17. ПНЕВМАТИЧНИЙ І ГІДРАВЛІЧНИЙ ТРУБОПРОВІДНИЙ ТРАНСПОРТ
17.1. Схеми трубопровідного транспорту та сфери його застосування
Переміщення різних матеріалів і сумішей по трубах під дією статичного напору, створюваного стовпом суміші у вертикальному ставі трубопроводу, або переміщення робочим середовищем (повітрям або водою) називають трубопровідним транспортом.
При підземному видобутку руд трубопровідний транспорт використовують в основному для доставки закладних матеріалів та сумішей у вироблений простір. Дуже обмежено застосовують гідравлічну доставку руди, в основному, в похилих покладах, де руду змивають напірним струменем води, і пульпа (суміш води та твердих частинок) стікає по похилому ґрунту вироблення. Тому розглянемо далі трубопровідний транспорт тільки для транспортування закладних матеріалів і сумішей.
В даний час закладку застосовують при розробці цінних руд кольорових, рідкісних та радіоактивних металів, високоякісних залізних руд, деяких видів гірничохімічної сировини. Використання закладки дозволяє скоротити втрати і розубоювання руди, замінити рудні цілики штучними, зберегти непорушену земну поверхню, проводити одночасну розробку родовища відкритим і підземним способами, відпрацьовувати руди, схильні до самозаймання шляхом ізолювання виробленого простору від доступу повітря, забезпечити також частково розмістити відходи виробництва під землею. Особливої актуальності набуває закладка розробки родовищ на великих глибинах, де міцні закладні масиви попереджають гірські удари при великому гірському тиску.
Недолік закладки — подорожчання видобуткових робіт, проте в деяких випадках цінність руди, що додатково отримується, може перекрити витрати на закладні роботи.
УЗалежно від способу закладки та виду транспорту застосовують суху, гідравлічну та твердіючу закладки. Як матеріали для сухої закладки, що з'явилася спочатку, застосовували порожні породи, пісок, гравій, що попутно добуваються або надходять в шахту. При сухій закладці закладний матеріал вироблений простір доставляли самопливом під дією сили тяжіння, скреперними установками, машинами, конвеєрами, пневматичним трубопровідним транспортом. Пізніше суху закладку стала витісняти гідравлічна закладка, а в даний час широкого поширення набула закладка, що твердне, що забезпечує високу міцність і щільність закладного масиву. З використанням твердіючої закладки з'явилася можливість створення високопродуктивних систем розробки при виїмці цінних, малостійких або руд, що самозаймаються, а також ведення робіт на глибинах з великим гірським тиском. Наприклад, на гірських підприємствах кольорової металургії з усього обсягу закладних робіт близько 85% складає закладка, що твердіє.
До складу твердіючої закладної суміші входять в'яжучі речовини (цемент, мелені шлаки чорної та кольорової металургії), інертні заповнювачі (пісок, хвости збагачувальних фабрик, порода з відвалів, гравій, щебінь) та вода. Для підвищення пластичності і транспортабельності закладних сумішей, що твердіють, вводять пластифікуючі добавки (наприклад, полікріамід та ін), що становлять десяті і соті частки відсотка від маси в'яжучого.
Для доставки твердіючих закладних сумішей застосовують самопливний (рис. 17.1, а) та (рис. 17.1, б) трубопровідний транспорт.
Трубопровід самопливної установки складається з вертикальної та горизонтальної частин. Закладна суміш безперервним потоком надходить у приймальну лійку вертикального трубопроводу (див. рис. 17.1, а) іпереміщається на певну відстань горизонтальної частини за рахунок статичного напору стовпа суміші у вертикальній частині трубопроводу. Дальність транспортування по горизонталі відразу більше висоти вертикального стовпа закладної суміші, швидкість руху/с (залежно від складу суміші), діаметр трубопроводу від
Мал . 17.1. Схеми трубопровідного транспорту закладних матеріалів: а - самопливного; б - самопливнопневматичного; в - пневматичного із заставною машиною; г - самопливного гідравлічного по похилому грунту або жолобу: д - самопливного гідравлічного з вертикальними та горизонтальними трубопроводами; е - напірного гідравлічного; а з живильником; з - гідроелеватор-1 - трубопровід-2 - заставна машина; 3 - похилий жолоб; 4 - пульпонасос; 5 6 - насос
Переваги самопливного трубопровідного транспорту - досить висока продуктивність (до м 3 /год) і простота конструкції, недолік - обмежена відстань транспортування, що залежить від висоти вертикальної частини трубопроводу та часу твердіння закладних сумішей.
Застосування транспорту дозволяє значно збільшити довжину доставки закладних сумішей за рахунок енергії стисненого повітря, що надходить на горизонтальні частини трубопроводу через пневмоежектори вмонтовані під куток поздовжньої осі трубопроводу в напрямку руху закладної суміші (див. рис. 17.1, 6) і з'єднані гнучкими шлангами з повітряною магією. Діаметр пневмоврізок відстань між ними. Швидкість руху суміші на ділянці пневмотранспорту досягаємо/с. Суміш розділяється стисненим повітрям на порції і потім окремими порціями проштовхується горизонтальним трубопроводом до місця закладки.
