Выбор и обоснование рациональных параметров сгустительно-смесительного оборудования закладочных комплексов для приготовления твердеющей смеси на основе хвостов обогащения полиметаллических руд

На правах рукописи

ПИРОЖЕНКО Владимир Петрович

Выбор и обоснование рациональных параметров сгустительно-смесительного оборудования закладочных комплексов для приготовления твердеющей смеси на основе хвостов обогащения полиметаллических руд

Специальность 05.05.06 – Горные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель –

Доктор технических наук, профессор

В.И.Александров

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, с.н.с.

В.П. Докукин

Кандидат технических наук

А.Б. Рыжих

Ведущее предприятие – ЗАО «Механобр инжиниринг».

Защита диссертации состоится 25 мая 2009 г. в 17 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан 24 апреля 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для повышения эффективности проведения закладочных работ на горных предприятиях в качестве инертного наполнителя закладочной смеси используются хвосты обогащения полиметаллической руды. Это способствует утилизации хвостов обогащения и интенсификации закладочных работ, повышает качество твердеющих смесей и снижает стоимость закладки, однако оборудование для приготовления этих закладочных смесей является весьма энергоемким и дорогостоящим.

Номенклатура применяемого оборудования при переходе на использование мелкодисперсных хвостов обогащения в качестве инертного наполнителя сокращается и сводится к двум основным устройствам – сгустителю и смесителю-активатору. Режимы работы, энергетические и геометрические параметры этого оборудования изучены недостаточно, вследствие чего для получения закладочной смеси с заданными реологическими свойствами горные предприятия, шахты и рудники отказываются от этого оборудования, либо его применяют с завышенными или необоснованными габаритными и энергетическими параметрами. В соответствии с этим требуются дополнительные научные исследования теоретического и экспериментального характера в части оптимизации режимов работы сгустительного и смесительного оборудования для приготовления закладочных смесей с инертным наполнителем на основе хвостов обогащения полиметаллических руд, что подтверждает актуальность темы исследования.

Цель работы – установить функциональные зависимости энергетических и геометрических параметров сгустителей и смесителей-активаторов закладочных комплексов горных предприятий от реологических свойств приготовляемой твердеющей смеси с инертным наполнителем на основе хвостов обогащения полиметаллической руды для повышения эффективности закладочных работ на горных предприятиях.

Идея работы – рациональные режимы работы и соответствующие энергетические и геометрические параметры сгустителей и смесителей-активаторов закладочных комплексов горных предприятий определяются в зависимости от объемной концентрации инертного наполнителя в закладочной смеси, ее реологических свойств и заданной прочности искусственного массива.

Работа базируется на исследованиях Александрова В.И., Асатура К.Г., Балаха Р.В., Белобородова И.С., Бранинкова В.М., Вяткина А.П., Джунусова И.Ш., Иванова В.М., Кравченко В.П., Покровской В.Н., Реппа К.Ю., Смолдырева А.Е., Цыгалова М.Н. и др.

Основные задачи:

• установить влияние реологических свойств закладочной смеси на режимы работы, геометрические и энергетические параметры сгустителей и смесителей-активаторов.
• обосновать рациональные режимы работы, геометрические и энергетические параметры сгустителей и смесителей-активаторов в системе приготовления закладочных смесей с инертным наполнителем на основе мелкодисперсных хвостов обогащения полиметаллических руд;
• разработать методику расчета параметров комплекса технологического оборудования по сгущению инертного наполнителя и гомогенизации закладочных смесей, приготовляемых из хвостов обогащения полиметаллических руд.

Методы исследований: При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. В теоретические методы входило исследование влияния реологических свойств высококонцентрированных смесей на энергетические и геометрические параметры сгустителей и смесителей-активаторов, а также взаимосвязи между концентрацией хвостов обогащения полиметаллической руды в твердеющей закладочной смеси и прочностью получаемого из смеси искусственного массива. Экспериментальные исследования включали в себя проведение серии опытов на лабораторных стендах с широкими возможностями регулировки основных параметров. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики.

Защищаемые научные положения:

1. Для закладочных комплексов горных предприятий высота и диаметр бункера-накопителя сгустителя пластинчатого типа, общая высота его зоны осаждения прямо пропорциональны расходу смеси на входе в сгуститель, коэффициенту извлечения твердого материала и обратно пропорциональны объемной концентрации хвостов в зоне выхода сгущенного продукта, при этом объемная концентрация хвостов описывается логарифмической функцией отношения заданной нормативной прочности искусственного массива к концентрации вяжущего материала и времени твердения закладочной смеси в этом массиве, а значения степеней логарифмической функции определяются экспериментально и для условий Джезказганского ГОКа равны 0.2, 0.56, 0.11 соответственно.

2. Мощность лопастных смесителей непрерывного действия закладочных комплексов горных предприятий при смешивании компонентов закладочной смеси с инертным наполнителем из хвостов обогащения руды определяется из решения критериальной функции от числа Рейнольдса и числа Фруда, а степень гомогенизации смеси определяется отношением диаметра лопастей ротора к диаметру барабана и пропорциональна длине рабочей зоны смешивания компонентов.

Научная новизна заключается в следующем: режимы работы и геометрические параметры сгустителей и смесителей-активаторов в технологическом процессе приготовления твердеющей закладочной смеси на основе хвостов обогащения полиметаллических руд являются функцией объемной концентрации хвостов обогащения, которая определяется в зависимости от нормативной прочности массива при постоянном содержании цемента и времени твердения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена: теоретическими исследованиями; результатами лабораторных экспериментов; сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математической статистики и регрессионного анализа. Среднеквадратичное отклонение расчетных и фактических значений параметров не превышало 2-5%.

Практическая значимость работы:

- разработана методика расчета геометрических параметров и режимов работы сгустителей пластинчатого типа в зависимости от необходимой концентрации сгущенных хвостов обогащения и прочности закладочной смеси;

- установлены и обоснованы соотношения конструктивных параметров рабочих элементов лопастных смесителей-активаторов непрерывного действия для заданной степени гомогенизации компонентов закладочной смеси с инертным наполнителем на основе хвостов обогащения полиметаллической руды; выведены критериальные уравнения для расчета гидравлической и механической мощности привода;

- разработаны и обоснованы составы компонентов закладочных смесей с наполнителями из хвостов обогащения полиметаллической руды и выведена расчетная формула для прогнозирования прочности искусственного массива в заданный период времени при фиксированном содержании компонентов смеси;

- разработана методика расчета самотечного и напорного гидротранспорта высококонцентрированных и закладочных смесей по подземным выработкам и наземным трубопроводам от обогатительной фабрики до закладочного комплекса.

Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертационной работы обсуждались на межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2008), научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2005, 2006, 2007, 2008), межкафедральных семинарах горного электромеханического факультета Санкт-Петербургского горного института (технического университета) СПГГИ (ТУ) (2006, 2007, 2008), на заседаниях кафедры рудничных стационарных установок СПГГИ (ТУ).

Личный вклад соискателя:

• установлены закономерности процесса сгущения текущих хвостов обогащения в пластинчатых сгустителях и смешивания их с цементом в лопастных смесителях;
• разработана математическая модель процесса приготовления и транспортирования закладочной смеси в выработанное пространство по критерию прочности искусственного массива и транспортабельности закладочной смеси;
• разработан стенд и методики проведения экспериментальных исследований.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложенных на 200 страницах, содержит 26 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 131 наименования и одного приложения.

Во введении обоснована актуальность темы работы и необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований процесса сгущения хвостов обогащения и гомогенизации твердеющей закладочной смеси с инертным наполнителем на основе хвостов обогащения полиметаллических руд с целью повышения эффективности работы закладочных установок.

В первой главе изложено современное состояние теории и практики сгущения и гомогенизации закладочной смеси, ее рецептуры, а также методики транспортирования твердеющей смеси в выработанное пространство. Выполнен обзор и анализ опыта проектирования и эксплуатации сгустителей и смесителей закладочных комплексов и установок, а также существующих методов расчета процесса сгущения текущих хвостов обогащения, гомогенизации с цементом в различных смесителях. Проанализированы методики расчета параметров транспортирования закладочных смесей по трубопроводам в выработанное пространство. На основе выполненного анализа были сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава содержит математическое описание процессов сгущения, гомогенизации и транспортирования твердеющих закладочных смесей, приготовленных на основе хвостов обогащения полиметаллической руды в качестве инертного наполнителя, при возведении искусственных массивов для разработки рудных месторождений со сложными горно-геологическими условиями. В основу математического описания положена гипотеза получения искусственных массивов заданной прочности. Прочность закладочного массива зависит от состава твердеющей смеси и ее реологических свойств. Основными компонентами твердеющей смеси являются цемент, вода и сгущенные хвосты обогащения полиметаллических руд. В зависимости от концентрации хвостов обогащения и требуемых реологических свойств твердеющей смеси, определяется как тип используемого сгустителя и смесителя-активатора, так и их геометрические и энергетические характеристики.

В третьей главе приведено описание экспериментальных установок и методик проведения исследований с анализом полученных данных. Проведена экспериментальная оценка закономерностей изменения прочностных свойств искусственного массива от концентрации текущих хвостов обогащения и цемента, а также времени твердения. Выполнены исследования влияния реологических свойств гидросмеси хвостов обогащения полиметаллической руды на потери напора в трубопроводе, на геометрические и энергетические параметры сгустителей и смесителей-активаторов. Для обработки полученных данных использовались теория планирования эксперимента, регрессионный и корреляционный анализ. Дана оценка адекватности теоретических и опытных результатов.

Исследования проводились на лабораторных стендах опытно-промышленного производства ФГУП «ЦКБ МТ «Рубин».

Четвертая глава содержит методику расчета параметров сгустительного и смесительного оборудования, а также методику расчета параметров транспортировки закладочной смеси по трубам в выработанное пространство шахты.

Заключение содержит основные выводы и рекомендации по результатам диссертационной работы.

Автор выражает искреннюю благодарность проф. В.И.Александрову, проф. В.И. Медведкову, проф. Б.С. Маховикову, доц. Ю.Н. Гуляеву, доц. А.Б. Незаметдинову и другим сотрудникам кафедры РСУ СПГГИ (ТУ), а также А.И. Щелокову, В.И. Травинову, Д.Н. Рогову и другим сотрудникам отдела механосборочных работ и обеспечения испытаний ФГУП «ЦКБ МТ «Рубин» за помощь и консультации в процессе выполнения работы.

На основе выполненных исследований сформулированы следующие защищаемые научные положения

1. Для закладочных комплексов горных предприятий высота и диаметр бункера-накопителя сгустителя пластинчатого типа, общая высота его зоны осаждения прямо пропорциональны расходу смеси на входе в сгуститель, коэффициенту извлечения твердого материала и обратно пропорциональны объемной концентрации хвостов в зоне выхода сгущенного продукта, при этом объемная концентрация хвостов описывается логарифмической функцией отношения заданной нормативной прочности искусственного массива к концентрации вяжущего материала и времени твердения закладочной смеси в этом массиве, а значения степеней логарифмической функции определяются экспериментально и для условий Джезказганского ГОКа они равны 0.2, 0.56, 0.11 соответственно.

Технологический процесс приготовления закладочных смесей из хвостов обогащения руды состоит из двух основных последовательных операций. Первой операцией является сгущение исходной хвостовой пульпы до необходимой концентрации, величина которой определяется требуемым объемным содержанием инертного наполнителя в закладочной смеси. Вторая операция протекает в смесителе-активаторе. На этой стадии происходит смешивание сгущенной хвостовой пульпы (инертного наполнителя) с вяжущим материалом (цементом). В результате смешивания формируется однородная по структуре смесь, в которой зерна инертного наполнителя и вяжущего материала перемешиваются друг с другом и формируют внутреннюю пространственную структуру смеси. От степени однородности структуры смеси, и равномерности распределения зерен компонентов и воды зависят прочностные свойства закладочного массива и время достижения необходимой прочности.

Тонкослойный пластинчатый сгуститель гравитационного типа (в котором осаждение мелкодисперсной фазы происходит в специальном наклонном блоке, образованном набором пластин, установленных на малом (не более 50 мм) расстоянии одна от другой) сгущает хвосты обогащения до необходимой концентрации твердых хвостов обогащения в закладочной смеси, что отличает их от центробежных сгустителей-классификаторов. При выводе расчетных формул для определения энергетических и геометрических параметров пластинчатого сгустителя предположено, что имеется равномерное изменение скорости потока гидросмеси в межпластинных каналах и присутствует свободное осаждение частиц, а расход исходной пульпы, сгущаемой в пластинчатом сгустителе, пропорционален количеству седиментационных каналов.

Необходимым условием процесса сгущения в пластинчатом сгустителе является обеспечение ламинарного режима течения гидросмеси в межпластинных каналах, которое достигается ограничением числа Рейнольдса , где Нр – кратчайшее расстояние между соседними пластинами, м; vc - средняя скорость гидросмеси в седиментационном канале, м/с; - кинематический коэффициент вязкости гидросмеси, м2/с;

и числа Фруда

,

где - гидравлический радиус седиментационного канала с квадратным поперечным сечением, м; b – ширина седиментационного канала, м.

В результате такого подхода объем бункера накопителя равен:

, (1)

высота бункера накопителя:

; (2)

общая высота сгустителя:

. (3)

где - расход смеси, поступающей на сгущение, м3/с; сi – объемная концентрация хвостов обогащения в смеси, поступающей на сгущение; сv - объемная концентрация хвостов обогащения в сгущенной смеси; kи – коэффициент извлечения; te – продолжительность заполнения бункера накопителя, с; - угол наклона седиментационных пластин, град; g – ускорение свободного падения, м/с2; где r - радиус частицы, м; s=s/w - отношение плотности твердых частиц к плотности воды.

Если принять форму бункера-накопителя в виде конуса, то его диаметр определится следующим выражением:

. (4)

Как видно из формул (1) - (4), объем бункера-накопителя сгустителя пластинчатого типа, его высота и диаметр, общая высота зоны осаждения прямо пропорциональны расходу смеси на входе в сгуститель, коэффициенту извлечения твердого материала и обратно пропорциональны объемной концентрации хвостов в зоне выхода сгущенного продукта.

С другой стороны, необходимая концентрация хвостов обогащения в закладочной смеси определяется из выражения:

(5)

Выражение (5) получено из совместного решения уравнений:

, (6)

(7)

где - динамический коэффициент вязкости чистой воды, Пас; коэффициент пропорциональности; - объемная концентрация сгущенных хвостов обогащения, (об.%); R - прочность закладки, МПа; - динамический коэффициент вязкости смеси, Пас; T – время твердения, сутки; сц - объемное содержание цемента в 1 м3 закладочной смеси, (об.%); - постоянный коэффициент; - показатели степени при параметрах модели, определяемые на основе экспериментальных данных.

Для определения показателей степени при параметрах выражения (6) были приготовлены экспериментальные образцы закладочных смесей, отличающихся друг от друга концентрацией хвостов обогащения, вязкостью и (или) содержанием цемента.

Для планирования эксперимента использовалось варьирование переменных на верхнем и нижнем значениях (уровнях варьирования).

Для реализации экспериментов были приготовлены следующие группы закладочных смесей, табл. 1. Опытные данные по прочности образцов закладки приведены в табл.2.

Таблица 1

Составы экспериментальных закладочных смесей

№ состава	Компоненты, кг/м3			Параметры смеси		Уровни варьирования
	Ц	Хв	В	сц, об. %	µ, Па*с	сц	µ
I II III IV	150 150 280 280	979 1080 979 1080	554 453 530 467	4,8 4,8 9,0 9,0	0,185 0,200 0,185 0,200	- - + +	- + - +
Где: Ц – цемент; Хв – хвосты обогащения полиметаллической руды; В – вода; «-» - нижний уровень переменной; «+» - верхний уровень переменной

В итоге уравнение (6) в действительных значениях переменных факторов принимает следующий вид

, МПа; (8)

Таблица 2

Значения параметров и прочность экспериментальных образцов

№ опыта	Значения параметров			Значения прочности, МПа
	сц, об.%	µ, Па*с	Т, сутки	№ эксперимента				Среднее
				1	2	3	4
1 2 3 4 5 6 7 8	4,8 4,8 9,0 9,0 4,8 4,8 9,0 9,0	0,185 0,200 0,185 0,200 0,185 0,200 0,185 0,200	14 14 14 14 28 28 28 28	0,35 0,58 2,04 3,44 0,51 0,91 2,91 4,92	0,35 0,63 2,00 3,40 0,55 0,89 2,95 4,88	0,36 0,59 1,98 3,46 0,52 0,88 2,92 4,91	0,38 0,61 2,06 3,38 0,54 0,92 2,94 4,89	0,360 0,603 2,020 3,420 0,530 0,900 2,930 4,900

Коэффициенты в формуле (7) определялись экспериментально на экспериментальном стенде, схема которого представлена на рис.1.

На экспериментальном стенде (рис.1) определялся расход и потери напора по длине транспортирования (рис.2 и 3).

Рис.1 Схема экспериментального лабораторного стенда: 1 – зумпф 200л; 2 - измерительный бак; 3 - насос ЦН20/18-У2 с асинхронным электродвигателем; 4 – шаровой кран; 5 – пьезометр; 6 – образцовый манометр; 7 – трубопровод с внутренним диаметром 40 мм; 8 -трубопровод с внутренним диаметром 50 мм.

Результаты замеров напора при течении гидросмесей по трубопроводам малого диаметра позволяют определить реологические характеристики этих смесей, если учесть, что напряжения сдвига пропорциональны потерям напора и диаметру трубопровода, а градиент скорости сдвига пропорционален средней скорости потока и обратно пропорционален диаметру трубопровода.

Рис.2 Зависимость потерь напора h от средней скорости потока смеси Vср для D = 40 мм

Рис.3 Зависимость потерь напора h от средней скорости потока смеси Vср для D = 50 мм

Эффективная вязкость рассчитывается как отношение напряжения сдвига () к градиенту скорости перемещения смеси (dv/dr) при соответствующих значениях начального напряжения сдвига (0) (рис.4).

Полученная кривая вязкости наиболее точно описывается зависимостью:

(9)

Рис.4 Зависимость эффективной вязкости от концентрации твердых частиц

Окончательно, выражение (5) с учетом полученных экспериментальным путем коэффициентов преобразуется в уравнение:

(10)

где k1 и k2 – коэффициенты пропорциональности (k1 = 10,6; k2 = 0,054 Па1,8с*сут0,11)

Соотношение (10) объемного содержания (концентрации) хвостов обогащения в закладочной смеси принято за исходный параметр для инженерного расчета пластинчатого сгустителя. Зная необходимую концентрацию и потребляемый расход хвостов обогащения в закладочной смеси, рассчитывается скорость накопления твердых хвостов обогащения в бункере накопителе сгустителя; объем, высота и диаметр бункера накопителя; высота зоны осаждения и общая высота сгустителя; длина наклонного блока пластин для получения максимально осветленной сливной воды.

Полученные теоретические зависимости, устанавливающие связь геометрических характеристик сгустителя и реологических свойств закладочной смеси, подтверждают первое научное положение.

2. Мощность лопастных смесителей непрерывного действия закладочных комплексов горных предприятий при смешивании компонентов закладочной смеси с инертным наполнителем из хвостов обогащения руды определяется критериальной функцией от числа Рейнольдса и числа Фруда, а степень гомогенизации смеси определяется отношением диаметра лопастей ротора к диаметру барабана и пропорциональна длине рабочей зоны смешивания компонентов.

Гидросмесь хвостов обогащения после сгущения в пластинчатом сгустителе непрерывным потоком поступает на вход смесителя-активатора. Сюда же одновременно подается необходимое количество цемента в виде цементного молока. Закладочные смеси характеризуются свойствами вязкопластичных сред, которые можно описать реологическим уравнением Бингама-Шведова, имеющим вид

, (11)

где - напряжение сил трения на поверхностях соприкасающихся слоем перемешиваемой текучей среды, Па; 0 - предельное напряжение сдвига, характеризующее в данном случае прочность структурных связей в объеме перемешиваемой среды, Па; dV/dy- градиент скорости течения смеси в сечении перпендикулярном направления движения, c-1.

Из анализа формулы (11) видно, что для возникновения движения необходимо приложить силу, величина которой должна быть большей, чем сила, обусловленная предельным напряжением сдвига. При этом разрушаются структурные связи, что приводит к уменьшению сопротивлений движению смеси и увеличению скорости деформации (градиента скорости). В состоянии предельно разрушенной структуры такие среды можно рассматривать как псевдожидкости, обладающие некоторой эффективной вязкостью эф.

Ввиду сложной картины движения струй перемешиваемой смеси в смесителях и изменении в процессе перемешивания ее реологических свойств (постоянное разрушение и восстановление структурных связей) не представляется возможным математически точно описать этот процесс. Для упрощения математического описания можно воспользоваться теорией подобия и составить соответствующее уравнение из определяемых и определяющих чисел подобия.

Полученные числа подобия в диссертационной работе позволяют заменить дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости уравнением из определяемых и определяющих чисел подобия. Для случая движения вязкой жидкости в рабочей зоне смесителя это уравнение будет иметь вид:

, (12)

где определяемое число подобия, определяющие числа подобия.

Для рассматриваемого случая движения смеси в рабочем пространстве смесителя уравнение из чисел подобия (12) можно представить в виде степенной функции

, (13)

где и показатели степени, определяемые экспериментально.

Выразив безразмерные критерии через параметры потока и смесителя, получим уравнение (13) в следующем виде

(14)

где Nп – мощность, затрачиваемая на перемещение закладочной смеси, Вт; - плотность смеси, кг/м3; n - частота вращения вала, об/мин; d - диаметр лопасти, м; - эффективная вязкость смеси, Па·с; K - коэффициент пропорциональности, зависящий от системы измерений (в СИ К = 0,0152).

Решая последнее уравнение относительно мощности N, получим

. (15)

Уравнение (15) устанавливает связь реологических характеристик смеси (эффективная вязкость), конструктивного (диаметр лопасти) и технологического параметров (частота вращения).

С другой стороны момент, необходимый для вращения лопасти можно записать уравнением:

,

и тогда мощность привода, затрачиваемая на перемешивание, будет равна

, (16)

где k - обобщенный коэффициент, учитывающий все виды сопротивлений лопасти в смеси, Па; b - проекция ширины лопасти на плоскость перпендикулярную направлению вращения, м; - угловая скорость вращения ротора, рад/с; и - радиусы наружных и внутренних кромок лопастей, м; число лопастей; - КПД привода с учетом потерь на трение в уплотнениях вала, - коэффициент заполнения смесителя.

По данным ВНИИСтроймаш величина коэффициента k для пластичных смесей, к которым относятся также рассматриваемые закладочные смеси, принимается равной Н/м2.

По формуле (16) определяется мощность привода смесителя-активатора, расходуемая на чисто механические потери и не учитывающая гидравлические сопротивления при перемещении вязкой жидкости в рабочем пространстве смесителя. Для учета сопротивлений движению смеси необходимо исходить из реологического уравнения (15).

Однородность закладочной смеси характеризуется степенью гомогенизации Г, которая зависит от реологических свойств смеси и рассчитывается по формуле:

. (17)

где t – время нахождения смеси в смесителе-активаторе, c; - градиент скорости течения смеси в сечении перпендикулярном направления движения, с-1; Dб – диаметр барабана смесителя-активатора, м; V – средняя скорость движения смеси вдоль смесителя, м/с; Qc – производительность смесителя, м3/с; kc = d/Dб - отношение внешнего диаметра описываемого лопастью к диаметру барабана смесителя.

С другой стороны, время нахождения смеси в рабочей зоне смесителя можно выразить следующей формулой

.

где Lб – длина барабана смесителя, м.

Подставив это выражение в формулу (17), получим для степени гомогенизации следующее соотношение:

. (18)

Формула (18) показывает, что степень гомогенизации зависит от соотношения длины перемешивания (длины рабочей зоны барабана) и диаметра барабана. Если длина барабана и его диаметр постоянные, то степень гомогенизации определяться только наружным диаметром лопастей. С увеличением наружного диаметра лопастей ротора степень гомогенизации увеличивается, так как при этом уменьшается неиспользуемый объем перемешиваемой смеси. Следовательно, степень гомогенизации может изменяться от некоторого минимального значения до максимального при изменении конструктивных параметров смесителя.

Заключение

Основные научные результаты и выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что в качестве закладочных смесей могут применяться составы с инертным наполнителем из мелкозернистых хвостов обогащения полиметаллической руды, которые до настоящего времени не находили своего применения в технологиях приготовления закладочной смеси на горных предприятиях.
2. Объемная концентрация хвостов обогащения полиметаллической руды в объеме закладочной смеси пропорциональна логарифмической функции отношения заданной прочности массива в степени 0.2, полученного твердением закладочной смеси, к произведению объемного содержания цемента в степени 0.56 и времени в степени 0.11 для условий Джезказганского ГОКа корпорации «Казмыс».
3. Скорость осаждения, которая пропорциональна числу Рейнольдса и отношению вязкости к среднему диаметру твердых частиц с плотностью жидкой среды, определяет высоту зоны осаждения в зависимости от заданного времени разгрузки сгущенной смеси.
4. Объем бункера-накопителя, его высота и общая высота сгустителя прямо пропорциональны средней скорости потока гидросмеси в пластинчатых каналах сгустителя, исходной объемной концентрации хвостов обогащения в смеси, коэффициенту извлечения и обратно пропорциональны объемной концентрации хвостов обогащения полиметаллической руды в сгущенной смеси.
5. Диаметр сгустителя пропорционален корню кубическому из произведения коэффициента извлечения твердой фазы и отношению объемного расхода смеси на входе в сгуститель к концентрации твердой фазы в сгущенной смеси и тангенсу угла наклона стенок бункера-накопителя.
6. Мощность лопастных смесителей непрерывного действия при смешивании компонентов закладочных смеси с инертным наполнителем на основе хвостов обогащения руды определяется критериальной функцией от числа Рейнольдса и числа Фруда.
7. Степень гомогенизации зависит от отношения длины перемешивания лопастного смесителя к диаметру барабана. Если отношение длины барабана к его диаметру постоянно, то степень гомогенизации определяется только наружным диаметром лопастей. С приближением наружного диаметра лопастей ротора к внутреннему диаметру барабана степень гомогенизации увеличивается.
8. Предложена и разработана новая технология приготовления закладочной смеси из хвостов обогащения руды, основным оборудованием которой являются сгустители хвостовой пульпы для получения инертного наполнителя с необходимой концентрацией твердой фазы и лопастные смесители-активаторы для смешивания инертного наполнителя с вяжущим материалом.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Пироженко В.П. Разработка состава компонентов закладочной смеси на основе хвостов обогащения./Пироженко В.П.//Записки горного института, 2008, - Т.178,- С.77-81.
2. Пироженко В.П. Расчет параметров трубопроводного транспорта гидросмесей с высокими концентрациями твердой фазы./Александров В.И., Гуркин П.Б. Пироженко В.П.//Записки горного института, 2008,- Т.178,- С.27-30.
3. Пироженко В.П. Анализ состава закладочных смесей и влияние его (состава) на нормативную прочность./Пироженко В.П.//Научное обозрение, 2006, №6 – С.41-44.
4. Пироженко В.П. Особенности трубопроводного транспорта вязкопластичных гидросмесей./Гуляев Ю.Н., Пироженко В.П.//Труды 6-ой межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения», 2008, - Т.1,- С. 83-85.
5. Пироженко В.П. Разработка состава компонентов закладочной смеси на основе хвостов обогащения./Пироженко В.П.//Труды 6-ой межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения», 2008, - Т.3,- С.430-434.