Гидротранспорт (гидравлический транспорт) полезных ископаемых является одним из видов трубопроводного транспорта, при котором потоки воды или смеси несут с собой по трубам сыпучие материалы, либо переносится с помощью нагнетателя гомогенная среда. [9]

Благодаря известным достоинствам эти виды транспорта находят применение при перемещении: полезных ископаемых (угля, песка, гравия, нефти, растворов солей и многого другого) от места добычи к потребителю; отходов обогатительных фабрик; золы и шлака тепловых электростанций в отвалы; пустой породы к месту складирования и др.

Во многих схемах гидротранспорта имеются вертикальные или наклонные участки, например:

• подъём твердого материала из подземных выработок или со дна различных водоёмов при добыче полезных ископаемых;
• подъём капельной жидкости (воды, нефти и др.) на поверхность.

Как показали теоретические и экспериментальные исследования Донецкого национального технического университета и других научных центров, а также опыты эксплуатации созданных ими гидросистем, иногда весьма целесообразно использовать эрлифтные установки.

Как показывает анализ работы гидротранспортных систем на горных предприятиях, эффективность использования этого вида транспорта не соответствует его техническим возможностям: высока трудоемкость работ при эксплуатации оборудования, высок гидроабразивный износ установок и трубопроводов, низок рабочий ресурс насосов, высоки металлоемкость и энергоемкость гидротранспортных систем. Так удельный расход электроэнергии на 1 м3 при гидравлическом транспортировании составляет: гравия – 4,9-6,6 кВт•ч; песка –3,2-3,6; хвостов обогащения – 21,4 кВт•ч; угля – 24,2-25,5 кВт•ч. Срок службы трубопроводов при транспортировании крупно-фракционного материала не превышает 6-8 месяцев, мелкофракционного материала – не более года, а удельный расход труб составляет 0,5-1,5 кг/м3. Ежегодная потребность в трубопроводах в горной промышленности составляет 2,5 – 3,5 млн. погонных метров.

Одним из наиболее сложных и аварийных звеньев в технологической цепочке обогатительного предприятия является водно-шламовая система. Это связано с тем, что взвешенная угольно-породная смесь имеет очень высокую абразивность, что негативно влияет на транспортные механизмы и их узлы, содержащие большое количество подвижных и трущихся деталей. В результате абразивного износа значительно снижается ресурс механизмов и в конечном итоге значительно снижается их надёжность и возрастает аварийность. Одним из таких элементов транспортной системы на обогатительном предприятии являются элеваторы, предназначенные для подъёма и обезвоживания влажного концентрата.

Для исключения из технологической цепочки потенциально ненадёжного и высокоаварийного звена, считаю целесообразным установку эрлифтов вместо существующих элеваторов ЭОС-6. Данное решение позволит повысить надёжность и снизить аварийность водно-шламовой системы.

С современным уровнем технического развития, совершенствование систем предприятия играет важную роль в его конкурентоспособности. Замена элеваторов эрлифтной установкой позволит:

• значительно повысить надёжность гидротранспортной системы предприятия;
• снизить затраты на капитальный ремонт и обслуживание;
• уменьшить пространство занимаемое установкой;
• сократить затраты электроэнергии

Эрлифтные подъемники впервые были предложены в 1846 году Кокфордом в Пенсильвании и почти одновременно Сименсом в Англии. Но практическое применение эрлифт получил только с 1891 года. Эрлифт является одним из наиболее простых способов подъема жидкости. Принцип действия эрлифта основан на том, что в двух сообщающихся сосудах соотношение уровней жидкостей обратно пропорционально их удельным весам. При подаче воздуха по воздушным трубам в смеситель, расположенный ниже динамического уровня жидкости в скважине на 40-70 метров, образуется водовоздушная смесь (пульпа) удельный вес которой значительно ниже удельного веса воды. Водовоздушная смесь, из-за разности удельных весов поднимается по водоподъемным трубам к устью скважины и изливается в водосборник. Эрлифтная установка состоит из компрессора, воздушных труб, водоподъемных труб и смесителя. [1]

В настоящее время существует 3 системы эрлифтов (рис. 1), отличающихся по взаимному расположению воздушных и водоподъемных труб в скважине:

1. концентрически, когда воздух подается по воздушным трубам расположенным внутри водоподъемных, а пульпа поднимается по кольцевому зазору между трубами (центральная система или система Поле) (рис.1а);
2. воздушные и водоподъемные трубы располагаются в скважине параллельно друг другу ("рядом" или система Мамут) (рис. 1б);
3. концентрически, но воздух подается по кольцевому зазору между трубами, а пульпа поднимается по центральной водоподъемной трубе (система Сандерса).

