Исследование параметров гидромонитора ГД-300 для оптимизации технологических схем гидромониторноземлесосных комплексов

УДК 622.271.6

ЗЕМЛЕСОСНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Повышение категории трудности разработки вскрышных пород, разрабатываемых средствами гидромеханизации, определяет необходимость применения высоконапорных гидромониторных струй с большим расходом воды. На угольных разрезах Кузбасса в настоящее время применяются в основном гидромониторы ГМД-250М с насадками диаметром 100 и 110 мм, которые могут обеспечить расход воды на размыв породы до 2000 м3/ч. В этой связи были изготовлены и прошли испытания в Кузбассе гидромониторы ГД-300 и Т-521, рассчитанные на использование насадок диаметром 125^175 мм, что позволяет получить расход воды до 5000 м3/ч. Приведены результаты экспериментальных исследований нового гидромонитора ГД-300, по результатам которых установлена аналитическая зависимость обобщенного коэффициента сопротивления гидромонитора от диаметра применяемых насадок. Применение новых гидромониторов обеспечивает повышение производительности и эффективности гидромеханизации. Ключевые слова: разрезы Кузбасса, испытания гидромонитора ГД-300, обобщенный коэффициент сопротивления, параметры технологических схем.

С.И. Протасов, Д.А. Поклонов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОМОНИТОРА ГД-300 ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ГИДРОМОНИТОРНО-

Одной из основных причин сокращения объемов вскрышных пород, разрабатываемых средствами гидромеханизации, следует считать повышение категории трудности их разработки и, связанную с этим необходимость применения высоконапорных гидромониторных струй. На разрезах Кузбасса в настоящее время применяются в основном гидромониторы ГМД-250М с насадками диаметром 100 и 110 мм, которые могут обеспечить расход воды на размыв породы до 2000 м3/ч.

Обычно для обеспечения сезонных объемов разработки вскрышных пород применяют не менее двух рабочих гидромонитора, соединенных параллельно, или несколько отдельных

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 115-120. © 2016. С.И. Протасов, Д.А. Поклонов.

насосно-гидромониторных установок. В результате возрастает численность обслуживающего персонала, что естественно влияет на себестоимость разработки.

В этой связи были изготовлены и прошли испытания в Кузбассе гидромониторы ГД-300 (рис. 1), изготовленные ОАО «Завод Гидромаш» (на Кедровском разрезе) и Т-521 производства ООО «Юргинский Машзавод» (на Талдинском разрезе).

Они рассчитаны на использование насадок диаметром 125^175 мм, что позволяет получить расход воды до 5000 м3/ч в зависимости от напора. Результаты испытаний показали, что разработка пород такими гидромониторами будет более эффективной, по сравнению с гидромониторами ГМД-250М, а технико-экономические показатели работы гидромонитор-но-землесосных комплексов значительно улучшатся.

Как известно, основными эксплуатационными параметрами гидромониторов являются напор воды перед насадкой и ее расход, которые определяют режим его работы и взаимосвязаны между собой. При изменении напора воды на входе в гидромонитор меняется ее расход. Каждый гидромонитор может иметь бесконечное множество режимов работы в зависимости от напора, создаваемого на входе в него. Численные значения напора и расхода гидромонитора в конкретных условиях эксплуатации (при определенной насосной станции, создающей напор воды на входе в гидромонитор) отображают конкретный или действительный режим работы гидромонитора. При этом для каждой насадки имеется оптимальный напор, при котором удельный расход будет минимальным.

Рис. 1. Гидромонитор ГД-300 на разрезе «Кедровский» 116

Эксплуатационный расчет насосно-гидромониторных установок производится с целью определения действительных режимов работы насосов и гидромониторов. Для этого, в первую очередь, необходимо иметь напорную характеристику гидромонитора, которая представляет собой квадратичную параболу, проходящую через начало координат [1] и описывается зависимостью

H = R • Q2,

гм гм ^ ' 4 '

где Hш — суммарный расход удельной энергии при движении воды в гидромониторе, называемый его сопротивлением, м; Rrм — обобщенный коэффициент сопротивления гидромонитора, с2/м5; Q — расход воды через гидромонитор, м3/с.

