Гидромеханизация

Гидромонитор

Скорость и расход струи, подбор диаметра насадки, расход воды на размыв, число гидромониторов и безопасное расстояние до забоя.

Физический смысл

Гидромонитор превращает напор воды в скорость струи: чем выше напор, тем быстрее струя и сильнее её удар о забой. Расход воды зависит от площади насадки и скорости истечения. Количество воды на размыв определяется трудностью размыва грунта — удельным расходом воды на кубометр породы.

Струя

Формулы

v=φ2gHv = \varphi \sqrt{2 g H}
Q=μ⋅πd24⋅2gHQ = \mu \cdot \dfrac{\pi d^2}{4} \cdot \sqrt{2 g H}
N=ρgQH1000N = \dfrac{\rho g Q H}{1000}
R=ρ⋅Q⋅vR = \rho \cdot Q \cdot v

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Диаметр насадки, d Диаметр выходного отверстия насадки. Обычно: 50–175 мм мм 100
Напор перед насадкой, H Напор воды перед насадкой гидромонитора в метрах водяного столба (1 МПа ≈ 102 м). Обычно: 30–150 м в зависимости от группы грунта м 80
Коэффициент расхода насадки, μ Учитывает сжатие струи и потери в насадке. Обычно: 0,85–0,98; для конической сходящейся насадки ≈ 0,94 0,94
Коэффициент скорости, φ Отношение действительной скорости вылета к теоретической. Обычно: 0,92–0,96 0,94

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Скорость вылета струи, v v = φ·√(2·g·H). м/с 37,241
Расход воды, Q Q = μ·(π·d²/4)·√(2·g·H). м³/ч 1052,967
Расход воды Тот же расход в л/с. л/с 292,491
Мощность струи, N Гидравлическая мощность перед насадкой: N = ρ·g·Q·H/1000. кВт 229,547
Реакция струи, R R = ρ·Q·v — сила, действующая на ствол гидромонитора. Н 10 892,676
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 4 шага
v=0,94⋅2⋅9,81⋅80=37,241 м/сv = 0{,}94 \cdot \sqrt{2 \cdot 9{,}81 \cdot 80} = 37{,}241\ \text{м}/\text{с}

Скорость вылета струи: 37,241 м/с

Q=0,94⋅π⋅0,124⋅2⋅9,81⋅80=0,2925 м3/с=1052,967 м3/чQ = 0{,}94 \cdot \dfrac{\pi \cdot 0{,}1^2}{4} \cdot \sqrt{2 \cdot 9{,}81 \cdot 80} = 0{,}2925\ \text{м}^3/\text{с} = 1052{,}967\ \text{м}^3/\text{ч}

Расход воды: 1052,967 м³/ч (292,491 л/с)

N=1000⋅9,81⋅0,2925⋅801000=229,547 кВтN = \dfrac{1000 \cdot 9{,}81 \cdot 0{,}2925 \cdot 80}{1000} = 229{,}547\ \text{кВт}

Мощность струи: 229,547 кВт

R=1000⋅0,2925⋅37,241=10893 НR = 1000 \cdot 0{,}2925 \cdot 37{,}241 = 10893\ \text{Н}

Реакция струи: 10,893 кН

Допущения

  • H — напор непосредственно перед насадкой (за вычетом потерь в водоводе и стволе гидромонитора).
  • d — в метрах, ρ = 1000 кг/м³, g = 9,81 м/с².

Насадка

Формулы

d=4Qπμ2gHd = \sqrt{\dfrac{4 Q}{\pi \mu \sqrt{2 g H}}}

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Требуемый расход воды, Q Расход воды через один гидромонитор. Обычно: 200–4000 м³/ч м³/ч 1000
Напор перед насадкой, H Напор воды перед насадкой гидромонитора в метрах водяного столба (1 МПа ≈ 102 м). Обычно: 30–150 м в зависимости от группы грунта м 80
Коэффициент расхода насадки, μ Учитывает сжатие струи и потери в насадке. Обычно: 0,85–0,98; для конической сходящейся насадки ≈ 0,94 0,94