Достаточно широкое применение нашли эрлифтные насосы для создания внутрискважинной циркуляции жидкости. Поскольку при спускоподъёмных операциях с двойной колонной труб эрлифта применяется обычный буровой инструмент, то разработаны конструкции соединений двойной колонны труб замками. Такой способ крепления эрлифтных труб позволяет ускорить спуско-подьемные операции, а также дает возможность при необходимости легко вынимать центральные трубки. [2]

Всесоюзным научно-исследовательским институтом методики и техники разведки (ВИТР) Министерства геологии разработаны две конструкции эрлифтных снарядов, принципиально отличающихся выполнением внутренней воздухоподводящей трубы, которая может быть как металлической, так и гибкой полиэтиленовой. Снаряд эрлифтный СЭ-63,5 представляет собой колонну водоподъемных труб, внутри которой размещены металлические воздухоподающие трубки. Эрлифтные трубы собраны в секции (свечи). Внутренняя трубка предназначается для прохода сжатого воздуха и представляет собой собственно трубку (длина подгоняется при сборке свечи), с одной стороны которой вварена опорная втулка, а с другой - нарезана внутренняя резьба. С помощью втулки, имеющей наружную резьбу, внутренняя трубка закрепляется в переходнике. Снизу (в ниппеле) трубка закрепляется с помощью натяжного винта. Опорная втулка, трубка внутренняя и натяжной винт образуют единый канал для прохода потока воздуха. Герметизация внутренних трубок достигается за счет сжатия медных прокладок при сборке. Для предотвращения отжатия винта и для создания более надежной герметизации нижнего конца трубки, натяжной винт можно зажать круглой гайкой с наружной резьбой. В корпусе и в муфте равномерно по окружности положены цилиндрические каналы, предназначенные для прохода водовоздушной смеси через замковое соединение.

Известна конструкция эрлифтного насоса с резьбовым соединением, разработанная в ДонГТУ Неудачиным Г.И. и Пилипцом В.И. В конструктивном отношении эрлифтный насос состоит из муфты, переходника, удлинителя, внутренних водоподъемных труб, наружных воздухоподающих труб, патрубка для соединения внутренних труб в колонну длиной 9 м, ограничителей для фиксирования внутренних труб, штока с тремя уплотнительными резиновыми кольцами, цилиндра, смесителя. [8]

Для предотвращения изгиба и поломок внутренних труб на соединительном патрубке установлены три центрирующие планки. Наружные воздухоподающие трубы соединяются между собой в свечи муфтами, а свечи свинчиваются муфтами и ниппелями. При свинчивании двух свечей (длиной по 9,6 м) между собой, шток с резиновыми уплотнителями одной из внутренних труб, входит в цилиндр с другой трубы и , таким образом, осуществляется герметическое уплотнение внутренних водоподъемных труб. Смеситель представляет собой трубку диаметром 42 мм, в которой просверлено 200 отверстий диаметром 4 мм. Сборка и разборка двойной колонны труб производится в мастерских после изготовления или на буровой при необходимости замены труб или их соединений. Сборка и разборка осуществляются обычными буровыми ключами. В эрлифтном насосе Г.И.Неудачина и В.И.Пилипца использованы стандартные замковые соединения труб.

Насос состоит из водоподъемных труб и воздушных трубок, ниппеля замка с гильзой и муфты замка с гильзой. Уплотнение воздушного канала достигается резиновой прокладкой, а также замковой резьбой. Воздух подается в смеситель по воздухоподводящим трубкам через продольные канавки в замках. Сброс пульпы осуществляется через отводной шланг. [4,5]

Данный эрлифтный насос разработан для труб диаметром 114 мм с высаженными внутрь концами и воздушных труб диаметром 25 мм. Для нормальной работы эрлифта необходимо использовать компрессор с давлением 0.6 - 0.8 МПа и производительностью 7 - 9 м3/мин. При таком давлении сжатого воздуха эрлифт обеспечит перепад давления промывочной жидкости 0.4 - 0.5 МПа при глубине опускания смесителя 70 - 80 м. Эрлифтные насосы с металлическими воздухоподводящими трубами имеют некоторые существенные недостатки, к которым следует отнести:

• сложность в сборке, которую предварительно необходимо осуществлять только на поверхности;
• невозможность применения водоподъемных труб диаметром менее 63,5 мм;
• невысокую надежность в эксплуатации, в виду частой поломки внутренних труб и нарушения герметичности соединений;
• уменьшенные сечения проходных каналов в замковых соединениях, которые снижают производительность эрлифта, вследствие значительных гидравлических сопротивлений в этих местах.

