в напорный трубопровод 10.

потока 7, гасящие турбулентные вихри. В иижией части камер предусмотрены рассекатели потока 6. Производительность за- грузочно-перекачных аппаратов по пульпе достигает 800 м3/ч.

Для низконапорных гидротранспортных установок, а также для установок, применяющихся для очистки зумпфов, промывки трубопроводов и других вспомогательных операций используют гидроэлеваторы.

Гидроэлеватор (рис. 22.6) состоит из корпуса 2, горловины 3, насадки 1 и загрузочного патрубка 4, через который засасыва­ ется пульпа. В насадку 3 под большим напором подается вода. Струя, выходящая из насадки, создает внутри корпуса вакуум, благодаря которому происходит засасывание пульпы, а в пуль­ попроводе создается напор. Достоинством гидроэлеватора явля­ ются его конструктивная простота, обеспечение непрерывной по­ дачи пульпы, нечувствительность к попаданию внутрь гидроэле­ ватора воздуха, способность транспортировать сравнительно крупные фракции материала. Однако гидроэлеваторы имеют весьма низкий к.п.д. (0,2—0,3). В отдельных случаях их приме­ няют для подъема мелкого угля по шахтным стволам, а также для подачи измельченных концентратов руд цветных металлов на горно-обогатительных комбинатах.

22.3. Оборудование пневмотранспортных установок

Пневмотранспортные установки широкого распространения не получили, однако могут использоваться для транспорта мелко­ кусковых и пылевидных горных пород и руд на внутрифабричных транспортных коммуникациях. В мировой практике имеют место примеры использования пневмотранспортных установок для подъема измельченной горной массы из шахты на поверх­ ность. Наиболее широко используют пневмотранспортные уста­ новки для доставки закладочных пород.

Различают пневмотранспортные установки всасывающие (рис. 22.7, а), нагнетательные (рис. 22.7, б) и всасывающенагнетательные (рис. 22.7, в). В зависимости от условий экс­ плуатации пневмотранспортные установки выполняют стацио­ нарными и передвижными. Производительность стационарных установок достигает 125 м3/ч дробленых пород при длине транс­ портирования до 1500 м. Производительность передвижных ус­ тановок до 40 м3/ч при длине транспортирования до 400 м.

в

Материал

Достоинства и недостатки пневмотранспортных установок те же, что и у гидротранспортных.

Основными элементами пневмотранспортных установок яв­ ляются: трубопроводы, воздуходувки или компрессоры, закла­ дочные машины и отделители. Для трубопроводов применяют чугунные или стальные цельнотянутые трубы диаметром 50— 250 мм. Так как при пневмотранспорте перемещение груза про­ исходит с весьма высокими (до 10—20 м/с) скоростями и сопро­ вождается интенсивным изнашиванием труб, то используют тол­ стостенные (до 12 мм) трубы, особенно при транспортировании абразивных материалов.

Для повышения долговечности, особенно на поворотах, внут­ ренние стенки труб иногда футеруют вкладышами из базальта или сменными пластинами из твердой стали.

Для создания разности давления в трубопроводе в установ­ ках низкого давления (до 3 • 105 Па) нагнетательного типа или разрежения (до 0,5 • 105 Па) в установках всасывающего типа применяют воздуходувки, а для нагнетательных установок сред­ него и высокого давления (от 3-105 до 7 • 105 Па) используют компрессоры. Иногда пневмотранспортные установки подклю­ чают к шахтной воздушной магистрали.

Питатели или, как их принято называть, закладочные ма­ шины предназначены для загрузки трубопроводов транспорти­ руемым грузом. Применяют закладочные машины цикличного и непрерывного действия.

Закладочные машины цикличного действия основаны на принципе шлюзования груза при передаче его из загрузочной камеры в камеру высокого давления. В напорный трубопровод груз подается с помощью лопастного питателя.

Разработано несколько конструкций питателей барабанного типа, в которых транспортируемый груз из загрузочной воронки попадает в ячейки вращающегося барабана и при сообщении ячеек с напорным трубопроводом груз из них выдувается сжа­ тым воздухом, благодаря чему осуществляется практически не­ прерывная подача груза.

Недостатком машин барабанного типа по сравнению с ка­ мерными является повышенный расход воздуха вследствие уте­ чек через неплотности между вращающимся барабаном и кор­ пусом машины.

Для пневмотранспорта малоабразивных пылевидных грузов в установках напорного типа среднего и высокого давления ис­ пользуют шнековые питатели (винтовые насосы). Основным эле­ ментом питателя этого типа является шнек с переменным ша­ гом, благодаря чему транспортируемый груз уплотняется при выходе из шнека и создает герметизирующую пробку.

Отделители (разгрузочные устройства) представляют собой камеру большого объема с площадью поперечного сечения, в 50—150 раз превышающую площадь поперечного сечения тру­ бопровода, благодаря чему при выходе груза в отделитель ско­ рость воздушной струи падает до 0,2—0,8 м/с, и груз осажда­ ется на дно отделителя, откуда выгружается барабанным пита­ телем, встроенным в днище отделителя.

В последнее время ведутся работы по созданию пневмоконтейнерных транспортных установок, в которых груз перемеща­ ется в вагонетках, помещенных в трубу диаметром около 1,5 м. Вагонетки имеют кольцевые манжеты и как поршни передвига­ ются по трубе под действием сжатого воздуха со скоростью до 40—60 км/ч. На концевых участках трубопровода вагонетки вы­ ходят через шлюзовые устройства для загрузки и разгрузки.

Недостатком пневмотранспортных установок является слож­ ность выполнения концевых операций, что является фактором, ограничивающим их производительность.

22.4. Оборудование для закладки выработанного пространства

В последнее время все большее распространение получают си­ стемы разработок полезных ископаемых подземным способом с закладкой выработанного пространства.

Комплекс оборудования для выполнения закладочных работ в зависимости от принятой технологии может включать в себя

устройства для приготовления закладочных материалов (дро­ билки, грохоты, смесительные устройства и др.), транспортное оборудование для доставки закладочных материалов к месту возведения закладки и, наконец, закладочное оборудование, предназначенное для производства закладочного массива.

В настоящее время наиболее распространенными видами за­ кладки являются самотечная, гидравлическая и пневмати­ ческая.

Самотечную закладку применяют на угольных месторожде­ ниях с крутыми пластами при разработке системой длинными столбами по простиранию, сплошной системой и наклонными слоями.

В горнорудной промышленности самотечную закладку при­ меняют при разработке рудных тел наклонными слоями и си­ стемой с открытым выработанным пространством и последую­ щим заполнением камер.

При самотечной закладке для подачи закладочного мате­ риала в выработанное пространство используют желоба, уста­ новленные под углом 28—30°, или трубы — под углом 18—24°. Трубы применяют диаметром 200—300 мм с износостойкой внутренней поверхностью. При недостаточном наклоне трубо­ проводов материал побуждают к движению сжатым воздухом, который подводят гибкими рукавами и специальными пневмати­ ческими муфтами с соплами.

Гидравлическую и пневматическую закладку применяют при разработке угольных и рудных месторождений любыми си­ стемами.

Преимуществом гидравлической закладки по сравнению с другими видами закладки является высокая плотность закла­ дочного массива.

При гидравлическом способе возведения закладки гидро­ смесь обычно приготовляют на поверхности шахты и затем по трубам доставляют к месту возведения закладочного мас­ сива.

Гидросмесь приготавливают с помощью смесительного уст­ ройства, которое состоит из лотка, приемной воронки с кон­ трольной решеткой для ограничения прохода крупных фракций закладочного материала и гидромонитора (насадки) для смыва материала с лотка. Гидросмесь поступает в воронку, располо­ женную в верхней части вертикального става трубопровода. Иногда для лучшего перемешивания гидросмеси после лотка ус­ танавливают специальные смесительные воронки.

Для поддержания необходимой консистенции гидросмеси применяют более сложные смесительные устройства, состоящие из бункера, питателя, лотка, смесительной воронки, насадок для подачи воды.

Если в качестве закладочного материала используют отходы от обогатительных фабрик, то смешивание твердых частиц с во­ дой и частичное обезвоживание гидросмеси до необходимой кон­ систенции производят в специальных чанах (агитаторах) с ло­ пастными мешалками (импеллерами), а затем приготовленную смесь подают в закладочный трубопровод песковым насосом. При подаче материала в выработанное пространство применяют сгустительные насадки, с помощью которых гидросмесь частично (до 40 %) обезвоживают.

В последнее время получает распространение закладка вы­ работанного пространства твердеющими материалами, которые приготовляют из смеси гранулированных шлаков или хвостов обогащения некоторых руд с песком, глиной или небольшим ко­ личеством низкосортного цемента. С водой указанную смесь пе­ ремешивают в специальных смесителях лопастного типа, откуда

по трубам самотеком или под давлением она поступает в выра­ ботанное пространство.

Пневмозакладочные комплексы могут быть со стационарной закладочной машиной, которую устанавливают на поверхности или под породоспускными устройствами. При этом закладочный трубопровод имеет большую длину. В таких схемах обычно ис­ пользуют камерные закладочные машины (рис. 22.8).

В пневмозакладочных передвижных комплексах используют закладочные машины барабанного типа, располагаемые вблизи или непосредственно в месте возведения закладочного массива

(рис. 22.9).

Разработаны и испытаны закладочные машины непрерыв­ ного действия, работающие по принципу гидроэлеватора.

22.5. Гидро-, пневмотранспортные и закладочные комплексы

Комплексы трубопроводного транспорта применяют на уголь­ ных шахтах. Схема гидротранспортного комплекса угольной шахты приведена на рис. 22.10. Насосом 1 вода подается к гид-

Рис. 22.10. Схема гидротраиспортного комплекса угольной шахты

ромонитору, который разрушает угольный пласт. Вода смывает

сводой собираются в пульпосборнике 5, а крупные поступают

вдробилку, откуда также направляются в пульпосборник. Гид­ роподъем осуществляется с помощью пульпонасоса 4.

При применении гидромеханизации на рудных шахтах гид­ ротранспортные комплексы состоят из тех же элементов, однако при твердых породах и рудах вместо гидроотбойки применяют буровзрывную отбойку.

Наибольшее распространение гидротранспортные комплексы получили для закладки выработанного пространства. На рис. 22.11 приведена технологическая схема гидрозакладочного комплекса. Закладочный материал разгружается в бункер /, от­ куда питателем 2 подается в смесительное устройство 3, в ко­ торое поступает вода от насосной станции 4. Из смесительного устройства пульпа поступает в трубопровод 5, а затем по гори­

дится конвейерным или локомотивным транспор­ том, а далее с помощью напорного гидрозакла­ дочного комплекса мате­ риал забрасывается в вы­ работанное простран­ ство.

тановку 6, от которой гидросмесь по трубопроводу 7 диаметром

лельно трубопроводу 7 проложена труба 3 диметром 500 мм, по которой подается цементный раствор. Приготовление рас­ твора производится на поверхности, для чего установлен силос 1 с цементом и смесительная установка на автомашине 2. Це­ ментный раствор подводится по трубе, вставленной в подаю­ щую под углом 35°, где смешивается с обезвоженной гидро­ смесью и подается в выработанное пространство.

Опыты показывают, что значения критической скорости за­ висят не только от свойств перемещаемых пород, но и от диа­ метра трубопровода (табл. 22.2).

Так как надежное перемещение частиц материала в жидкой среде осуществляется только в турбулентном потоке жидкости, то необходимо выполнить проверку турбулентности потока

транспортной установки, увеличивая скорость пульпы или сни­ жая ее концентрацию.

Затем определяют необходимый напор, который должен со­ здавать насос или пульпонасос. Полный напор Нп (м) при из­ вестной разности высот конечных отметок трубопровода и за­ данной длине определяют по формуле

уп — плотность пульпы, т/м3 (см. 9.3); I —длина трубопровода, м; «о —удельные потери напора от шероховатостей стенок тру­ бопровода, м/м; i„ — потери напора из-за местных сопротивле­ ний на криволинейных участках, в задвижках и др., м/м; Явс —

того, что io — hrpll, перепишем

где d — средний приведенный диаметр частицы груза, м. Удельные потери из-за местных сопротивлений определяют

по формуле (9.11), а в приближенных расчетах можно прини­ мать г'м = 0,105—0,11.

По полученным в результате расчета Vn и Нп подбирают по каталогам насос или пульпонасос. При необходимости созда­ ния высоких напоров принципиально возможна последователь­ ная установка пульпонасосов, а при больших производительно­

с целью определения скорости движения пульпы [см. выраже­ ние (9.9)] или минимального уклона, при котором происходит смыв частиц транспортируемого груза.

В табл. 22.3 приведены рекомендуемые значения уклонов (i= tgp, где р —угол наклона желоба, град), при которых дви­ жение пульпы происходит со скоростью, близкой к критиче­ ской ЦКр.

При расчете пневмотранспортных установок для заданной про­ изводительности по массе QT, (т/ч) и удельному объемному расходу воздуха определяют необходимую производительность воздуходувки или компрессора

Для обеспечения надежного перемещения частиц транспор­ тируемого груза скорость воздуха принимают в 1,5—2 раза больше скорости витания г/Шгг, т. е. скорости восходящего по­ тока воздуха, при которой частица материала данной крупно-

сти не падает и не поднимается вверх. Скорость витания опре­

Для обеспечения необходимой скорости воздуха в трубопро­ воде, равной о= (1,5-s-2)«вит (м/с) диаметр трубопровода D (м) должен удовлетворять условию

D л/ W J TIV. (22.15)

Кроме того, диаметр трубопроводапроверяютпо кусковатости

D > (2 + 3) (22.16)

Полное падение давления при движении аэросмеси по тру­ бопроводу складывается из следующих величин:

падение давления от сопротивления движению по трубопроводу чистого воздуха, Па; Д/?тр— падение давления вследствие тре­ ния частиц груза о стенки трубопровода, Па; Арп— потери дав­

воду чистого воздуха; можно определить по эмпирической фор­ муле Я= (2ч-2,5) • 103р; примерно А, = 0,02—0,016; QB=1/BYB103 расход воздуха по массе, кг/с; Lnp — приведенная длина трубо­ провода, учитывающая эквивалентную длину колен, м; Lnp = = £тр + Е£экв, где L-tp — длина трубопровода, м.

Ниже приведены значения ^экв в зависимости от угла пово­ рота трубопровода:

Падение давления ДрТр (Па) от трения частиц груза о стенки трубопровода можно определить по эмпирической формуле

Дртр = Дрв (1 + и*),

ДРв = (1 + р)у;яю.

где у'в — плотность воздуха, соответствующая среднему давле­ нию в трубопроводе, кг/м3.

Динамические потери Дрдин (Па) давления определяют из выражения

ДРднв — £ - т; (1 + 0,64ц) Ю.

2g

По найденным значениям VB и Р подбирают по каталогам воздуходувку или компрессор.

22.7. Автоматизация и эксплуатация

Аппаратура автоматизации должна обеспечивать:

длительную нормальную работу всех элементов транспорт­ ной установки и поддержание оптимального режима транспор­ тирования;

автоматизированный пуск всех элементов транспортной установки с предварительной их подготовкой к пуску;

дистанционный контроль состояния всех элементов уста­ новки;

защиту всех агрегатов в случае нарушения нормального ре­ жима работы установки.

На рис. 22.14 показана схема расположения датчиков и контрольно-измерительной аппаратуры гидроподъемной уста­ новки с пульпонасосом, при которой осуществляется дистан­ ционный пуск установки, контроль за состоянием ее элементов и автоматическая остановка при нарушении нормальной работы.

Уровень пульпы контролируется датчиком уровня /. При достижении верхней отметки датчик включает вспомогательный насос для заливки пульпонасоса. Контроль заливки произво­ дится специальным датчиком 2, установленным в верхней точке корпуса пульпонасоса. После окончания заливки датчик дает импульс для опускания в рабочее положение всасывающего трубопровода 3 с помощью лебедки 4 и включения пульпона­ соса. После окончания пуска насос для заливки автоматически отключается.

Отключение установки, например, при прекращении подачи пульпы в зумпф и достижении пульпой нижнего уровня проис­ ходит в следующем порядке. Сначала отключается двигатель

контролируется датчиком скорости движения пульпы 7, разме­ щенным на лотке или трубопроводе, по которым пульпа посту­ пает в зумпф. Реле расхода, расположенное в корпусе пульпо­ насоса, контролирует подачу воды к бронедискам и подшип­ никам рабочего колеса для охлаждения. Контроль плотности пульпы осуществляется консистомером 8, установленным на на­ гнетательном трубопроводе.

В последнее время ведутся работы по автоматизации под­ держания оптимального режима работы гидро- и пневмотранспортных установок, при котором обеспечивается заданная про­ изводительность по твердому при минимальных удельных за­ тратах энергии на транспортирование.

При гидротранспорте наивыгоднейшим считается режим, со­ ответствующий максимально возможному содержанию твердой фракции в пульпе и минимально допустимой скорости движе­ ния пульпы по трубопроводу. Сложность поддержания такого режима заключается в том, что необходимо одновременно обес­ печивать постоянную заданную производительность при нерав­ номерном, как правило, грузопотоке, поступающем к гидро­ транспортной установке. Для выполнения этой задачи разрабо­ тано несколько способов, которые могут быть разделены на ступенчатые и бесступенчатые.

К ступенчатым способам регулирования расхода пульпы от­ носят:

создание резервной аккумулирующей емкости с пульпой, из которой пульпа периодически может подаваться в пульпопро­

вод или, наоборот, сбрасываться в случае избытка в аккумули­ рующую емкость;

использование нескольких пульпонасосов, работающих на один трубопровод. Регулирование достигается путем подключе­ ния или отключения отдельных или нескольких пульпонасосов.

Более совершенными являются способы плавного бесступен­ чатого изменения расхода пульпы. К ним относят:

дросселирование (уменьшение площади проходного отвер­ стия) с помощью задвижки на нагнетательном трубопроводе. Недостатком этого способа является опасность забивки трубо­ провода вследствие уменьшения его сечения, поэтому этот спо­ соб рекомендуется применять при транспортировании мелко­ дисперсных материалов;

введение воздуха во всасывающий трубопровод. Этот спо­ соб позволяет регулировать производительность установки в широких пределах, однако при этом значительно снижается к. п. д. установки и, кроме того, ухудшается процесс всасыва­ ния пульпы;

опускание или подъем всасывающего трубопровода пульпонасоса (чем ниже опущен в зумпф всасывающий трубопровод, тем выше концентрация пульпы);

изменение степени насыщения пульпы в зумпфе за счет со­ здания аккумулирующей емкости с твердым материалом;

регулирование скорости вращения рабочего колеса пульпонасоса, что достигается использованием регулируемого привода, вращающего колеса. Этот способ является наиболее экономич­ ным, однако при уменьшении скорости вращения рабочего ко­ леса уменьшается напор, развиваемый пульпонасосом.

Целью автоматизации пневмотранспортных установок также является автоматическое поддержание оптимального режима транспортирования. Исследованиями и опытом установлено, что такой режим имеет место при минимально допустимом дав­ лении воздуха в системе, максимально допустимом содержании твердого вещества в аэросмеси и минимально возможной ско­

регулирование скорости воздушного потока, а также путем при­ менения питателей с регулируемой подачей материала.

Надежная работа гидро- и пневмотранспортных установок возможна только при условии качественного монтажа всех вхо­ дящих в нее узлов и агрегатов. При монтаже трубопроводов, особенно пневмотранспортных, следует стремиться к уменьше­ нию числа поворотов. При этом следует особое внимание обра­ щать на качество соединений труб, выполнять сопряжения пря­ молинейных участков трубопровода с криволинейными с плав­ ными переходами.

При эксплуатации гидро- и пневмотранспортных установок особое внимание нужно уделять состоянию проходных каналов в трубопроводах, пульпонасосах и другом оборудовании, а также