Переваги транспорту - подача закладної суміші на великі відстані за високоїпродуктивність і надійність у роботі, недолік - підвищені енерговитрати (порівняно з самопливним транспортом) внаслідок використання стисненого повітря. Цей вид транспорту твердіючих закладних сумішей набуває все більшого поширення.
Розглянемо схему пневматичного трубопровідного транспорту суцільним потоком (рис. 17.1, в). Закладковий матеріал за допомогою закладної машини вводять у трубопровід, яким матеріал у зваженому стані переміщається повітряним середовищем і викидається у вироблений простір. Швидкість повітряного потоку, при якій частинки матеріалу, що транспортується, знаходяться у зваженому стані, називається швидкістю витання . Якщо частинку матеріалу уподібнити кулі діаметром d (м), то рівняння рівноваги кулі, вміщеної в повітряне середовище в трубопроводі, можна записати в такому вигляді:
де γ т - щільність матеріалу, кг/м 3; λ В - коефіцієнт опору, що залежить від форми частки та стану поверхні; γ В = l,2 - щільність повітря, кг/м 3; υ В — швидкість витання (м/с), яка визначається за формулою
υ B = 2 gd γ T , (17.2) 3λ γ
Швидкість транспортування закладного матеріалу приймають більшу, ніж швидкість витання.
Таку схему пневматичного транспорту (див. рис. 17.1, е) застосовують для сухої закладки. Закладковий матеріал - неабразивна подрібнена порода крупністюмм, дальність транспортуваннямм, продуктивністю 3/год, витрата стисненого повітря - близько 150 м 3 на 1 м 3 закладного матеріалу.
Недоліки пневмотранспорту сухих закладних матеріалів: велике пилоутворення; високий знос труб та закладних машин; велика витрата стисненого повітря; високі вимоги до закладного матеріалу щодо його гранулометричного складу та абразивності та ін. Цей видтранспорту неприйнятний для доставки твердіючих закладних сумішей у зв'язку з порушенням структури суміші, а отже, і міцності закладеного масиву. Пневматичний транспорт закладних матеріалів суцільним потоком не набув широкого поширення на рудних шахтах.
Гідравлічні транспортні установки поділяються на самопливні та напірні. У самопливних установках транспортування матеріалу проводиться струменем води по похило встановлених жолобах і трубах (рис. 17.1, г) або по трубах під дією статичного напору, створюваного пульпою у вертикальній частині трубопроводу (рис. 17.1, д). У приймальну лійку готову пульпу або закладний матеріал подають із бункера на жолоб і гідромонітором змивають у приймальну лійку вертикального трубопроводу. Відношення висоти вертикальної частини трубопроводу до горизонтальної становить приблизно 1:4 – для шматкових і 1:15 – для дрібнозернистих матеріалів. Крупність частинок матеріалу має перевищувати 50 - 80 мм. Для гідрозакладки застосовують хвости збагачувальних фабрик, гранульовані шлаки, піски з домішкою глини та подрібнені породи. Консистенцію пульпи - відношення твердого та рідкого (Т:Ж), яка залежить від крупності закладного матеріалу, приймають у співвідношенні від 1:0,6 до 1:5. Перевага схеми гідротранспорту (див. рис. 17.1, д) - простота конструкції, недолік - обмежена відстань транспортування.
У системі напірного гідротранспорту встановлюють пульпонасоси (рис. 17.1, е) або інші механізми, що забезпечують засмоктування пульпи та транспортування її трубопроводом. При використанні пульпонасосів найбільш ефективно застосовувати дрібнозернисті закладні матеріали (наприклад, піски та хвости збагачувальних фабрик), які досить легко переміщуються в напірному трубопроводі та забезпечуютьвисока якість закладного масиву.
При іншій схемі напірного гідротранспорту (рис. 17.1 ж) насипний вантаж крупністю до 60 мм завантажують у трубопровід спеціальним завантажувальним пристроєм - живильником, а воду в трубопровід подають насосом.
При розробці розсипних родовищ для транспортування пульпи до приладів для промивання застосовують гідроелеватори (рис. 17.1, з). Гідроелеватор працює в такий спосіб. По трубопроводу насадку подають під тиском воду. Завдяки значній швидкості струменя води, що виходить із насадки, в камері гідроелеватора створюється вакуум, пульпа через патрубок засмоктується в камеру і під натиском струменя води потрапляє в трубопровід. Висота підйому пульпи гідроелеваторами може досягати 10 – 15 м, довжина транспортування по горизонталі – до 100 м, продуктивність 30 – 75 м 3 /год. Недоліки гідроелеваторів - низький ККД (близько 20%), обмеження по крупності гірничої маси, що транспортується.
Швидкість витання в гідротранспортних установках називається критичною швидкістю , при якій частинки матеріалу, що транспортується, знаходяться в потоці води у зваженому стані, а окремі великі частинки переміщаються стрибкоподібно. Сила тяжкості частинки, еквівалентної кулі діаметром d (м), у зваженому стані (у висхідному потоці води) врівноважується силою, що виштовхує (за законом Архімеда) і опором переміщенню: