Подать статью
Стать рецензентом
Online First
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Разработка оборудования и совершенствование технологии инерционного сгущения закладочных гидросмесей на финальных этапах транспортирования

Авторы:
А. А. Волчихина1
М. А. Васильева2
Об авторах
  • 1 — аспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Scopus
  • 2 — канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2023-12-15
Дата принятия:
2024-06-13
Дата публикации онлайн:
2024-11-18

Аннотация

Представлены результаты исследования функционирования разработанного сгустительного оборудования в составе закладочного комплекса для формирования потока гидросмеси повышенной концентрации. Представлена принципиальная схема, поясняющая работу гидротранспортной системы закладочного комплекса, оснащенной сгустителем разработанной конструкции. Создана математическая модель, описывающая механизм инерционной седиментации твердого компонента гидросмеси в рабочей камере, оборудованной гидродинамическими профилями. Взаимодействие с профилем приводит к расслаиванию потока благодаря изменению траектории движения и падению скорости. Обоснован интервал рациональной скорости первичной гидросмеси, поступающей на вход рабочей камеры инерционного сгустителя. Синтез решений модели процесса сгущения, выполненный в программах COMSOL Multiphysics и Ansys Fluent, позволил устранить физические противоречия в работе оборудования и обосновать значения габаритных размеров его основных элементов, обеспечивающих реализацию механизма инерционной седиментации гидросмеси. Выявлено, что концентрация сгущенного потока на выходном патрубке рабочей камеры сгустителя определяется уровнем скорости первичной гидросмеси, характерной длиной участка взаимодействия с отклоняющим профилем, а также соотношением углов обтекания и атаки. Составлена номограмма динамики изменения концентрации гидросмеси в сечении выходного патрубка в зависимости от соотношений габаритных размеров отклоняющего профиля рабочей камеры. Результаты исследования позволили сформулировать рекомендации по подбору габаритов отклоняющего гидродинамического профиля сгустителя для формирования потока гидросмеси с концентрацией около 50 % по массе. Разработанное оборудование может быть применено в закладочном комплексе, позволит увеличить дальность подачи закладочной смеси вследствие того, что поток первичной гидросмеси с низкой концентрацией за счет небольших потерь напора может быть перемещен в трубопроводной системе на большее расстояние, чем поток с повышенным содержанием наполнителя. Применение сгустителя на финальном этапе транспортирования позволит повысить концентрацию непосредственно перед выработкой.

Ключевые слова:
закладочные смеси инерционное сгущение высококонцентрированная гидросмесь реологические свойства сгуститель горные выработки параметрический синтез
Online First

Литература

  1. Зубов В.П., Анисимов К.А. Ресурсосберегающая технология подземной отработки запасов алмазосодержащих кимберлитовых рудных тел ниже дна карьера под защитной подушкой // Горный журнал. 2023. № 4. С. 26-37. DOI: 10.17580/gzh.2023.04.05
  2. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Перспективы развития технологии закладки выработанного пространства при подземной разработке рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 12. С. 5-10.
  3. Беликов А.А., Беляков Н.А. Методика прогноза напряженно-деформированного состояния междукамерных целиков, закрепленных податливой тросовой крепью // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 4. С. 20-34 (in English). DOI: 10.25018/0236_1493_2023_4_0_20
  4. Соколов И.В., Антипин Ю.Г., Никитин И.В. Принципы формирования и критерий оценки геотехнологической стратегии освоения переходных зон рудных месторождений подземным способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 151-160. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-151-160
  5. Атрощенко В.А., Александров В.И. Повышение эффективности транспортных трубопроводов закладочного комплекса применением полиуретанового покрытия // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 10-1. С. 25-38 (in English). DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_25
  6. Mengyi Liu, Haijun Lu, Qingkai Deng et al. Shear strength, water permeability and microstructure of modified municipal sludge based on industrial solid waste containing calcium used as landfill cover materials // Waste Management. 2022. Vol. 145. P. 20-28. DOI: 10.1016/j.wasman.2022.04.031
  7. Raffaldi M.J., Seymour J.B., Richardson J. et al. Cemented Paste Backfill Geomechanics at a Narrow-Vein Underhand Cut-and-Fill Mine // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019. Vol. 52. Iss. 12. P. 4925-4940. DOI: 10.1007/s00603-019-01850-4
  8. Монтянова А.Н., Трофимов А.В., Румянцев А.Е. и др. Опыт и эффективность применения пластифицированных закладочных смесей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2019. Т. 17. № 1. С. 18-25. DOI: 10.18503/1995-2732-2019-17-1-18-25
  9. Ковальский Е.Р., Громцев К.В., Петров Д.Н. Моделирование процесса деформирования междукамерных целиков в условиях закладки очистных камер // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 9. С. 87-101. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-9-0-87-101
  10. Shuai Li, Zeming Zhao, Haoxuan Yu, Xinmin Wang. The Recent Progress China Has Made in the Backfill Mining Method, Part II: The Composition and Typical Examples of Backfill Systems // Minerals. Vol. 11. Iss. 12. № 1362. DOI: 10.3390/min11121362
  11. Ковальский Е.Р., Громцев К.В. Разработка технологии закладки выработанного пространства при выемке // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 202-209. DOI: 10.31897/PMI.2022.36
  12. Анисимов К.А., Никифоров А.В. Современные технологии отработки алмазоносных месторождений // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 1. С. 196-208. DOI: 10.18799/24131830/2023/1/3837
  13. Kuskildin R.B., Vatlina A.M. Method of accelerated industrial testing of hydroabrasive wear of polymer coatings of steel pipes // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 1728. № 012029. DOI: 10.1088/1742-6596/1728/1/012029
  14. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Дзеранов Б.В. Комбинированная доставка твердеющих смесей на удаленные участки месторождений // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2017. № 4. C. 14-19. DOI: 10.26730/1999-4125-2017-4-14-19
  15. Ляшенко В.И., Голик В.И., Дмитрак Ю.В., Франчук В.П. Обоснование параметров вибросамотечного транспорта твердеющих закладочных смесей в шахты // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова. 2021. Т. 19. № 1. С. 4-16. DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-1-4-16
  16. Протосеня А.Г., Кутепов Ю.Ю. Прогноз устойчивости гидроотвалов на подрабатываемых подземными горными работами территориях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 3. С. 97-112. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-03-0-97-112
  17. Svakhina Y.A., Titova M.E., Pyagay I.N. Products of Apatite-Nepheline Ore Processing in the Synthesis of Low-Modulus Zeolites // Indonesian Journal of Science & Technology. 2023. Vol. 8. № 1. P. 49-64. DOI: 10.17509/ijost.v8i1.51979
  18. Волков Е.П., Вохмин С.А., Анушенков А.Н., Голованов А.И. Разработка рецептур и механизма активации закладочных смесей для подземной разработки полезных ископаемых с использованием хвостов обогащения // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2014. Т. 7. № 3. С. 295-303.
  19. Стовманенко А.Ю., Анушенков А.Н. Повышение эффективности системы трубопроводного транспорта литых закладочных смесей при их механической активации в условиях подземной разработки месторождений полезных ископаемых // Известия Уральского государственного горного университета. 2016. Вып. 1 (41). С. 94-102.
  20. Голик В.И., Комащенко В.И., Шкуратский Д.Н. Оптимизация состава твердеющих смесей по геомеханическим условиям при подземной разработке рудных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 3. С. 164-176.
  21. Hengfeng Liu, Jixiong Zhang, Baiyi Li et al. Environmental behavior of construction and demolition waste as recycled aggregates for backfilling in mines: Leaching toxicity and surface subsidence studies // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 389. № 121870. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121870
  22. Jiahao Qin, Jian Zheng, Li Li. An analytical solution to estimate the settlement of tailings or backfill slurry by considering the sedimentation and consolidation // International Journal of Mining Science and Technology. 2021. Vol. 31. Iss. 3. P. 463-471. DOI: 10.1016/j.ijmst.2021.02.004
  23. Смирнов О.Ю. Исследование условий применения систем разработки месторождений с закладкой в различных горно-геологических условиях // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 5. С. 14-20. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-5-14-20
  24. Голик В.И., Цидаев Т.С., Цидаев Б.С. Повышение эффективности добычи руд на основе комбинирования традиционных и инновационных технологий // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 4. С. 11-18.
  25. Пирогов Г.Г., Воронов Е.Т. Комбинированная гранулированная закладка при сплошной выемке руд прирезками // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 3-2. С. 125-132. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_32_0_125
  26. Матвеенко В.Н., Кирсанов Е.А. Структурное обоснование Неньютоновского течения // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2017. Т. 58. № 2. С. 59-82.
  27. Матвиенко О.В., Базуев В.П., Черкасов И.C., Асеева А.Е. Исследование гидравлических характеристик потока водно-песчаной суспензии в трубе // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 2. С. 129-144. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-2-129-144
  28. Daihui Lu, Christov I.C. Physics-informed neural networks for understanding shear migration of particles in viscous flow // International Journal of Multiphase Flow. 2023. Vol. 165. № 104476. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2023.104476
  29. Shammazov I., Karyakina E. The LNG Flow Simulation in Stationary Conditions through a Pipeline with Various Types of Insulating Coating // Fluids. 2023. Vol. 8. Iss. 2. № 68. DOI: 10.3390/fluids8020068
  30. Матвиенко О.В., Литвинова А.Е. Исследование установившегося течения высокопарафинистого битумного вяжущего, описываемого моделью Балкли – Гершеля, в цилиндрической трубе // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 4. С. 79-99. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-4-79-99
  31. Ильинов М.Д., Петров Д.Н., Колонтаевский Е.В., Страупник И.А. Исследование возможности применения акрилатов в качестве заполнителя кейлькранца при разработке соляных толщ на больших глубинах // Горный журнал. 2023. № 8. С. 77-87. DOI: 10.17580/gzh.2023.08.10
  32. Seiphoori A., Gunn A., Kosgodagan Acharige S. et al. Tuning Sedimentation Through Surface Charge and Particle Shape // Geophysical Research Letters. 2021. Vol. 48. Iss. 7. № e2020GL091251. DOI: 10.1029/2020GL091251
  33. Васильева М.А., Волчихина А.А., Морозов М.Д. Оборудование и технологии для проведения работ по дозакладке выработанного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 6. С. 133-144. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_6_0_133
  34. Ляшенко В.И., Хоменко О.Е., Чекушина Т.В. и др. Развитие технологий и технических средств для управления техногенными образованиями и отходами горнометаллургического производства // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 12. С. 132-148. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_132
  35. Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A. et al. Justification for Criteria for Evaluating Activation and Destruction Processes of Complex Ores // Minerals. 2023. Vol. 13. Iss. 5. № 684. DOI: 10.3390/min13050684
  36. Кибирев В.И., Бауман А.В., Никитин А.Е. О создании современных российских сгустителей // Горная промышленность. 2017. № 5 (135). С. 32-34.
  37. Бауман А.В. О модернизации отечественных радиальных сгустителей // Обогащение руд. 2013. № 1. С. 44-49.
  38. Ел Моутеа О., Ел Амри Х., Ел Аккад А. Метод конечных элементов для задачи Стокса – Дарси с новым граничным условием // Сибирский журнал вычислительной математики. 2020. Т. 23. № 2. С. 165-181. DOI: 10.15372/SJNM20200205
  39. Scutaru M.L., Guendaoui S., Koubaiti O. et al. Flow of Newtonian Incompressible Fluids in Square Media: Isogeometric vs. Standard Finite Element Method // Mathematics. 2023. Vol. 11. Iss. 17. № 3702. DOI: 10.3390/math11173702
  40. Togun H., Homod R., Sadeghinezhad E., Kazi S.N. Navier-Stokes Equations and High-Resolutions: Advancements in Accurate Incompressible Flow Simulations // Knowledge-Based Engineering and Sciences. 2023. Vol. 4. № 2. P. 51-59. DOI: 10.51526/kbes.2023.4.2.51-59
  41. Васильева М.А., Фёйт С. Мультифизическая модель течения гетерогенного потока при движении по каналу переменного сечения // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 558-562. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.558
  42. Adamczyk W.P., Klimanek A., Białecki R. et al. Comparison of the standard Euler – Euler and hybrid Euler – Lagrange approaches for modeling particle transport in a pilot-scale circulating fluidized bed // Particuology. 2014. Vol. 15. P. 129-137. DOI: 10.1016/J.PARTIC.2013.06.008
  43. Esgandari B., Rauchenzauner S., Goniva C. et al. A comprehensive comparison of Two-Fluid Model, Discrete Element Method and experiments for the simulation of single- and multiple-spout fluidized beds // Chemical Engineering Science. 2023. Vol. 267. № 118357. DOI: 10.1016/j.ces.2022.118357
  44. Yongchao Li, Defu Che, Yinhe Liu. CFD simulation of hydrodynamic characteristics in a multiple-spouted bed // Chemical Engineering Science. 2012. Vol. 80. P. 365-379. DOI: 10.1016/J.CES.2012.06.003
  45. Careaga J., Gatica G.N. Coupled mixed finite element and finite volume methods for a solid velocity-based model of multidimensional sedimentation // ESAIM: Mathematical Modelling and Numerical Analysis. 2023. Vol. 57. N 4. P. 2529-2556. DOI: 10.1051/m2an/2023057
  46. Fukui T., Kawaguchi M., Morinishi K. Numerical study on the inertial effects of particles on the rheology of a suspension // Advances in Mechanical Engineering. 2019. Vol. 11. Iss. 4. 10 p. DOI: 10.1177/1687814019847000
  47. Tak Shing Lo, Koplik J. Channeling and stress during fluid and suspension flow in self-affine fractures // Physical Review E. 2014. Vol. 89. Iss. 2. № 023010. DOI: 10.1103/PhysRevE.89.023010
  48. Voulgaropoulos V., Jamshidi R., Mazzei L., Angeli P. Experimental and numerical studies on the flow characteristics and separation properties of dispersed liquid-liquid flows // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31. Iss. 7. № 073304. DOI: 10.1063/1.5092720
  49. Wenwei Liu, Chuan-Yu Wu. Analysis of inertial migration of neutrally buoyant particle suspensions in a planar Poiseuille flow with a coupled lattice Boltzmann method-discrete element method // Physics of Fluids. 2019. Vol. 31. Iss. 6. № 063301. DOI: 10.1063/1.5095758
  50. Ce Xu. Some Evaluation of Infinite Series Involving Trigonometric and Hyperbolic Functions // Results in Mathematics. 2018. Vol. 73. Iss. 4. № 128. DOI: 10.1007/s00025-018-0891-9
Статистика
Просмотр аннотаций
16
Просмотр полного текста
6
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Оценка экологического состояния водных экосистем по изучению донных отложений озер
2024 М. А. Чукаева, Т. В. Сапелко
Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений
2022 С. И. Фомин, М. П. Овсянников
Палеопротерозойский Салтахский плутон (Анабарский щит): вещественный состав, возраст, геодинамическая обстановка формирования
2024 Н. И. Гусев, Л. Ю. Романова
Исследование строения порового пространства зерен щебня из гранита и габбродолерита различной крупности
2024 Е. Е. Каменева, В. С. Никифорова
Современные подходы к обогащению баритовых руд
2024 Н. В. Юркевич, Т. В. Грошева, А. В. Еделев, В. Н. Гуреев, Н. А. Мазов
Анализ оценки перспективности захоронения СО2 в неизученных водоносных комплексах на примере объекта Пермского края
2024 Риази Масуд, П. Ю. Илюшин, Т. Р. Балдина, Н. С. Санникова, А. В. Козлов, К. А. Равелев