Гидромеханизация
Гидромонитор
Скорость и расход струи, подбор диаметра насадки, расход воды на размыв, число гидромониторов и безопасное расстояние до забоя.
Физический смысл
Гидромонитор превращает напор воды в скорость струи: чем выше напор, тем быстрее струя и сильнее её удар о забой. Расход воды зависит от площади насадки и скорости истечения. Количество воды на размыв определяется трудностью размыва грунта — удельным расходом воды на кубометр породы.
Струя
Формулы
Исходные данные
| Величина | Ед. | По умолчанию |
|---|---|---|
| Диаметр насадки, d Диаметр выходного отверстия насадки. Обычно: 50–175 мм | мм | 100 |
| Напор перед насадкой, H Напор воды перед насадкой гидромонитора в метрах водяного столба (1 МПа ≈ 102 м). Обычно: 30–150 м в зависимости от группы грунта | м | 80 |
| Коэффициент расхода насадки, μ Учитывает сжатие струи и потери в насадке. Обычно: 0,85–0,98; для конической сходящейся насадки ≈ 0,94 | 0,94 | |
| Коэффициент скорости, φ Отношение действительной скорости вылета к теоретической. Обычно: 0,92–0,96 | 0,94 |
Результаты
| Величина | Ед. | В примере |
|---|---|---|
| Скорость вылета струи, v v = φ·√(2·g·H). | м/с | 37,241 |
| Расход воды, Q Q = μ·(π·d²/4)·√(2·g·H). | м³/ч | 1052,967 |
| Расход воды Тот же расход в л/с. | л/с | 292,491 |
| Мощность струи, N Гидравлическая мощность перед насадкой: N = ρ·g·Q·H/1000. | кВт | 229,547 |
| Реакция струи, R R = ρ·Q·v — сила, действующая на ствол гидромонитора. | Н | 10 892,676 |
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 4 шага
Скорость вылета струи: 37,241 м/с
Расход воды: 1052,967 м³/ч (292,491 л/с)
Мощность струи: 229,547 кВт
Реакция струи: 10,893 кН
Допущения
- H — напор непосредственно перед насадкой (за вычетом потерь в водоводе и стволе гидромонитора).
- d — в метрах, ρ = 1000 кг/м³, g = 9,81 м/с².
Насадка
Формулы
Исходные данные
| Величина | Ед. | По умолчанию |
|---|---|---|
| Требуемый расход воды, Q Расход воды через один гидромонитор. Обычно: 200–4000 м³/ч | м³/ч | 1000 |
| Напор перед насадкой, H Напор воды перед насадкой гидромонитора в метрах водяного столба (1 МПа ≈ 102 м). Обычно: 30–150 м в зависимости от группы грунта | м | 80 |
| Коэффициент расхода насадки, μ Учитывает сжатие струи и потери в насадке. Обычно: 0,85–0,98; для конической сходящейся насадки ≈ 0,94 | 0,94 |
Результаты
| Величина | Ед. | В примере |
|---|---|---|
| Диаметр насадки, d d = √(4·Q/(π·μ·√(2·g·H))). Принимают ближайшую стандартную насадку. | мм | 97,452 |
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 1 шаг
Диаметр насадки: 97,452 мм (Q = 0,2778 м³/с)
Размыв
Формулы
Исходные данные
| Величина | Ед. | По умолчанию |
|---|---|---|
| Производительность по грунту, Пг Требуемая часовая производительность размыва по грунту в целике. Обычно: по производственной программе | м³/ч | 250 |
| Удельный расход воды, q Расход воды на размыв 1 м³ грунта в целике. Обычно: 3,3–12,6 м³/м³ в зависимости от группы грунта и высоты забоя (кнопка «Удельный расход воды по группе грунта») | м³/м³ | 8 |
| Расход одного гидромонитора, Qгм Расход воды через один гидромонитор при выбранных насадке и напоре. Обычно: режим «Струя» этого калькулятора | м³/ч | 1000 |
| Высота забоя, Hз Высота размываемого уступа. Обычно: 3–30 м | м | 12 |
| Коэффициент безопасного расстояния, α Отношение минимального расстояния от гидромонитора до забоя к высоте уступа. Обычно: не менее 0,8; для глинистых, плотных и лёссовидных пород, способных к обрушению глыбами, — не менее 1,2; при размыве боковым забоем — не менее 0,4 | 0,8 |
Результаты
| Величина | Ед. | В примере |
|---|---|---|
| Потребный расход воды, Qв Qв = Пг·q. | м³/ч | 2000 |
| Число рабочих гидромониторов, n n = Qв/Qгм с округлением вверх. Резервные гидромониторы добавляют отдельно. | шт | 2 |
| Минимальное расстояние до забоя, lmin lmin = α·Hз — из условия безопасности при обрушении забоя. | м | 9,6 |
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 3 шага
Потребный расход воды: 2000 м³/ч
Рабочих гидромониторов: 2
Минимальное расстояние до забоя: 9,6 м
Допущения
- Удельный расход воды q соответствует группе грунта и высоте забоя.
Куда использовать результат
- Расход воды, Q → Гидромонитор («Размыв»). Расход одного гидромонитора нужен, чтобы найти их число.
В приложении после расчёта появится блок «Использовать дальше» — значение подставится само.
Источники
- Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ: учебник для вузов. — 3-е изд. — М.: Недра, 1985. — 471 с. — Гидромониторная разработка, землесосы, гидротранспорт, гидроотвалы; удельные расходы воды по группам грунтов.
- Ялтанец И.М. Проектирование открытых гидромеханизированных и дражных разработок месторождений: учеб. пособие для вузов. — 3-е изд. — М.: Изд-во МГГУ, 2003. — 758 с. — Гидромониторный размыв, гидротранспорт (формулы Кнороза, ВНИИГ, Смолдырева), земснаряды, производительность драг.
- ЕНиР. Сборник Е2. Земляные работы. Вып. 2. Гидромеханизированные земляные работы. — М.: Стройиздат, 1987. — 92 с. — Группы грунтов по трудности разработки, удельные расходы воды и напоры (табл. 17–18). Не действует, используется как справочный.
- Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твёрдых полезных ископаемых» (утв. приказом Ростехнадзора от 08.12.2020 № 505). — Высота уступа и ширина площадок — по проекту (пп. 974, 977); расстояние от гидромонитора до забоя (п. 1069); водоотлив.