Гидравлические процессы при геотехнологических способах разработки

Эти процессы сводятся к следующим: гидрорасчленение, гидроподъём, гидроотбойка, гидротранспорт.

Гидрорасчленение повышает проницаемость массива за счёт разрыва пласта рабочей жидкостью под большим давлением.

Гидроподъём осуществляется за счёт: энергии нагнетаемого рабочего агента, вводимой в скважину энергии сжатого воздуха, погружными насосами и гидроэлеваторами.

Гидроотбойка осуществляется струями рабочей жидкости высокого давления специальными скважинными гидромониторами с гибкими и телескопическими наконечниками.

Гидротранспорт — транспортировка разрушенной породы в виде пульпы — смеси твёрдого и жидкого в определенном соотношении.

Гидромониторная струя является рабочим органом для разрушения, смыва, подъёма горной массы. Она характеризуется размером отдельных структурных элементов, начальным давлением воды на вылете из насадки, силой давления на забой на различных расстояниях от насадки.

Гидромониторные струи делятся на: низкого (до 1 МПа), среднего (до 4 МПа), высокого (более 4 МПа) давления. Движение жидкости в струе характеризуется перемещением частиц воды при отсутствии твёрдых границ русла. Окончательное формирование струи происходит в насадке гидромонитора, назначение которой заключается в преобразовании статического давления воды в кинетическую энергию струи. По мере уменьшения сечения насадки при постоянном расходе воды скорость её увеличивается.

Завихрения потока в подводящем канале, неравномерность профиля, турбулентность на входе в насадку, возникновение кавитации при больших напорах ухудшают компактность струи и уменьшают её дальнобойность. На параметры струи влияют вязкость и плотность среды, в которой распространяется струя. Гидравлические и геометрические параметры определяют важнейшие показатели струи на контакте с разрушаемой породой: силу удара и удельное динамическое давление струи.

Увеличение гидростатического давления до глубины 200-300 м существенно ухудшает параметры струи [7]

Разрушение струёй в основном применяется при разработке слабо-связных и рыхлых горных пород и реже полускальных.

Размываемость породы определяется физико-геологическими факторами.

К гидравлическим факторам относятся напор и расход (диаметр насадки).

К технологическим факторам относятся условия воздействия струи на забой.

С увеличением пористости, трещиноватости, размокаемости и коэффициента фильтрации увеличивается скорость размыва, а с увеличением крепости, пластичности и коэффициента сцепления она уменьшается. В то же время содержание различных фракций минеральных частиц в горной породе и их сцепление также характеризуют её гидравлическую разрушаемость

Перемещение разрушенной струёй гидромонитора горной массы к всосу выдачного устройства происходит в потоке по почве камеры самотёчным или напорным потоком воды. Кроме того, самотёчная доставка может эффективно использоваться на поверхности от добычных скважин до карты намыва или перекачных землесосов.

Самотёчный транспорт возможен только при наличии определённого уклона. Подвижность смесей твёрдых частиц с жидкостями или газами зависит прежде всего от гранулометрического состава твёрдой фазы, её плотности и от количественного соотношения фаз. По преимущественному содержанию частиц определённых размеров в смеси с водой транспортируемый материал условно делится на фракции по крупности: кусковую (более 50 мм), крупнозернистую (от 10 до 50 мм), мелкозернистую (2-10 мм), песчаную (0,25-2 мм), пылеватую (0,05-0,25 мм), иловую (0,005-0,05 мм) и глинистую (менее 0,005 мм).

В потоке кусковая и крупнозернистая фракции перемещаются скачкообразно и волочением по дну потока, все же остальные фракции в основном перемещаются во взвешенном состоянии.

Подъём руды по скважине может быть осуществлён гидроэлеватором, эрлифтом или их комбинацией. Транспортирование руды от добычной скважины по трубам осуществляется землесосом или загрузочным аппаратом. При гидроэлеваторном подъёме рабочая вода из насадки гидроэлеватора, создавая вакуум в приёмной камере, засасывает поток гидросмеси и, смешиваясь с ним через диффузор, по трубам выдаёт её на поверхность.

Эрлифтный подъём, несмотря на низкий к.п.д. (10-30%), широко применяется для откачки пульпы ввиду своей простоты, надёжности и, главное, возможности свободного выноса абразивных частиц.

Землесосы являются наиболее распространенными аппаратами гидравлического транспортирования самых разнообразных горных пород и относятся к разновидности турбомашин, конструкция которых имеет специфику, обусловленную наличием твёрдого материала в транспортируемой гидросмеси.

Подъём гидросмеси из зумпфа до выходного отверстия рабочего колеса осуществляется за счёт разности между атмосферным давлением и давлением расхода у входа в рабочее колесо. Выбрасывание гидросмеси в напорный трубопровод осуществляется за счёт энергии, передаваемой потоку лопатками рабочего колеса через вал землесоса от двигателя.