Введение к работе
Актуальность работы. К концу 80-х годов в России в достаточно четкой форме сложились научные представления о техногенных образованиях, изложенных во многих трудах известных ученых (Н.А.Шило, М.И. Агошкова, Б.Н. Ласкорина, Л.А. Барского, К.Н. Трубецкого, В.Н. Уманец, М.Б. Никитина, В.Н. Емельянова и др.). Освоение техногенных месторождений началось еще до первых научных разработок и производство уже имеет достаточно большой опыт, который, к сожалению, без предварительных научных поисков, имеет немало просчетов и ошибок.
Проведенная в 1990-1995 годах институтом «ЦНИИэкономики и информатизации» инвентаризация отходов горно-обогатительного производства показала, что значительная часть складируемых на сегодня хвостов обогащения по содержанию основных металлов и попутных ценных компонентов пригодна для повторного обогащения. В них накоплено более 4 млрд. тонн, отходов обогащения, в т.ч.: медь- и никельсодержащих - 1,85 млрд. тонн, вольфрам- и молибденсодержащих -0,5 млрд. тонн, свинец-, цинк-, и оловосодержащих - 0,981 млрд. тонн, редких металлов - 0,172 млрд. тонн. По данным B.C. Шаповалова добыча золота из техногенных россыпей «Северовостокзолото» за 1986-89 гг. составила 14,9% от общей золотодобычи. Таким образом, разработка техногенных месторождений - составная и важнейшая часть малоотходной (ресурсосберегающей) технологии, достаточно экономически целесообразная на данном уровне развития техники и технологии. В полной мере вышеприведенная концепция относится и к редкометальным техногенным образованиям Вольногорского государственного ГМК. Сырьевой базой этого крупнейшего в СНГ предприятия длительный период служит Малышевское комплексное циркон-рутил-ильменитовое месторождение. С 1985 г в хвостохранилище предприятия, расположенное в одной из естественных балок, намыто примерно 30 млн. тонн хвостов редкометальных минералов. С 1990 года техногенное сырье разрабатывается земснарядом с производительностью 50 м3/час. В качестве основного оборудования применяют грунтонасос ГРК-400, которым ведут выемку из глубины до 5 метров, после чего пульпу транспортируют на 300 метров с геодезической отметкой +28 метров, для обогащения в мобильном комплексе. Получаемый черновой концентрат содержит 0,031% циркона, 0,03% ильменита, 0,14% рутила, 0,8% дистена. В настоящее время, в связи с переходом земснаряда на более глубоководные участки на предприятии остро встал вопрос о выемке техногенного сырья с глубины 12-И 6 метров, при часовой производительности 100 т/час.
Таким образом, основным направлением исследований является повышение эффективности подводной добычи техногенного сырья на основе совершенствования земснарядной технологии.
Цель работы. Разработка теоретических основ и практических методов интенсификации эжекторно-грунтонасосной выемки подводных, техногенных титан-циркониевых песков, основанных на управлении консистенцией всасывающих и напорных потоков гидросмеси.
Основная идея дк ссертации заключается в использовании эжекции как основного способа сгущения гидросмеси в напорной линии посредством формирования автомодельного режима пульпоприготовления во всасе грунтонасоса.
Основные задачи исследований:
анализ и обобщение опыта разработки техногенных месторождений, теории и практики эжектирования во всасывающей линии различных агрегатов;
аналитические исследования всасывающей способности различного грунтозаборного оборудования при увеличении глубины разработки;
- теоретическое обоснование совместной работы эжектора во
всасывающей линии грунтонасоса (ГРК-400) с определением их основных
рабочих параметров;
- обоснование распределения концентрации твердого в поперечном
сечении напорной линии грунтонасоса;
разработка методики расчета эжекторов кольцевого типа в условиях достаточно больших гидростатических напоров эжектируемых гидросмесей;
обоснование критерия оптимизации процесса эжектирования и разработка на его основе инженерной методики расчета совместной работы эжекторно-грунтонасосной установки.
Методы исследований. Для решения поставленных задач был использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ научных и практических данных по теории и практике эжектирования во всасывающей линии различных агрегатов. Теоретические исследования основаны на гидродинамике спутных потоков и математического моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились с использованием теории планирования экспериментов и методов статистической обработки их результатов.
Достоверность защищаемых научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, достаточной сходимостью их результатов, проверкой предложенных рекомендаций в производственных условиях.
Научная новизна результатов работы:
1. Обоснована аналитическая зависимость распределения
концентрации гидросмеси в поперечном сечении трубопровода в виде
критериев Фруда как для трубопровода, так и для перемещаемых в нем
частиц.
2. На основании теоретических и экспериментальных исследований
раскрыта физическая сущность расходно-напорной характеристики
эжектора, как геометрическое место точек начала срывной кавитации в
камере смешения.
-
Получен ряд экспериментальных характеристик эжектора кольцевого и центрального типов, позволивших вывести основные зависимости для расчета процесса всасывания и подъема в двух режимных вариантах: как собственно эжектора, так и эжекторной установки.
-
Обоснована предлагаемая схема эжекторно-грунтонасосной добычи как системы с наибольшим коэффициентом полезного действия, использующей остаточный напор рабочего потока.
-
Аналитически выявлено существование максимального кпд эжектора расходно-напорной характеристики и получены расчетные выражения для определения координат такого режима.
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность работы грунтонасоса с попутным сгущением гидросмеси, отвечающей требованиям охраны окружающей среды.
Практическая ценность. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили:
- разработать инженерный метод расчета трубчатых сгустителей для использования технологической воды из напорной линии грунтонасоса при подаче ее в насадку эжектора;
разработать методику расчета эжекторно-грунтонасосной установки (ГРК-400) для подводной выемки и транспортирования техногенных титано-циркониевых песков.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научной конференции преподавателей и аспирантов МГГА в 1994-1995 гг., на международной конференции «Новые достижения в науках о земле» в 1996г.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в рабочую документацию эжекторно-грунтонасосной (ГРК-400) установки и использованы в технологии подводной выемки редкометальных хвостов обогащения Вольногорского государственного ГМК акционерным предприятием «Цветмет».
Публикации. По теме диссертации опубликованы: пять печатных статей, в которых раскрывается основные теоретические положения и результаты проведенных исследований.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка литературы (147 наименований).
Содержит 146 машинописного текста, 15 таблиц, 31 рисунков, 4
приложений.