В промышленных условиях Кедровского угольного разреза в процессе экспериментальных исследований были получены численные значения обобщенных коэффициентов сопротивления гидромониторов ГД-300 при различных диаметрах используемых насадок. В процессе экспериментальных исследований напорных характеристик во время испытаний устанавливались насадки диаметром 118, 125, 140 и 160 мм. Были получены значения обобщенных коэффициентов сопротивления Rгм составили соответственно 518, 399, 276,5 и 168,5 и установлена аналитическая зависимость изменения обобщенного коэффициента сопротивления гидромонитора ГД-300 от диаметра применяемых насадок [2] (рис. 2).

Обработка экспериментальных данных позволила установить численное значение эмпирического коэффициента k, которое оказалось равным 0,10, и расчетную формулу

Рис. 2. Зависимость изменения обобщенного коэффициента сопротивления гидромонитора ГД-300 от диаметра применяемых насадок

= 0,10 С4

Достоверность расчета по установленной полуэмпирической зависимости характеризуется величиной относительной ошибки 3,82%, среднеквадратическое отклонение — 10,31%, а коэффициент вариации всего 3,0%, что вполне удовлетворительно для расчетов такого рода [3].

Параметры технологических схем гидромониторно-землесосного комплекса с гидромонитором ГД-300 для условий разреза «Краснобродский»

№ п/п Наименование технологического параметра Ед. измерения Обозначение и величина

1 Действительный напор, развиваемый гидромонитором м. вод. ст. Н = 159,7 д '

2 Часовая производительность забойной гидротранспортной установки по гидросмеси по твердому м3/ч Q = 540

3 Сезонная производительность гидроустановки (участка) тыс. м3/год 2070

4 Высота разрабатываемого уступа м h = 20

5 Коэффициент приближения гидромонитора к забою - s = 0,4

6 Безопасное расстояние от гидромонитора до забоя м l . = 8 min

7 Шаг передвижки гидромонитора м S = 21

8 Длина рабочего участка струи гидромонитора м L = 3 7 p

9 Ширина заходки гидромонитора м А = 46

10 Ширина разрабатываемого блока м l = 230

11 Длина блока, разрабатываемого на одно положение забойного зумпфа м L = 460

12 Глубина забойного зумпфа м h = 6

13 Ширина и длина забойного зумпфа (не менее) м а « b = 5

14 Суммарная длина фронта, отрабатываемая за сезон одной гидротранспортной установкой м L = 900

15 Скорость подвигания фронта работ на гидроучастке м/сезон уф = 230

Анализ действительных режимов работы оборудования на-сосно-гидромониторной начинается с выбора насадок [4, 6]. Теперь, помимо напорных характеристик насосов и трубопроводов, мы имеем и напорную характеристику гидромонитора.

Если параметры, характеризующие режим работы оборудования насосно-гидромониторной установки, не удовлетворяют каким-либо требованиям, предъявляемым к ним, то выбор насадок надо скорректировать, увеличивая или уменьшая их диаметры.

В том случае, когда с помощью изменения диаметра насадок невозможно получить желаемый режим работы гидромониторов, то необходимо изменять структуру насосных станций, то есть нужно применять другие типы насосов или их количество в последовательном и параллельном соединении [5, 7].

Установленная зависимость позволила рассчитать основные параметры технологической схемы отработки забоя гидромонитором ГД-300, а, учитывая величину сезонной производительности 2070 тыс. м3/год, параметры блока, их количество и скорость подвигания фронта горных работ за сезон. Рекомендуемые для условий разреза «Краснобродский» параметры технологических схем гидромониторно-землесосного комплекса с гидромонитором ГД-300 приведены в таблице.

В условиях работы гидромониторно-землесосного комплекса разреза «Краснобродский» (Новосергеевское поле, участок «Раз-ген»), замена двух гидромониторов ГМД-250М с насадками 110 мм на один ГД-300 с насадкой 160 мм, как показали расчеты, обеспечит сокращение объема инвестиций на 3502,18 тыс. руб. и уменьшение годовых эксплуатационных расходов на 2090,09 тыс. руб.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шелоганов В.И., Павленко Г.В. Экспериментальные исследования характеристик гидромонитора ГМД-250М // Горный журнал. Известия вузов. - 1995. - № 1. - С. 71-74.

2. Поклонов Д. А. Экспериментальное исследование напорных характеристик гидромонитора ГД-300 // Маркшейдерия и недропользование. - 2013. - № 5(67). - С. 51-53.

3. Мазмишвили А. И. Способ наименьших квадратов. - М.: Недра, 1968. - 440 с.

4. Шелоганов В. И., Кононенко Е. А. Насосные установки гидромеханизации. Учебное пособие. - М.: МГГУ, 1999.

5. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - М.: Недра, 1982.

6. Поклонов Д. А., Литвин Ю. И., Протасов С. И. Определение необходимых диаметров насадок гидромониторов с учетом режима работы насосной станции // Вестник КузГТУ. - 2012. - № 4. - С. 52-55.

7. Протасов С. И., Поклонов Д. А. Гидрокомплексы угольных разрезов Кузбасса // Маркшейдерия и недропользование. — 2013. — № 1(63). — С. 19-21. [¡233

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Протасов Сергей Иванович1 — кандидат технических наук, профессор, директор НФ «КУЗБАСС-НИИОГР», e-mail: protasov@kuzbass-niiogr.ru, Поклонов Даниил Анатольевич1 — аспирант, горный инженер, e-mail: psi.rmpio@kuzstu.ru,

1 Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева (КузГТУ).

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 115-120. S.I. Protasov, D.A. Poklonov

RESEARCH OF PARAMETERS OF WATER JET GD-300 FOR OPTIMIZATION TECHNOLOGICAL SCHEMES OF JETTING-DREDGE COMPLEXES

The upgrading of the difficulty of development of overburden developed by dredging, determine the necessity of using high-pressure water jet streams with large water consumption. On Kuzbass coal mines at present, mainly used in the water jets MIG-250M with nozzles with a diameter of 100 and 110 mm, which can ensure the water flow on the erosion of rocks up to 2000 m3/h. In this regard, were manufactured and tested in Kuzbass hydromonitors DG-300 and T-521 they are designed to use nozzles with a diameter of 125^175 mm, which allows to obtain flow rates up to 5000 m3/h. The results of experimental studies of a new giant DG-300, which resulted in an analytical dependence of the generalized coefficient of resistance of the giant diameter of the used nozzles. The application of the new jetting improves performance and efficiency of dredging.

Key words: cuts of Kuzbass, testing jetting DG-300, the generalized coefficient of resistance, parameters of technological schemes.

AUTHORS

Protasov S.I.1, Candidate of Technical Sciences, Professor,

Director, KUZBASS-NIIOGR, Kemerovo, Russia, e-mail: protasov@kuzbass-niiogr.ru, Poklonov D.A.1, Graduate Student, Mining Engineer, e-mail: psi.rmpio@kuzstu.ru, 1 T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical Universitu

REFERENCES

1. Sheloganov V. I., Pavlenko G. V. Gornyy zhurnal. Izvestiya vuzov. 1995, no 1, pp. 71—74.

2. noklonov D. A. Marksheyderiya i nedropol'zovanie. 2013, no 5(67), pp. 51—53.

3. Mazmishvili A. I. Sposob naimen'shikh kvadratov (Method of least squares), Moscow, Nedra, 1968, 440 p.

4. Sheloganov V. I., Kononenko E. A. Nasosnye ustanovkigidromekhanizatsii. Ucheb-noe posobie (Pumping plant dredging. Educational aid), Moscow, MGGU, 1999.

5. Tipovye tekhnologicheskie skhemy vedeniya gornykh rabot na ugol'nykh razrez,akh (Typical technological scheme of mining at the coal minesх), Moscow, Nedra, 1982.

6. Poklonov D. A., Litvin Yu. I., Protasov S. I. VestnikKuzGTU. 2012, no 4, pp. 52—55.

7. Protasov S. I., Poklonov D. A. Marksheyderiya i nedropol'zovanie. 2013, no 1(63), pp. 19—21.

UDC 622.271.6