книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие
.pdfа А.ОХРИМЕНКО А.И.КУПРИН И.Г ИШУК
ПОДЗЕМНАЯ
ГИДРОДОБЫЧА
УГЛЯ
В. А. ОХРИМЕНКО, А. И. КУПРИН, И. Г. ИЩУК
ПОДЗЕМНАЯ
ГИДРОДОБЫЧА
УГЛЯ
И З Д А Н И Е 2, П Е Р Е Р А Б О Т А Н Н О Е И Д О П О Л Н Е Н Н О Е
Под общей редакцией канд. техн. наук И. Г. ИЩУКА
Допущено Министерством угольной промышленности СССР
в качестве учебного пособия для горных техникумов
гн |
I |
; |
Г - |
►іУLI |
• - |
І |
І |
И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « Н Е Д Р А »
М о с к в а 1974
УДК [622.234.5 + 622.232.5] : 622.33(075)
# Пій
Охрименко В. А., Куприн А. TL, Ищук И. Г. Подземная гидро добыча угля. Изд. 2, перераб. и доп. (1 изд.— 1966). М., «Недра», 1974. 312 с.
В книге в систематизированном виде изложены основные во просы и условия применения подземной гидродобычи угля: вскрытия и систем разработки, подготовки шахтных полей и участков, гидро отбойки угля в забоях, проведения выработок, гидротранспорта, гид роподъема, обогащения и обезвоживания угля, а также энергоснаб жения гидрошахт.
Рассмотрены конструкции машин и оборудования, применяемых при гидродобыче, — гидромониторов, насосов, углесосов, механогидравлических машин и вспомогательного оборудования. Отдельные главы книги посвящены автоматизации процессов гидромеханизации, экономике и научной организации труда при подземной гидравличе ской угледобыче.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для горных техникумов, преподавателей учебно-курсовой сети и может быть по лезна инженерно-техническим работникам угольной промышленности.
Таблиц 25, иллюстраций 128, список литературы — 21 назв.
• -"ѴІ+ '
і
*
,'.»К- *
0373—49 |
299—74 |
Издательство «Недра», 1974 |
, ° 043(01)—74 |
В В Е Д Е Н И Е
Важнейшей задачей, поставленной XXIV съездом КПСС перед угольной промышленностью, является значительное улучшение тех нико-экономических показателей, в первую очередь увеличение производительности труда и снижение себестоимости добычи угля при непрерывном улучшении условий труда. Эта задача может быть решена техническим перевооружением угольной промышлен ности на базе новой высокопроизводительной техники и прогрес сивной технологии добычи угля. Среди других мер совершенствова ния угледобычи предусмотрено дальнейшее развитие гидравличе ского способа добычи угля расширением области применения механогидравлической выемки, совершенствование систем разра ботки и технических средств на основе внедрения дистанционного и программного управления выемочными машинами.
При обычной технологии угледобычи процесс выемки угля разделяется на отдельные операции, для выполнения которых применяется специальное оборудование — комбайны, конвейеры и др. Помимо основных операций по добыче угля, приходится выполнять ряд вспомогательных.
При подземной гидравлической добыче уголь отбивают струей воды, выбрасываемой гидромонитором, установленным на некото ром расстоянии от забоя. Все последующие операции (доставка угля, транспортирование его к стволу, подъем на поверхность и обогащение) производятся с применением воды.
Сравнительный анализ капитальных вложений, необходимых для строительства гидрошахт и шахт с обычной технологией (в анало гичных по производственной мощности предприятиях), показывает, что размеры этих вложений в строительство гидрошахт Кузнецкого бассейна на 20—30%, для гидрошахт Донецкого бассейна на 10% и для гидрошахт Карагандинского бассейна на 12% ниже, чем для шахт с обычной технологией.
Гидравлический способ добычи угля способствует значитель
ному повышению безопасности труда по сравнению с обычной тех нологией.
Известно, что на шахтах с обычной технологией добычи угля
наибольшее количество несчастных случаев происходит в очистных забоях.
При гидравлической добыче работы ведут, как правило, без крепления очистного пространства. Управление гидромонитором осуществляется с безопасного расстояния из подготовительной
1* |
3 |
выработки. Необходимость пребывания людей в призабойном про странстве очистных выработок исключается.
На гидрошахтах значительно сокращен производственный трав матизм при транспортировании (по желобам) угля по выработкам и выдаче (гидроподъем по трубопроводам) его на поверхность.
Положительной особенностью подземной гидродобычи является исключительно низкая запыленность воздуха, не превышающая 0,25—0,5 мг/м3.
При гидродобыче обеспечивается непрерывность технологиче ского процесса и создается возможность получения высоких технико экономических показателей. Опыт эксплуатации гидрошахт по казывает, что применение новой технологии в благоприятных условиях обеспечивает среднемесячную производительность труда рабочего по добыче в 1,5—2 раза выше, а себестоимость 1 т угля на 60—70% ниже по сравнению с обычными механизированными шахтами. Так, в 1972 г. производительность труда рабочего по
добыче |
в |
тресте Кузбассгидроуголь |
составила 118,2 |
т/месяц, |
||
превысив уровень по комбинату Южкузбассуголь |
в |
2 раза |
||||
(табл. 1). |
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Производитель |
Полная себестои |
Эксплуатацион* |
|
Гидрошахта, шахтоуправление |
ность труда ра |
|||||
бочего по добыче, |
мость 1 т угля, |
ные потери, % |
||||
|
|
|
т/месяц |
руб. |
|
|
«Тырганская» |
(Кузбасс) . . . |
90,0 |
5,89 |
|
28,9 |
|
«Заречная» |
(Кузбасс) . . . . |
140,7 |
5,91 |
|
25,2 |
|
«Юбилейное» |
(Кузбасс) . . . |
138,3 |
6,62 |
|
20,8 |
|
«Красноармейская» (Донбасс) |
85,0 |
10,27 |
|
14,2 |
||
«Новодонецкая» (Донбасс) . . |
66,4 |
12,15 |
|
18,1 |
Эти показатели можно существенно улучшить совершенствова нием технологии гидродобычи, правильным использованием гидрав лического оборудования, внедрением новых прогрессивных техни
ческих решений. Особое внимание должно быть |
обращено на |
|
соответствие применяемого оборудования |
горно-геологическим |
|
и горнотехническим условиям. В первую |
очередь |
это относится |
к оборудованию, применяемому в очистных забоях: гидромони торам, механогидравлическим и гидромеханическим машинам.
Специалисты, оканчивающие горные техникумы, должны знать основы этой прогрессивной технологии, уметь на практике исполь зовать созданную горную технику.
В настоящей книге приведен обширный материал по технологии подземной гидравлической добычи угля. Систематизированное изложение материала позволит учащимся горных техникумов не только познакомиться с отдельными узлами гидрошахты, но и детально изучить технику и основные технологические процессы гидродобычи.
Глава I
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГИДРАВЛИКЕ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Слово «гидравлика» состоит из двух греческих слов: «хюдор» — жидкость и «аулос» — труба, канал; таким образом, в переводе на русский язык слово «гидравлика» обозначает движение жидкости в трубе, канале.
Гидравлика — прикладная техническая наука, изучающая физи ческие свойства жидкостей, законы равновесия и движения капельножидких тел, а также разрабатывающая способы примене ния этих законов к решению практических задач.
Гидравлика состоит из двух основных частей — гидростатики и гидродинамики.
Гидростатика изучает законы равновесия жидкостей и взаимо действие покоящейся жидкости с соприкасающимися телами. Она изучает законы и свойства гидростатического давления, давление на стенки, основы плавания тел (закон Архимеда), теорию относи тельного покоя жидкости (например, покой вращающейся жидко сти в цилиндре).
Гидродинамика изучает законы движения жидкости (движение в трубах, каналах, истечение из насадок и отверстий, водосливы
ит. д.), а также законы взаимодействия жидкости с подвижными
инеподвижными преградами (взаимодействие жидкости со стен ками трубы, с твердыми частицами сыпучего материала, переме щаемого в потоке жидкости; взаимодействие струи с неподвижными стенками и т. д.).
§ 2. ВИДЫ ЖИДКОСТЕЙ
Жидкость — физическое тело, принимающее форму оболочки или сосуда, в котором она заключена.
По своим свойствам жидкости можно разделить на две группы:
■ 1) |
сжимаемые (газы); |
|
|
2 ) |
очень мало сжимаемые (капельные). |
им объем, не образуют |
|
Г а з ы |
заполняют весь представленный |
||
свободной |
поверхности, легко изменяют |
объем при расширении |
5
и сжатии, оказывают очень малое сопротивление сдвигу и совсем не сопротивляются растяжению.
К а п е л ь н ы е ж и д к о с т и образуют свободную |
поверхность, |
почти не изменяют своего объема при деформациях, |
оказывают |
очень высокое сопротивление сжатию и небольшое сдвигу и растя жению. В дальнейшем речь будет идти только о капельной жидко сти. Капельная жидкость занимает по своим свойствам промежу точное положение между газом и твердым телом.
В гидравлике |
существуют два понятия: идеальная жидкость |
и реальная жидкость. |
|
И д е а л ь н о й |
ж и д к о с т и , часто называемой совершенной, |
в действительности не существует. Это воображаемая жидкость условно характеризуется следующими свойствами. Она не обладает вязкостью. Внутри жидкости не существуют сопротивления разрыву и сдвигу. Единственные напряжения, могущие возникать в идеаль ной жидкости, — сжимающие. При нагревании идеальная жидкость не расширяется, при охлаждении не сжимается. При увеличении давления идеальная жидкость не сжимается, плотность ее не изме няется. Такое понятие жидкости удобно для теоретических предпо ложений и расчетов.
Р е а л ь н а я ж и д к о с т ь иначе называется несовершенной жидкостью. Обладает вязкостью. Внутри нее могут возникать сопротивления разрыву, сдвигу и сжатию. При приложении давле ния реальная жидкость сжимается, плотность ее может таким образом существенно изменяться. Объем реальной жидкости, а следовательно, ее плотность, изменяются с изменением темпера туры.
§ 3. СВОЙСТВА ж и д к о с т е й
Объемная масса — масса единицы объема, т. е. отношение массы жидкости G к ее объему W
Относительная плотность — отвлеченное число, показывающее во сколько раз единица объема жидкости (например, 1 см3) больше или меньше массы такого же объема воды при температуре +4° С. Для жидкостей относительная плотность и объемная масса по абсо лютной величине одинаковы.
Масса жидкости — мера инерционности жидкости, определяемая как отношение веса жидкости к ускорению силы тяжести,
Плотность жидкости — количество массы в единице объема. Плотность жидкости определяется как отношение массы к объёму
Плотность в любой точке однородной жидкости при постоянных условиях постоянна.
Вязкость жидкости — способность препятствовать сдвигающим усилиям. Пусть плоскость 1 (рис. 1) движется относительно непод вижной плоскости 2 со скоростью До; пространство между ними заполнено жидкостью. Как показывают опыты, жидкость, находя щаяся у плоскости 2, прилипает к ней и скорость ее равна нулю,
г - ■ АѴ---------- |
7 |
W W / / / / / M W M / / / M
1
♦
т.
Рис. 1. Схема, поясняющая понятие вязкости жидкости
ажидкость у плоскости 1 прилипает
кплоскости 1 и движется со ско ростью До. Отдельные слои, нахо дящиеся между плоскостями, имеют
скорости в пределах от 0 до До. |
|
|
||||||||
Для |
|
того |
чтобы |
сдвинуть |
верх |
|
|
|||
нюю пластину относительно нижней, |
|
|
||||||||
нужно |
приложить |
силу |
Т. |
Эта |
|
|
||||
сила |
Т возникает |
за счет |
того, |
|
|
|||||
что |
частицы |
жидкости |
переходят |
1 — сосуд с испытуемой жидко |
||||||
за |
счет |
поперечных |
импульсов |
|||||||
стью; '2 — кран; |
3 — мерный со |
|||||||||
и |
колебаний |
из |
одного |
слоя |
суд; 4 — сосуд с |
подогреваемой |
||||
в другой. |
|
|
|
|
|
водой; 5 н 6 — термометры |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Ньютон (1723 г.) предложил при определении силы вязкости пользоваться следующей формулой:
Аѵ
7 = F\x ~Ап ’
где (Li — динамический коэффициент вязкости;
Аѵ — градиент скорости, характеризующий изменение скорости
по направлению, перпендикулярному течению. Динамический коэффициент вязкости связан с кинематическим
коэффициентом вязкости ѵ отношением
V
Р '
Для определения вязкости жидкости применяют вискозиметры. При определении вязкости с помощью вискозиметра Энглера (рис. 2 ) испытуемую жидкость наливают в латунный позолоченный
7
сосуд 1. После нагрева ее до 20° С открывают краном 2 калибро ванное коническое отверстие диаметром на выходе 2,8 мм и опре деляют время истечения жидкости из сосуда 1 в сосуд 3, То же повторяют с дистиллированной водой. Объем испытуемой жидкости и воды при этом принимается одинаковым и равным 200 см3.
Вязкость в градусах Энглера °Е определяется как отношение времени истечения испытуемой жидкости tm ко времени истечения воды tB
°Е =
Кинематический коэффициент вязкости ѵ и коэффициент вязко сти по Энглеру °Е связаны между собой уравнением
V 0,0731 °Е |
0,0631 |
|
°Е ' |
||
|
Данный метод может быть применим при условии, что
°Е > 1,15.
Сжимаемость и растяжимость жидкостей. В области не очень высоких давлений фактором сжимаемости можно пренебречь, однако в некоторых случаях игнорировать сжимаемость нельзя.
Относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на одну единицу (например, на 1 кгс/см2) называется коэффициентом объемного сжатия
где А Ѵ — уменьшение объема |
V жидкости при изменении давления |
||||||||
на Ар. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для воды, |
например, ß = |
"ДГТюо ; |
это |
значит> ч т 0 |
ПРИ увеличении |
||||
давления |
на 1 |
кгс/см2 |
(1 |
атм) |
объем жидкости |
уменьшается |
|||
на 2Іо\хю |
часть |
своей первоначальной величины |
(1 |
м3 уменьша |
|||||
ется на 48 см3) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отношение |
-j- |
носит |
название |
модуля объемной упругости |
и обозначается буквой k0.
Сжимаемость жидкостей следует учитывать при гидравличе ском ударе и электрогидравлическом эффекте, когда давление внутри жидкости достигает значительной величины.
Растяжимость жидкостей весьма мала (при обычных условиях 0,36 гс/см2).
Поверхностное натяжение. Рассмотрим какую-либо частицу жидкости а, удаленную на некоторую глубину от поверхности (рис. 3). Эта частица испытывает воздействие смежных частиц.
8
Если жидкость находится в покое, то силы, действующие на частицу, уравновешиваются. Рассмотрим теперь частицу б у сво
бодной |
поверхности |
жидкости. |
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|||||
уравновеситься |
могут только |
те силы, |
И |
|
|
<Г |
|
1 |
||||||
которые располагаются |
вдоль |
поверх |
|
|
|
|
|
|||||||
ности. |
Силы, действующие вдоль |
по |
|
|
|
|
|
1 |
||||||
верхности, растягивают ее и называют |
|
|
|
|
|
|||||||||
ся силами поверхностного натяжения. |
у. |
_ |
__ _ |
_______ |
|
|||||||||
Поверхностное |
натяжение |
|
можно |
|
|
|
|
|
|
|||||
проследить |
на |
следующих примерах: |
1 |
|
т |
Y'А |
|
|
||||||
1) капля |
на |
стекле |
удерживается |
|
----- |
1 |
||||||||
|
|
|||||||||||||
в виде отдельной сферы и не растека |
— |
|
_ |
_ |
|
|||||||||
ется тонким слоем; |
|
|
|
|
|
— |
|
|||||||
|
|
|
|
|
— |
_ - |
— - — У,/ |
|||||||
2 ) если осторожно положить уголь |
1 |
|
|
|
|
V. |
||||||||
ную частицу очень |
малого диаметра |
п |
„ |
„ |
|
|
|
|||||||
в воду, она не потонет, |
а будет |
удер- |
|
|
по- |
|||||||||
*м |
|
|
|
|
J |
|
J |
г |
Рис. |
о. |
Схема, поясняющая |
|||
живаться на поверхности, хотя удель- |
верхностное натяжение на сво- |
|||||||||||||
ный вес угля больше, чем удельный |
бодной |
поверхности жидкости |
||||||||||||
вес воды; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3)при борьбе с пылью на рудниках и шахтах путем орошения
кводе добавляют специальные реагенты, уменьшающие поверхност ное натяжение. Эффект подавления пыли при этом увеличивается
вдва-три раза.
§ 4. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ГИДРОСТАТИКИ
Определим |
давление в точке, расположенной на площадке F |
на дне сосуда |
(рис. 4). |
|
|
|
|
Ро |
1п |
|
|
J |
' й |
£ |
|
|
||
|
|
|
||
\1 ' |
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
/ — —— |
|
|
||
/ |
— - |
|
|
|
у/ |
|
|
||
-с ;/ |
--- |
-- |
|
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
G . |
// |
|
|
|
|
/ |
|
__ |
|
' _ |
/ __ |
|
|||
/ |
|
|
|
|
/ |
|
—J |
|
|
/ — |
|
|
\ ■ /Ьш//А
F
Рис. 4. Давление в точке, расположенной на дне со суда
Поэтому:
Обозначим:
h — расстояние от дна цилиндриче ского сосуда до уровня поверхности жидкости;
Ро — давление |
окружающей |
атмо |
|||
сферы |
на |
уровне |
поверхности |
жид |
|
кости. |
|
|
|
|
|
Сила, действующая на площадку F, |
|||||
равна |
весу |
G |
столба жидкости |
1—2— |
|
3—4 и |
силе А, |
возникающей от |
давле |
||
ния р0. |
|
|
S = G + A |
|
|
или |
|
|
|
||
|
S = W i + PoF, |
|
|||
|
|
|
где W — объем выделенного участка 1— 2—3—4, см3;
у — объемный вес жидкости, кгс/см3.
S = F h i + PoF.
9