Скважинный гидромониторно-эрлифтный снаряд для гидродобычи россыпных и осадочных полезных ископаемых

Скважинный гидромониторно-эрлифтный снаряд (СГЭС) гидродобычи россыпных и осадочных полезных ископаемых, таких как строительные пески, асфальтиты, глауконитовые пески, россыпное золото, алмазы, сапфиры, др. предназначен для малого самоходно-передвижного оборудования, используемого при геологическом апробировании месторождений и эксплуатационной СГД. Обычная глубина разработки варьируется от 15 до 450 м, средняя – 25-140 м.

Наиболее эффективным скважинным гидромониторно-эрлифтным снарядом для работы на глубинах 65 м (как пример) в малом горном бизнесе признан СГЭС «труба в трубе» с двумя гидромониторными горизонтальными насадками, одной вертикальной и воздухоподающей эрлифтной трубой с перфорированным наконечником опущенной в пульпоподъемную трубу на расчетную глубину.

СГЭС комплектуется на самоходной или передвижной буро-добычной установке (БДУ), например, типа УГБ, УРБ самоходного исполнения вместе с компрессорным оборудованием.

Приводим пример расчета СГЭС для СГД песчано-глинистых золотовмещающих пород россыпного месторождения на Мадагаскаре.

Расчет скважинного гидромониторно-эрлифтного снаряда для добычи песчано-глинистых пород с глубины 35 м

1. Исходные данные:

· Глубина скважины: 35 м

· Плотность породы: 2400–2600 кг/м³ (примем 2500 кг/м³)

· Внутренний диаметр пульпоподъемной трубы: 258 мм

· Внутренний диаметр водоподающей трубы: 73 мм

· Внутренний диаметр воздухоподающей трубы: 44 мм

· Количество гидромониторов:

o Горизонтальные (разрушение породы): 2 шт.

o Вертикальный (гидросмесь): 1 шт.

· Диаметр насадки вертикального гидромонитора: 2/3 от горизонтальных

· Дальность размыва струей: 4 м

· Производительность насоса: 120 м³/ч (33,3 л/с) (2 параллельно соединенных насоса 9Т, четвертая скорость)

· Напор насоса: 4,5 МПа (≈ 450 м вод. ст.)

2. Расчет гидромониторных насадок

2.1. Давление и скорость струи

Принимаем рабочее давление на гидромониторах 3 МПа (30 атм).

Скорость струи:

2.2. Диаметр насадок горизонтальных гидромониторов

Общий расход воды: 33,3 л/с
Распределение:

· Горизонтальные (2 шт.): 80% → 26,6 л/с (13,3 л/с каждый)

· Вертикальный (1 шт.): 20% → 6,7 л/с

Для горизонтальных гидромониторов (2 шт.):

Принимаем d = 15 мм

Для вертикального гидромонитора (1 шт.):

Проверка расхода:

(Совпадает с расчетным 6,7 л/с с учетом потерь.)

3. Расчет эрлифтного подъема

3.1. Расход пульпы

Скорость подъема пульпы в трубе 258 мм:
Оптимальная скорость для предотвращения осаждения песка: 2–3 м/с (примем 2,5 м/с).

3.2. Расход воздуха для эрлифта

Давление воздуха на глубине 35 м:

Рабочее давление компрессора: 4–5 атм (изб.)

Коэффициент эрлифта (K = Qвозд/Qпульпы) для песка: 2–4 (примем 3).

3.3. Подбор компрессора

Подходит КОМПРЕССОР ВП-30/8 (Россия):

· Производительность: 30 м³/мин

· Давление: 0,8 МПа (8 атм)

4. Расчет добычи породы

При содержании твердого в пульпе 30%:

При плотности породы 1,6 т/м³ (в разрыхленном состоянии):

Итоговые параметры:

· Диаметр насадок:

o Горизонтальные гидромониторы: 15 мм

o Вертикальный гидромонитор: 10 мм

· Насос: 120 м³/ч, 4,5 МПа (подходит заданный)

· Компрессор: ВП-30/8 (30 м³/мин, 0,8 МПа)

· Производительность:

o Пульпа: 470 м³/ч

o Песчано-глинистая порода: ≈226 т/ч

Этот расчет обеспечит эффективную работу гидромониторно-эрлифтной системы для добычи песчано-глинистых пород с глубины 35 м.

Перепроверка дальности размыва пород гидромониторной струей (4 м)

1. Исходные данные для расчета струи:

· Давление на выходе из гидромонитора: 3 МПа (30 атм)

· Скорость струи: 77,5 м/с (рассчитана ранее)

· Диаметр насадки горизонтального гидромонитора: 15 мм

· Расход воды через один гидромонитор: 13,3 л/с

· Дальность размыва: 4 м (требуемая)

2. Расчет дальности действия незатопленной струи

Дальность струи зависит от:

· Начальной скорости воды (v0 = 77,5 м/с)

· Диаметра насадки (d0 = 15 мм)

· Угла наклона струи (горизонтальные гидромониторы → 0°)

Формула для незатопленной струи в воздухе (без учета сопротивления воздуха):

Для горизонтальной струи (α=0):

Уточненный подход (с учетом аэродинамики):
Эмпирическая формула для дальности струи высокого давления:

где:

· k – коэффициент (для воды ≈15–25, примем 20)

· P = 3⋅106 Па

· ρ = 1000 кг/м³

Подставляем:

Вывод: Теоретическая дальность струи превышает 4 м даже с учетом потерь.

3. Проверка с учетом реальных условий (сопротивление воздуха, кавитация)

На практике дальность сокращается из-за:

· Сопротивления воздуха (≈30–50% потерь).

· Турбулентности и распада струи.

Скорректированная оценка:

Итог: Даже с учетом потерь струя 15 мм при 3 МПа обеспечит размыв на 4 м.

4. Проверка по эмпирическим данным

Для гидромониторов с давлением 2–5 МПа и диаметром 10–20 мм:

· Дальность струи обычно 5–15 м.

Заключение:

· Диаметр 15 мм и давление 3 МПа обеспечивают размыв на 4 м с запасом.

· Если требуется точное управление, можно уменьшить диаметр до 12–14 мм (но это снизит производительность).

Окончательные параметры:

· Диаметр насадок:

o Горизонтальные: 15 мм (размыв 4+ м)

o Вертикальный: 10 мм

· Давление: 3 МПа (насос 4,5 МПа с учетом потерь в трубах).

Расчет подтверждает, что система будет работать эффективно.

Рекомендации: 1) Провести уточненную оценку горно-геологических условий и запасов полезного ископаемого выбранного месторождения. 2) Сделать технико-экономическую оценку будущего бизнеса, заключить договор для подготовки технологической концепции будущего предприятия с автором технологии, проектного обоснования и оборудования.
✅ Начать с пилотного проекта опытно-примышленного участка СГД
✅ Отработать технологический режим СГД на опытно-промышленном участке
✅ Изготовить оборудование СГГС с учетом полученных данных на опытно-промышленном участке.

Прочитать и скачать статью в формате PDF можно на нашем канале в в ВК по настоящей ссылке