бразилии, Швеции, Индии и пр. Эти страны, формирующие цены мирового рынка на железорудное сырье, разрабатывают месторождения с лучшими, чем в России, горно-геологическими условиями. Так, содержание железа в рудах в 1,7 раза выше, а коэффициент вскрыши в 4 раза ниже. Как на стадии добычи, так и на стадии обогащения, российские руды требуют значительно больших затрат, что определяет низкую конкурентоспособность российской железорудной продукции на мировом рынке.
В то же время, на территории КМА имеется более 60 млрд. тонн запасов и ресурсов богатой железной руды с содержанием железа более 60%. Разработка месторождений богатых железных руд из-за сложных горногидрогеологических условий залегания неэффективна. Предпринимаются попытки оценить целесообразность отработки таких месторождений способом гидротехнологий, в том числе и скважинной гидротехнологии, что позволит получить высококачественную, конкурентоспособную руду с содержанием железа более 67%.
В связи с этим, обоснование параметров технологии и процесса гидроразрушения железосодержащих разуплотненных руд является актуальной задачей исследования.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является научно-геотехнологическое обоснование повышения эффективности процессов гидроразмыва при СГД на различных стадиях освоения разуплотненных железосодержащих руд КМА. <
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в обосновании эффективного процесса струеформирования при разрушении массива разуплотненных железосодержащих руд.
Основные задачи исследований На основе выполненных теоретических обобщений, анализа литературных и фондовых материалов по
разработке и перспективам развития метода СГД, автором сформулированы следующие задачи исследований:
обоснование критерия оценки качества гидромониторной струи;
обоснование общей структурной аналогии динамики развития струйных потоков;
исследование и аналитическое обоснование физической сущности коэффициента структуры гидромониторной струи;
исследование струеформирующих устройств при формировании струй с повышенной разрушающей способностью;
исследование разрушающей способности гидромониторной струи с внешним струеформированием;
исследование технологических возможностей эрлифтного подъема;
разработка рациональных технологических схем гидродобычи разуплотненных железосодержащих массивов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, включающий: обобщение и анализ библиографических и патентных материалов мирового опыта СГД различных видов полезных ископаемых, а также фондовых документов; анализ физических процессов при струеформировании и гидроразрушении горного массива; аналитическое обоснование методов оптимизации управления качеством руды - сравнение полученных экспериментальных данных с результатами аналитических исследований.
Основные защищаемые научные положения:
-
Формирование струйных потоков определяется общей структурной закономерностью с учетом формы канала и динамики развития напорного течения.
-
Повышение производительности гидроразмыва разуплотненного железосодержащего массива достигается за счет: перемещения процесса струеформирования из области ствола гидромонитора к месту вылета струи из насадки; самоэжекции атмосферного воздуха по оси струи; самоэжекции раствора поверхностно-активных веществ или абразивных материалов в область вылета струи из насадки.
-
Величина оптимальных удельных энергозатрат на гидроподъем в процессе эрлифтирования определяется взаимосвязанными параметрами длины и диаметра эрлифта, плотностью гидросмеси, объемов расхода газа и жидкости, а также длиной линии всасывания и нагнетания.
Научная новизна результатов работы:
-
Установлено, что движение струи в канале, стенками которого является граница раздела фаз (вещества струи и окружающей среды) аналогично равномерному турбулентному напорному течению потока в трубах.
-
Установлено, что отличительной способностью распространения турбулентных свободных струй является идентичность роста пограничного
слоя, как у твердой границы, так и у границы раздела двух разноплотностных потоков (в частности, вода - воздух).
-
Аналитически установлено, что структура зависимости изменения средней или осевой скорости для затопленной струи подобны и отличаются только константой.
-
Анализ исследований по струеформированию показал, что основные формулы и выражения, описывающие изменение скорости по длине струи могут быть приведены и представлены единой структурной формой.
-
Опытно-аналитически установлено, что степень искривления гидромониторной струи зависит от длины струи, диаметра насадки и давления истечения. Причем, для средненапорных струй (давлением до 60 ат и длиной до (н-8 м) величина вертикального смещения ее оси пренебрежимо мала.
6. Численно-аналитический анализ показывает, что поскольку
искривление гидромониторных струй среднего давления незначительно, то это
обстоятельство позволяет с удовлетворительной степенью практической
достоверности рассматривать процесс распространения гидромониторной
струи как струйный поток линейного расширения и аналитически описать
процесс струеформирования.
-
Аналитически установлено, что коэффициент турбулентной структуры физически представляет собой суммарный коэффициент сопротивления струи: вязкостного и турбулентного.
-
Экспериментально подтверждено, что самоэжекция атмосферного воздуха через воздушную трубку по оси струи является наиболее эффективным способом управления струеформированием.
Достоверность защищаемых научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждается изучением статистического материала; достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований струйных течений и процесса разрушения горного массива в опытно-промышленных условиях; удовлетворительной сходимостью результатов моделирования, экспериментальных и аналитических исследований с результатами натурных испытаний (расхождение"составило не более 10%).
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА состоит в получении, обобщении и критическом анализе данных процессов СГД различных полезных ископаемых, тенденциях развитая и вопросах его научно-технического обеспечения; проверке адекватности предлагаемых физико-математических моделей процесса струеформирования.
Практическая ценность: заключается в разработке вариантов и обосновании параметров технологии добычи разуплотненных железосодержащих руд гидромонитором с повышенной разрушающей способностью, позволяющим повысить производительность добычи в 1,3+1,5 раза.
Реализация результатов работы. Работа выполнена в рамках Стратегии развития металлургической промышленности Российской Федерации до 2015г.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на технических советах участка СГД Гостищевского месторождения, института ВИОГЕМ (г. Белгород), на научных конференциях Российского государственного геологоразведочного университета имени Серго Орджоникидзе и Российского государственного горного университета.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения и результаты проведенных исследований.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ
