asyan.org
добавить свой файл
1



УДК 622.016
Боблях С.Р., аспірант, Маланчук Є.З., ст. 5 курсу ФПМ і КІС,

Жомирук Р.В., ст. викладач (Національний університет водного

господарства та природокористування, м. Рівне)

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ГІДРАВЛІЧНОГО РУЙНУВАННЯ ФОСФОРИТІВ



У даній роботі приведені результати моделювання процесу розмиву

корисної копалини гідромоніторним струменем.
In this work the results of modeling of wash-out process of mineral by a

hydromonitor stream are showed.
При дослідженні геотехнологічних процесів видобутку корисних копалин широко використовуються методи фізичного моделювання, які дозволяють відтворити і вивчити в лабораторних умовах окремі явища та фізичні механізми процесів, що вивчаються [1].

Враховуючи, що створення загальної моделі для систем свердловинного гідровидобутку (СГВ) неможливе через методологічні і технологічні трудності, тому доцільно обмежитись дослідженням окремих технологічних операцій.

Пропонується виділити основні елементи СГВ: гідромоніторний розмив корисної копалини; гідромоніторний розмив підстилаючих порід у разі приуроченності до них корисного компоненту; гідротранспортування по днищах виймальних камер; гідроелеваторний підйом пульпи з частинками корисного компоненту.

Аналіз досліджень по руйнуванню порід показав, що є різні гіпотези механізму протікання процесу. Проте, загальна теорія руйнування під впливом струменя гідромонітора не розроблена. Це пояснюється недостатньою вивченістю фізики тіла, представленого неоднорідними рихлими породами і різноманітністю чинників, що впливають на процес гідравлічного руйнування.

Гідравлічні процеси розмиву корисної копалини гідромоніторним струменям оцінені на основі моделювання процесу розмиву в лабораторних і натурних умовах [2].

^ Програмою експериментальних досліджень передбачено: при розмиві корисної копалини струменями через насадки діаметрами 15, 20, 25, 30 і 35 мм і тиску 1...4 МПа встановити продуктивність, максимальний радіус розмиву, енергоємність і питому витрату води.

Для проведення натурних досліджень з дослідної ділянки видалялися налягаючі породи для оголення корисної копалини. Гідромонітор встановлювався в вершині сектора розмиву. Випробування проводилося у відповідності з діючими інструкціями з геологічного обслуговування.

^ Експериментально встановлено, що транспортуюча здатність струменя в процесі розмиву при віддаленні забою від насадки гідромонітора помітно погіршується. Це виражається в тому, що відстані, на які відкидаються породи за один цикл дії струменя на забій, зменшуються, причому значно різкіше для крупніших фракцій. На деякій відстані від насадки – R величина переміщення крупних фракцій породи за один цикл дії на забій гідромоніторного струменя практично рівна нулю. Максимальне значення відстані, на яку струмінь переміщує найбільш крупні фракції, називатимемо радіусом розмиву.

У табл. 1 приведені експериментальні та розрахункові дані зміни радіуса розмиву від тиску та діаметрів насадок.

Таблиця 1

Дослідження зміни радіусу розмиву породи

Діаметр насадки d, м

Радіус розмиву R, м

Н, МПа

1

1.6

2.2

4

Експериментальні дані

0.01

0.52

0.62

1.07

1.57

0.015

0.67

1.15

1.50

2.37

0.02

0.9

1.53

2.13

3.2

0.025

1.32

1.93

2.47

3.8

0.03

1.39

2.23

2.8

4.5

0.035

1.6

2.57

3.45

5.33

Розраховані дані

0.01

0.5356

0.6591

0.9826

1.6531

0.015

0.6914

1.1132

1.4349

2.4001

0.02

1.0272

1.4672

1.8872

3.1472

0.025

1.3030

1.8213

2.3395

3.8942

0.03

1.5588

2.1753

2.7918

4.6413

0.035

1.8000

2.5294

3.2441

5.3883

Коефіцієнт кореляції

0.9891

0.9985

0.9950

0.9989

Середньоквадратичне відхилення

0.0707

0.0411

0.0722

0.0414

Максимальна відносна похибка, %

12.50

6.31

11.40

5.30


Розмив порід струменями великого діаметру веде до збільшення радіусів розмиву, причому із зростанням тиску робочого агента перед насадкою це збільшення позначається значніше.

Враховуючи отримані результати експерименту, залежність зміни радіусу розмиву породи від діаметра насадки та тиску, апроксимується виразом:

, (1)

де ^ R - радіус розмиву, м; dн - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа.

Графіки зміни радіусу розмиву породи залежно від діаметра насадки та тиску зображені на рис.1.



Рис.1. Зміна радіусу розмиву породи в залежності від діаметра насадки при різних

тисках: 1-Н=1,0 МПа; 2-Н=1,6 МПа; 3-Н=2,2 МПа; 4-Н=4 МПа.
Графіки зміни середньої продуктивності розмиву корисної копалини на відстані радіуса розмиву в залежності від діаметра насадки та тиску зображені на рис.2.



Рис. 2.. Зміна середньої продуктивності розмиву корисної копалини на відстані

радіуса розмиву в залежності від діаметра насадки при тисках:

1-Н=1,0 МПа; 2-Н=1,6 МПа; 3-Н=2,2 МПа.

При збільшенні діаметру насадки і тиску продуктивність розмиву, як випливає з графіків, зростає.

Залежність середньої продуктивності розмиву корисної копалини на відстані радіуса розмиву в залежності від діаметра насадки та тиску апроксимується залежністю:

, (2)

де ^ P - середня продуктивність розмиву корисної копалини, м3/год; dн - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа.

У табл. 2. приведені експериментальні та розрахункові дані продуктивності розмиву корисної копалини в межах радіусів, залежно від діаметру насадки та тиску.

Таблиця 2

Дослідження середньої продуктивності розмиву агроруди

Діаметр насадки d, м

Продуктивність розмиву Р, м3/год

Н=1 МПа

Н=1,6 МПа

Н=2,2 МПа

Експериментальні дані

0.015

5.13

10.1

16

0.020

7

13.67

21.5

0.025

10.97

20

30.17

0.030

17.17

29

40.67

0.035

27.33

41

57.67

Розраховані дані

0.015

4.6811

11.0000

17.2019

0.020

7.1565

14.8807

22.6048

0.025

10.9411

20.1386

29.3361

0.030

16.7270

28.1771

39.6272

0.035

25.5727

40.4665

55.3603

Коефіцієнт кореляції

0.9989

0.9992

0.9993

Середньоквадратичне відхилення

0.4685

0.6348

0.9207

Максимальна відносна похибка, %

8.75

8.91

7.51


Графіки питомої витрати робочого агенту і енергоємності процесу розмиву при різних діаметрах насадок та тисках зображені на рис.3.



Рис. 3. Залежність питомої витрати - 1, 2, 3 і енергоємності - 4, 5, 6 при розмиві

корисної копалини від діаметра насадки при тисках: 1;4-Н=1,0 МПа; 2;5-Н=1,6 МПа; 3;6-Н=2,2 МПа.
З графіків слідує, що із збільшенням тиску перед насадкою енергоємність розмиву зростає, а питома витрата води знижується.

Збільшення діаметру насадки і тиску приводить до зростання продуктивності розмиву.

Залежність питомої витрати робочого агенту при розмиві корисної копалини від тиску та діаметра насадки апроксимується системою рівнянь:

(3)

де q - питома витрата робочого агенту, м3/ м3; dн - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа.

У табл. 3. приведені експериментальні та розрахункові дані питомої витрати робочого агенту при розмиві корисної копалини, а в табл.4. енергоємності процесу розмиву при різних діаметрах насадок та тисках.

Таблиця 3

Дослідження питомої витрати робочого агенту

Діаметр насадки d, м

Питома витрата робочого агенту q, м3/ м3

Н=1 МПа

Н=1,6 МПа

Н=2,2 МПа

Експериментальні дані

0,015

6,17

3,2

2,27

0,02

6,96

3,93

3,03

0,025

6,97

4,37

3,6

0,03

6,25

4,23

3,6

0,035

4,87

4,03

3,53

Розраховані дані

0,015

6,1937

3,23

2,294

0,02

6,95

3,9495

3,0823

0,025

6,9813

4,3204

3,5514

0,03

6,2886

4,3427

3,7017

0,035

4,8717

4,017

3,5335

Коефіцієнт кореляції

0,9998

0,9911

0,9953

Середньоквадратичне відхилення

0,0119

0,0322

0,0316

Максимальна відносна похибка, %

0,38

2,66

2,83


Залежність енергоємності процесу розмиву породи від тиску та діаметра насадки апроксимується системою рівнянь:

(4)

де е - енергоємність, кВт/ год; dн - діаметр насадки, м; Н - тиск, МПа.

Таблиця 4

Дослідження енергоємності процесу розмиву породи

Діаметр насадки d, м

Енергоємність е, кВт/ год

Н=1 МПа

Н=1,6 МПа

Н=2,2 МПа

Експериментальні дані

0,015

1,37

1,3

1,33

0,02

1,73

1,77

1,85

0,025

1,93

2,03

2,23

0,03

1,77

1,97

2,28

0,035

1,43

1,83

2,2

Розраховані дані

0,015

1,365

1,3079

1,3219

0,02

1,7604

1,7665

1,8696

0,025

1,9044

2,005

2,1987

0,03

1,7969

2,023

2,3093

0,035

1,437

1,823

2,2013

Коефіцієнт кореляції

0,9952

0,9949

0,9983

Середньоквадратичне відхилення

0,0121

0,0149

0,0119

Максимальна відносна похибка, %

1,76

2,69

1,40


Експериментально встановлено, що при розмиві корисної копалини мають місце втрати корисного компоненту.

Загальний характер зміни втрат корисного компоненту після розмиву зображено у вигляді кривої (рис.4).




Рис. 4. Зміна втрат корисного компоненту на підстилаючих породах в залежності від відстані насадки при параметрах: Н=2,2 МПа; d=25мм.
З графіка слідує, що втрати корисного компоненту незначні на поверхні порід представлених глиняною масою.

^ Таким чином, експериментально встановлено, що із збільшенням діаметру насадки і тиску подачі робочого агенту продуктивність і радіус розмиву корисної копалини збільшується, а питомі витрати знижуються. Встановлено, що втрати корисного компоненту на підстилаючих породах досягають максимальних значень на відстанях близьких до радіусу розмиву. З метою зменшення втрат корисного компоненту в виймальних камерах рекомендовано розрахунок їх параметрів здійснювати, виходячи з половини радіуса розмиву.
1. Пілов П.І., Анісімов М.Т., Анісімов В.М. Математичне моделювання процесів збагачення корисних копалин: Навчальний посібник. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2005. – 104 с. 2. Маланчук З. Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. – Ровно.-2002.- 372 с.