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Диаметр насадки, d d = √(4·Q/(π·μ·√(2·g·H))). Принимают ближайшую стандартную насадку. мм 97,452
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 1 шаг
d=4⋅0,2778π⋅0,94⋅2⋅9,81⋅80=97,452 ммd = \sqrt{\dfrac{4 \cdot 0{,}2778}{\pi \cdot 0{,}94 \cdot \sqrt{2 \cdot 9{,}81 \cdot 80}}} = 97{,}452\ \text{мм}

Диаметр насадки: 97,452 мм (Q = 0,2778 м³/с)

Размыв

Формулы

Qв=Пг⋅qQ_{\text{в}} = \text{П}_{\text{г}} \cdot q
n=⌈QвQгм⌉n = \left\lceil \dfrac{Q_{\text{в}}}{Q_{\text{гм}}} \right\rceil
lmin=α⋅Hзl_{min} = \alpha \cdot H_{\text{з}}

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Производительность по грунту, Пг Требуемая часовая производительность размыва по грунту в целике. Обычно: по производственной программе м³/ч 250
Удельный расход воды, q Расход воды на размыв 1 м³ грунта в целике. Обычно: 3,3–12,6 м³/м³ в зависимости от группы грунта и высоты забоя (кнопка «Удельный расход воды по группе грунта») м³/м³ 8
Расход одного гидромонитора, Qгм Расход воды через один гидромонитор при выбранных насадке и напоре. Обычно: режим «Струя» этого калькулятора м³/ч 1000
Высота забоя, Hз Высота размываемого уступа. Обычно: 3–30 м м 12
Коэффициент безопасного расстояния, α Отношение минимального расстояния от гидромонитора до забоя к высоте уступа. Обычно: не менее 0,8; для глинистых, плотных и лёссовидных пород, способных к обрушению глыбами, — не менее 1,2; при размыве боковым забоем — не менее 0,4 0,8

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Потребный расход воды, Qв Qв = Пг·q. м³/ч 2000
Число рабочих гидромониторов, n n = Qв/Qгм с округлением вверх. Резервные гидромониторы добавляют отдельно. шт 2
Минимальное расстояние до забоя, lmin lmin = α·Hз — из условия безопасности при обрушении забоя. м 9,6
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 3 шага
Qв=250⋅8=2000 м3/чQ_{\text{в}} = 250 \cdot 8 = 2000\ \text{м}^3/\text{ч}

Потребный расход воды: 2000 м³/ч

n=⌈20001000⌉=2n = \left\lceil \dfrac{2000}{1000} \right\rceil = 2

Рабочих гидромониторов: 2

lmin=0,8⋅12=9,6 мl_{min} = 0{,}8 \cdot 12 = 9{,}6\ \text{м}

Минимальное расстояние до забоя: 9,6 м

Допущения

  • Удельный расход воды q соответствует группе грунта и высоте забоя.

Куда использовать результат

  • Расход воды, Q → Гидромонитор («Размыв»). Расход одного гидромонитора нужен, чтобы найти их число.

В приложении после расчёта появится блок «Использовать дальше» — значение подставится само.

Источники

  • Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: учебник для вузов. — 3-е изд. — М.: Недра, 1985. — 471 с. — Гидромониторная разработка, землесосы, гидротранспорт, гидроотвалы; удельные расходы воды по группам грунтов.
  • Ялтанец И.М. Проектирование открытых гидромеханизированных и дражных разработок месторождений: учеб. пособие для вузов. — 3-е изд. — М.: Изд-во МГГУ, 2003. — 758 с. — Гидромониторный размыв, гидротранспорт (формулы Кнороза, ВНИИГ, Смолдырева), земснаряды, производительность драг.
  • ЕНиР. Сборник Е2. Земляные работы. Вып. 2. Гидромеханизированные земляные работы. — М.: Стройиздат, 1987. — 92 с. — Группы грунтов по трудности разработки, удельные расходы воды и напоры (табл. 17–18). Не действует, используется как справочный.
  • Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твёрдых полезных ископаемых» (утв. приказом Ростехнадзора от 08.12.2020 № 505). — Высота уступа и ширина площадок — по проекту (пп. 974, 977); расстояние от гидромонитора до забоя (п. 1069); водоотлив.
Esc — закрыть