Рабочие параметры грунтозаборных устройств плавучих землесосных снарядов и их конструктивные особенности

м о с к о в с к и й 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ 
ПО ПРОБЛЕМАМ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ 

Председатель 

ИМ. 
ЯЛТАНЕЦ 

Зам. 
председателя 

СМ. 
ШТИН 

Члены редколлегии 

Л.Х. 
ГИТИС 

В.Б. 
ДОБРЕЦОВ 

В.П. 
ДРОБАДЕНКО 

Н. И. ЛЕВАНОВ 

М.И. 
ЩАДОВ 

проф. МГГУ, 
акад. Международной 
Академии информатизации, 
д-р техн. наук 

зам. ген. директора 
ООО «НПО "Гольфстрим"», 
акад. Академии транспорта, 
канд. техн. наук 

директор 
Издательства 
МГГУ 

проф. СПбГГИ, акад. 
Академии горных наук, 
д-р техн. наук 

проф. 
РГГРУ 

акад. Академии горных 
наук, д-р техн. наук 

президент ЗАО «Компания 
" 
Трансгидромеханизация"», 
акад. Академии транспорта 

проф. МГГУ, 
президент Международного 
горного 
конгресса, 
акад. Академии горных 
наук, д-р техн. наук 

Н.И. ЛЕВАНОВ 
И.Т. МЕЛЬНИКОВ 
И.М. ЯЛТАНЕЦ 
В.М. ДЯТЛОВ 

РАБОЧИЕ 
ПАРАМЕТРЫ 
ГРУНТОЗАБОРНЫХ 
УСТРОЙСТВ 
ПЛАВУЧИХ 
ЗЕМЛЕСОСНЫХ 
СНАРЯДОВ И ИХ 
КОНСТРУКТИВНЫЕ 
ОСОБЕННОСТИ 

Под редакцией 
профессора И . М . Ялтанца 

А 

МОСКВА 
ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2008 

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 
ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ 
И СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ 

УДК 622.271.6 
ББК 33.24 
Л 34 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требованиям к изданиям 
книжным для взрослых. СанПиН 1.2.1253—03», 
утвержденным 
Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). 
Санитарно-эпидемиологическое 
заключение Федеральной службы по надзору в сфере 
защиты 
прав потребителей № 
77.99.60.953.Д.008501.07.07 

Леванов Н.И., Ялтанец И.М., Мельников И.Т., Дятлов В.М. 

Л 34 
Рабочие параметры грунтозаборных устройств плавучих 
землесосных снарядов и их конструктивные особенности / 
Под ред. И.М. Ялтанца. — Издательство Московского государственного горного университета, 2008. — 235 с: ил. 

ISBN 978-5-7418-0527-5 (в пер.) 
Рассмотрены основные характеристики грунтовых насосов при их работе на гидросмесях. Изложены теоретические основы использования подводного рыхления пород затопленной струей воды, эжекторов с гидрорыхлителем и эрлифтного устройства. Даны методы и примеры расчета основных параметров грунтозаборных устройств. 

Печатается по рекомендации III съезда гидромеханизаторов России 
(февраль 2003 г.). 

Для инженерно-технических работников организаций по проектированию горных и строительных работ, а также студентов высших учебных 
заведений. 

ISBN 978-5-7418-0527-5 

УДК 622.271.6 
ББК 33.24 

© Н.И. Леванов, И.М. Ялтанец, 
И.Т. Мельников, В.М. Дятлов, 

©2008 
Издательство МГГУ, 2008 
Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Необходимо также помнить, что ученым считают не того, кто знает много 
фактов, а того, кто постоянно и с результатом работает умом. 

Акад. В.В. Ржевский 

Гидромеханизация — это тот способ ведения горных и 
строительных работ, который предопределяет высокий уровень 
механизации производственных процессов, высокую интенсивность ведения работ при сравнительно низкой стоимости 1 м

3 

грунта, возможность разработки обводненных и подводных 
месторождений, высокое качество возводимых технических сооружений, возможность попутного обогащения (фракционирования) горной массы. 

Гидромеханизация широко применяется на вскрышных 
работах, добыче строительных материалов, разработке россыпных месторождений, при строительстве и углублении судоходных путей, в гидротехническом и транспортном строительстве, в промышленном и гражданском строительстве, в 
мелиорации и водном хозяйстве, при обустройстве нефтяных 
и газовых месторождений и многих других отраслях. 

Однако в гидромеханизации имеется ряд недостатков, связанных с производительностью средств гидромеханизации и 
энергозатратами на 1 м

3 разрабатываемой горной массы. 

Отечественная и зарубежная практика эксплуатации плавучих землесосных снарядов показывает, что ограничивающим фактором повышения консистенции гидросмеси, а следовательно, и производительности земснаряда является не 
транспортирующая способность системы (грунтовой насос — 
напорный трубопровод), а всасывающая способность грунтового насоса. Известно, что по условиям напорного гидротранспорта плотность перекачиваемой гидросмеси 
может 
достигать 1200— 1400 кг/м

3, в то время как по условиям бескавитационной работы она может лишь составлять 1100 — 

5 

кг/м . Необходимо только иметь в виду, что высказанное 
положение наиболее значимо для палубного или трюмного 
расположения грунтового насоса. При использовании на земснаряде погружного грунтового насоса эксплуатационные характеристики земснаряда могут существенно измениться, что 
подтверждается исследованиями, проводимыми в настоящее 
время. 

В данной книге приводятся некоторые теоретические исследования по грунтозаборным устройствам, проводимые рядом авторов и организаций, а также практические расчеты авторов данной работы применительно к конкретным грунтовым насосам земснарядов, выпускаемым российскими заводами. Данная работа будет полезной для инженерно-технического персонала горно-добывающих и строительных предприятий, проектных организаций, а также для студентов высших 
учебных заведений. 

Авторы выражают свою признательность горным инженерам Н.Н. Кожевникову, Н.И. Исаевой, Н.П. Коринной, М.А. 
Мазурову за оказанную помощь в подборе материала и выполнении практических расчетов. 

ГЛАВА 1 

ХАРАКТЕРИСТИКИ 
ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ 
ПРИ РАБОТЕ 
НА ГИДРОСМЕСЯХ 

. 1 
ОСОБЕННОСТИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА 
ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ И ИХ 
ХАРАКТЕРИСТИКИ 

Основными параметрами грунтовых насосов, которые 
относятся к динамическим насосам лопастного типа (в соответствии с ГОСТом 17398—72), являются: напор Н, м; 
подача Q, м

3/с или м

3/ч; кавитационный запас Ah, м; потребляемая мощность N, кВт; коэффициент полезного действия (КПД) Т), %. 

Указанные параметры грунтовых насосов во всех каталогах и справочниках приведены для условия работы этих 
насосов по воде. Однако при работе грунтовых насосов на 
гидросмесях (различных пульпах, водогрунтовых смесях, 
суспензиях и др.) их параметры изменяются. Обусловлено 
это явление тем, что гидросмеси, применяемые в гидромеханизации, являются двухкомпонентными жидкостями, состоящими из жидкой и твердой фракций. В каналах насоса 
скорости твердых частиц и несущей их жидкости, как правило, не совпадают, в связи с чем происходит обтекание 
твердых частиц несущей жидкостью, что приводит к дополнительным гидравлическим потерям и снижению напора насоса на величину ДН Н. Поэтому гидравлический КПД 
грунтового насоса при работе на гидросмеси ниже, чем при 
работе на воде, а следовательно, ниже и общий КПД. Следует иметь в виду, что размерность напора насоса Н по определению (как удельная энергия, переданная единице массы жидкости) — метры столба перекачиваемой жидкости. 
Для воды — это метры столба, для гидросмеси — это метры столба для гидросмеси. Во многих случаях целесооб
9 

разно в качестве основного параметра принимать не напор, 
а давление Р, развиваемое насосом, которое выражается в 
единицах давления: Паскалях Па (или МПа) или в меграх 
водяного столба (м вод. ст.). Для подсчета давления Р 
(выраженное в м вод. ст.), развиваемого грунтовым насосом, необходимо значение напора насоса при работе на 

гидросмеси умножить на — 
(кг, 
Х0 — 
соответственно 

плотность гидросмеси и воды, т/м

3). Использование в качестве основного параметра величины давления Р, а не напора Н г особенно удобно при рассмотрении вопроса о совместной работе грунтового насоса и пульпопровода, так как 
гидравлические потери в трубопроводах практически во 
всех методиках расчета гидротранспорта выражаются в м 
вод. ст., т. е. единицах давления. И несмотря на то, что напор насоса при работе на гидросмеси ниже, чем при работе 
на воде, давление Р, развиваемое грунтовым насосом, как 
правило, выше, чем при работе на воде. 

1.2. ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК 
ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ С ВОДЫ 
НА ГИДРОСМЕСЬ 

1.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ 
НАПОРА 
НАСОСА 
ПРИ РАБОТЕ НА 
ГИДРОСМЕСИ 

Как указанно выше, напор гидросмеси Н г снижается по 
сравнению с напором насоса при работе на воде Но на величину ДН К - дополнительных гидравлических потерь, которые являются функцией консистенции (концентрации) 
гидросмеси K s (ее плотности уг)> величины твердых частиц 
(крупности) и их плотности. Напор Н г может быть представлен в виде [1, 28] 

Н Г = Н 0 - Д Н К - A(B + h K 0), 

ю 

(1.1) 

где А и В — параметры, учитывающие влияние гидросмеси; h K 0 — гидравлические потери в рабочем колесе при работе на воде. 

При определении характеристик насоса для условий их 
работы на гидросмеси обычно заданными являются: 

• гранулометрический состав — распределение грунта 
по грансоставу (рис. 1.1). По оси ординат этой кривой отложено суммарное процентное содержание частиц данной 
крупности, а по оси абсцисс — диаметры частиц или логарифмы их величин; 

• плотность твердой фазы у т, кг/м

3 или т/м

3; 

• плотность гидросмеси у г, кг/м

3 или т/м

3, или ее объемная консистенция (концентрация) K s; 

• напорная характеристика насоса при работе на воде 
— H = (Q). 

Ниже приводится порядок пересчета напорных характеристик [28]. 

1. Определяем величину граничного зерна d r — наименьший диаметр твердых частиц в гидросмеси, которые 
еще вызывают дополнительные гидравлические 
потери 
(так называемая граничная крупность, мм). При наличии в 
жидкости частиц, меньших d r , гидросмесь идентична однородной жидкости плотностью у г и дополнительные гидравлические потери отсутствуют, т. е. 

Но = Н г, 

н  
9 
7
6 
п 
а г = — г - , 
(1-2) 

Vn 

где п — частота вращения. 

2. Находим объемную концентрацию в гидросмеси всех 
частиц размером d r < d - K s. Для этого по кривой гранулометрического состава (см. рис. 1.1) определяем относи
11