Эрлифт относится к одному из наиболее простых способов подъема воды из скважин, однако ввиду того, что для работы эрлифта используется дорогой вид энергии - сжатый воздух, в стационарном водоснабжении эрлифт применяют преимущественно для артезианских установок небольших подач. Благодаря преимуществам эрлифта, его широко применяют для прокачки геологоразведочных, артезианских и водопонижающих скважин с использованием передвижных компрессоров. Имеются примеры эффективного применения эрлифта для водопонижения при проходке вертикальных стволов. К другим недостаткам эрлифтов можно отнести:

• низкий к.п.д., который не превышает 20-22%;
• большую металлоемкость;
• сложное компрессорное хозяйство;
• необходимость в большом погружении смесителя под динамический уровень жидкости в скважине;
• резкое возрастание потребного расхода воздуха, мощности компрессора и снижение к.п.д. при увеличении глубины уровня откачиваемой жидкости;
• трудность создания нескольких понижений в процессе опытных откачек;
• для замера дебита скважины необходимы специальные устройства с целью дегазации.

К достоинствам эрлифта относится:

• простота оборудования скважины;
• возможность откачки жидкости с большим содержанием твердой фазы;
• отсутствие движущихся частей;
• возможность использования в искривленных и направленных скважинах.

Подача и напор эрлифтных установок зависит от типа применяемого компрессора, глубины залегания динамического уровня жидкости и диаметра водоподъемных труб. Подача эрлифтов, при применении передвижных установок типа ДК-9М, составляет до 100 м3/ч, а напор до 120 м. При откачке воды из скважины дебит регулируется путем увеличения или уменьшения количества подаваемого в эрлифтный насос воздуха или глубины погружения смесителя эрлифта. Для мелких скважин и для скважин с низким динамическим уровнем эрлифт малоэффективен. [3,6]

• выбрана схема эрлифтной установки [10]
• проведены предварительные расчёты эрлифта [7]
• произведен выбор вспомогательного оборудования
• проанализированы новые технологии и разработки в области эрлифтов и гидротранспорта

Рисунок 1 - Действие эрлифтной установки (анимамация, объем - 40,2 Кб, состоит из 7 кадров, 9 повторений, сделана в CoffeCup GIF Animator 6.1)

Таким образом, при модернизации водно-шламового хозяйства ООО «Моспинское УПП» целесообразна замена действующих элеваторов на эрлифтные установки с воздухоотделителем специальной конструкции и использования в качестве энергоснабжения уже имеющиеся в технологической цепочке воздуходувки ТВ-80-1.6. Данное решение позволит повысить надёжность и снизить аварийность водно-шламовой системы.

1. Энциклопедия эрлифтов / Ф. А. Папаяни, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, А. П. Кононенко – М.: Информсвязьиздат, 1995. – 592 с.
2. Эрлифтные установки/ Гейер В.Г., Козыряцкий Л.Н., Пащенко В.С., Антонов Я.К. – Донецк, 1982.
3. Эрлифтные установки: Учебное пособие/ В. Г. Гейер, Л. Н. Козыряцкий, В. С. Пащенко, Я. К. Антонов. – Донецк: ДПИ, 1982. – 64 с.
4. Стегниенко А. П. Исследование и разработка методов управления режимами работы шахтных эрлифтов: Дисс. … канд. техн. наук: 05.05.06. – Донецк: ДПИ, 1978. – 242 с.
5. Усков Е. В., Миргородский В. Г., Стегниенко А. П. Первые результаты эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Выпуск 31. – Киев: Техника. – 1973. – с. 111-115.
6. Бойко М. Г., Козиряцький Л. Н., Кононенко А. П. Землесосні і ерліфтно-землесосні снаряди: Навчальний посібник. – Донецьк: ДонНТУ, 2007. – 296 с.
7. Кононенко А. П. Теория и рабочий процесс эрлифтов: Дисс. … док. техн. наук: 05. 05. 17. – Донецк: ДонНТУ, 2007 – 664 с.
8. Гейер В. Г. Новые технологические схемы и средства шахтного водоотлива. – Донецк: ДПИ, 1972. – 35 с.
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/
   Свободная энциклопедия
10. http://www.stanoknavodu.ru/erlift
    Эрлифтные установки: схемы, основные формулы для расчёта.

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: 1 декабря 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты.