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

Методы интенсификации трубопроводного транспортирования гидросмесей при закладке выработанного пространства

Авторы:
М. А. Васильева1
В. И. Голик2
А. А. Зеленцова3
Об авторах
  • 1 — канд. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus
  • 2 — д-р техн. наук профессор Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) ▪ Orcid ▪ Elibrary
  • 3 — aспирант Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Дата отправки:
2024-05-28
Дата принятия:
2024-11-07
Дата публикации онлайн:
2024-12-24

Аннотация

В работе представлен анализ преимуществ и ограничений дополнительных мер интенсификации транспортирования потока закладочной гидросмеси. Показаны результаты анализа условий применения насосного оборудования для перемещения потоков с различными реологическими свойствами. Приведены обобщения способов влияния на внутреннее сопротивление закладочных гидросмесей посредством механической активации, а также повышения текучести благодаря применению химических добавок. Представлены результаты исследований, подтверждающих целесообразность применения труб с полимерной футеровкой, которая показала свою эффективность при перекачивании потоков гидросмесей с различной концентрацией наполнителя. Разработана аналитическая модель движения гидросмеси в трубопроводе закладочного комплекса. Тенденции изменения давления, необходимого для обеспечения перемещения гидросмеси в трубопроводах различного диаметра, имеют экспоненциальный характер при условии постоянства свойств потока. Выполнена оценка влияния крупности частиц на режим движения формируемого гетерогенного потока, а также на распределение плотности потока по сечению, характеризующая расслоение и изменение реологических свойств закладочной гидросмеси. Сформулирована аналитическая модель централизованной миграции дисперсной фазы потока гидросмеси, описывающая влияние турбулентного перемешивания потока на поведение твердых частиц. Выполнена оценка вторичной диспергации твердой фракции гидросмеси, обуславливающая изменение консистенции потока. Выполненные исследования влияния коэффициента консистенции потока выявили, что переизмельчение фракций наполнителя гидросмеси способствует возрастанию потребного напора в трубопроводной системе.

Ключевые слова:
закладка выработанного пространства трубопроводный транспорт напор вспомогательное оборудование гетерогенный поток реологические характеристики консистенция
Online First

Литература

  1. Haoxuan Yu, Shuai Li, Xinmin Wang. The Recent Progress China Has Made in the Backfill Mining Method, Part I: The Theory and Equipment of Backfill Pipeline Transportation // Minerals. 2021. Vol. 11. Iss. 11. № 1274. DOI: 10.3390/min11111274
  2. Шабаров А.Н., Куранов А.Д. Основные направления развития горнодобывающей отрасли в усложняющихся горнотехнических условиях ведения горных работ // Горный журнал. 2023. № 5. С. 5-10. DOI: 10.17580/gzh.2023.05.01
  3. Шабаров А.Н., Носков В.А., Павлович А.А., Черепов А.А. Понятие геомеханического риска при ведении открытых горных работ // Горный журнал. 2022. № 9. С. 22-28. DOI: 10.17580/gzh.2022.09.04
  4. 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. 2021. Vol. 11. Iss. 12. № 1362. DOI: 10.3390/min11121362
  5. Неверов А.А., Неверов С.А., Кудря А.О. Слоевая система разработки при освоении глубоких горизонтов месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2022. Вып. 4. С. 273-287.
  6. Рассказов И.Ю., Потапчук Г.М., Мирошников В.И., Рассказова М.И. Оценка напряженно-деформированного состояния элементов системы разработки с закладкой с нисходящей выемкой // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 11. С. 116-124.
  7. Крупник Л.А., Шапошник Ю.Н., Шапошник С.Н. Пути повышения устойчивости обнажений закладочного массива на рудниках Казахстана // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 3. С. 319-327.
  8. 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
  9. Dino G.A., Cavallo A., Rossetti P. et al. Towards Sustainable Mining: Exploiting Raw Materials from Extractive Waste Facilities // Sustainability. 2020. Vol. 12. Iss. 6. № 2383. DOI: 10.3390/su12062383
  10. Зубов В.П., Ковальский Е.Р., Антонов С.В., Пачгин В.В. Повышение безопасности рудников при отработке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 5. C. 22-33. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-22-33
  11. Kumar M., Kumar G. Numerical prediction of slurry flows through 90° bend pipelines // Materials Today: Proceedings. 2023 (Online first). DOI: 10.1016/j.matpr.2023.01.382
  12. Samson R., Biello J.A. Longitudinal instability of slurry pipeline flow // International Journal of Multiphase Flow. 2017. Vol. 90. P. 57-63. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.12.005
  13. Ляшенко В.И., Франчук В.П. Повышение эффективности и безопасности трубопроводного транспорта твердеющих закладочных смесей в глубокие шахты // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2021. № 1. С. 15-26. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-1-15-26
  14. Агиней Р.В., Фирстов А.А. Совершенствование метода оценки изгибных напряжений в стенке подземного трубопровода // Записки Горного института. 2022. Т. 257. С. 744-754. DOI: 10.31897/PMI.2022.64
  15. Александров В.И., Кибирев В.И. Расчетная методика определения параметров напорного гидротранспорта хвостов обогащения руд // Обогащение руд. 2009. № 4. С. 39-41.
  16. Большунова О.М., Ватлина А.М., Коржев А.А. Влияние концентрации гидросмеси на энергоэффективность работы системы насос-пульпопровод // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2021: Сборник тезисов VIII Международной научно-практической конференции, 22-23 апреля 2021, Санкт-Петербург, Россия. СПб: Санкт-Петербургский горный университет, 2021. С. 147-149.
  17. Александрова Т.Н., Потемкин В.А. Разработка методики оценки процесса гидроциклонирования c учетом реологических параметров минеральной суспензии // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 908-916. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.12
  18. Iordanov I., Novikova Yu., Simonova Yu. et al. Experimental characteristics for deformation properties of backfill mass // Mining of Mineral Deposits. 2020. Vol. 14. Iss. 3. P. 119-127. DOI: 10.33271/mining14.03.119
  19. Конгар-Сюрюн Ч.Б., Фараджов В.В., Тюляева Ю.С., Хайрутдинов А.М. Исследование влияния активационной обработки на галитовые отходы обогащения при приготовлении закладочной смеси // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 1. С. 43-57. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-43-57
  20. Avksentiev S.Yu., Avksentieva E.Yu. Determining the Parameters of the Hydraulic Transport of Tailings for Processing Iron Ore // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 194. № 032003. DOI: 10.1088/1755-1315/194/3/032003
  21. Xian-qing Wang, Wen Wan, Zhong-liang Yao et al. Study on strength characteristics and thickening characteristics of classified-fine cemented backfill in gold mine // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 8361. DOI: 10.1038/s41598-023-35254-w
  22. Фролов Д.В. Исследование и обоснование подходов к оптимизации процессов сгущения угольных шламов // Вестник Кузбасского государственного университета. 2018. № 2. C. 61-69. DOI: 10.26730/1999-4125-2018-2-61-69
  23. Kaiwei Chu, Jiang Chen, Aibing Yu, Williams R.A. Numerical studies of multiphase flow and separation performance of natural medium cyclones for recovering waste coal // Powder Technology. 2017. Vol. 314. P. 532-541. DOI: 10.1016/j.powtec.2016.10.047
  24. Yulong Zhang, Peikun Liu, Linjing Xiao et al. Effect of Cone-Plate Clarifier Structure Parameters on Flocculation Efficiency // Separations. 2022. Vol. 9. Iss. 1. № 6. DOI: 10.3390/separations9010006
  25. Куликова А.А., Ковалева А.М. Применение хвостов обогащения в качестве закладки выработанного пространства рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021. № 2-1. С. 144-154. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-144-154
  26. Русаков М.И., Шилов А.В. Технология подземного пульпоприготовления с использованием мобильных закладочных материалов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 144-150. DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-144-150
  27. 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
  28. Рыльникова М.В, Ангелов В.А., Туркин И.С. Обоснование технологической схемы и комплекса оборудования для утилизации текущих хвостов обогащения в выработанном подземном пространстве // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 9. С. 62-69.
  29. Yunguang Ji, Hao Song, Zhanpu Xue et al. A Review of the Efficiency Improvement of Hydraulic Turbines in Energy Recovery // Processes. 2023. Vol. 11. Iss. 6. № 1815. DOI: 10.3390/pr11061815
  30. Khalil M., Jan B.M. Herschel-Bulkley rheological parameters of a novel environmentally friendly lightweight biopolymer drilling fluid from xanthan gum and starch // Journal of Applied Polymer Science. 2012. Vol. 124. Iss. 1. P. 595-606. DOI: 10.1002/APP.35004
  31. Lyu Fuyan, Ling Chunhui, Li Hao et al. Experimental research of how the boundary layer lower the pipe drag reduction in transport of dense paste // Lubrication Science. 2017. Vol. 29. Iss. 6. P. 411-422. DOI: 10.1002/ls.1377
  32. 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
  33. Yuankun Liao, Kai Cheng, Wuhe Sun, Yan Zhao. Study on pumping wear characteristics of concrete pipeline based on CFD-DEM coupling // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. № 16119. DOI: 10.1038/s41598-023-42995-1
  34. Yong Wang, Gang-feng Yang, Cheng-liang Ma et al. Quantitative Test and Engineering Application of Wear Resistance of a Kind of Mine-Filled Composite Pipeline // Frontiers in Materials. 2022. Vol. 8. № 744944. DOI: 10.3389/fmats.2021.744944
  35. 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
  36. 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
  37. Александров В.И., Сержан С.Л., Кибирев В.И. Эффективность применения полиуретановых покрытий внутренней поверхности пульповодов в системах гидротранспорта хвостовых пульп // Обогащение руд. 2020. № 4. С. 35-41. DOI: 10.17580/or.2020.04.06
  38. Пуляевский А.М., Мамаев Ю.А., Литвинцев В.С. Исследование гидравлических сопротивлений двухфазных гидросмесей в сужающихся желобах // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. № 3. С. 58-64.
  39. Scott S.H., Abt S.R. Hydraulic Transport of Fine and Coarse Sediment Mixtures in Pipelines // Journal of Transportation Engineering. 2002. Vol. 128. Iss. 1. P. 1-8. DOI: 10.1061/(asce)0733-947x(2002)128:1(1)
  40. 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
  41. Литвинова Т.Е., Царева А.А., Полторацкая М.Е., Рудко В.А. Механизм и термодинамика процесса сорбции этилового спирта на активированном нефтяном коксе // Записки Горного института. 2024. Т. 268. С. 625-636.
  42. Pullum L. High Concentration, Coarse Particle, Hydraulic Conveying // Advances in Slurry Technology. IntechOpen, 2022. 21 p. DOI: 10.5772/intechopen.107230
  43. Демьянов С.Е. Моделирование трубопроводного транспортирования пастообразных пульп // Записки Горного института. 2009. Т. 182. С. 74-77.
  44. van der Zanden A.J.J. Heat and mass transfer in heterogeneous media where a phase transition takes place // Chemical Engineering Science. 2000. Vol. 55. Iss. 24. P. 6235-6241. DOI: 10.1016/S0009-2509(00)00404-8
  45. Cho K., Irvine Jr. T.F. Determination of the density of non-Newtonian fluids // Experimental Thermal and Fluid Science. 1993. Vol. 7. Iss. 2. P. 175. DOI: 10.1016/0894-1777(93)90310-F
  46. Gabdulkhakov R.R., Rudko V.A., Pyagay I.N. Methods for modifying needle coke raw materials by introducing additives of various origin (review) // Fuel. 2022. Vol. 310. Part A. № 122265. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122265
  47. Vlasak P., Chara Z. Effect of Particle Size Distribution and Concentration on Flow Behavior of Dense Slurries // Particulate Science and Technology. 2011. Vol. 29. Iss. 1. P. 53-65. DOI: 10.1080/02726351.2010.508509
Статистика
Просмотр аннотаций
29
Просмотр полного текста
9
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Модель движения земной коры в ITRF2020 – исследование на примере Северного Вьетнама
2024 Буй Тхи Хонг Тхам, Фи Чыонг Тхань
Повышение интерпретируемости моделей прогнозирования электропотребления горно-добывающих предприятий с помощью аддитивного объяснения Шепли
2024 П. В. Матренин, А. И. Степанова
Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений
2022 С. И. Фомин, М. П. Овсянников
Сравнительный анализ фракционирования изотопов азота и углерода при образовании алмаза на основе определения β-факторов
2024 Д. П. Крылов
Обоснование безопасной эксплуатации закрытого угольного склада по газовому фактору
2024 С. Г. Гендлер, А. Ю. Степанцова, М. М. Попов
Влияние механической и тепловой обработки на характеристики сапонитсодержащего материала
2024 Т. Н. Орехова, М. Н. Сивальнева, М. А. Фролова, В. В. Строкова, Д. О. Бондаренко