Гидромеханизация

Параметры гидросмеси

Плотность гидросмеси, объёмная и массовая концентрации, отношение Ж:Т, производительность по грунту через удельный расход воды.

Физический смысл

Гидросмесь — это вода со взвешенными частицами грунта. Её плотность лежит между плотностью воды и плотностью твёрдых частиц и растёт с концентрацией. Объёмная концентрация показывает долю объёма, занятую грунтом, массовая — долю массы; обе связаны через плотности и однозначно пересчитываются друг в друга.

По концентрации

Формулы

ρг=ρв+Cv⋅(ρт−ρв)\rho_{\text{г}} = \rho_{\text{в}} + C_v \cdot (\rho_{\text{т}} - \rho_{\text{в}})
Cw=Cv⋅ρтρгC_w = \dfrac{C_v \cdot \rho_{\text{т}}}{\rho_{\text{г}}}
Ж:Т=1−CwCw\text{Ж:Т} = \dfrac{1 - C_w}{C_w}

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Объёмная концентрация твёрдого, Cv Доля объёма твёрдых частиц в объёме гидросмеси. Обычно: земснаряды и гидромониторы 0,05–0,2; хвосты до 0,3 доля 0,1
Плотность твёрдых частиц, ρт Плотность минеральных частиц грунта (без пор). Обычно: пески и глины 2,6–2,75; руды 3–5 т/м³ т/м³ 2,65
Плотность воды, ρв Плотность несущей жидкости. Обычно: ≈ 1,0 т/м³ т/м³ 1

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Плотность гидросмеси, ρг ρг = ρв + Cv·(ρт − ρв). т/м³ 1,165
Массовая концентрация, Cw Доля массы твёрдого в массе гидросмеси: Cw = Cv·ρт/ρг. доля 0,2275
Отношение Ж:Т по массе Масса воды на единицу массы твёрдого: (1 − Cw)/Cw. 3,396
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 3 шага
ρг=1+0,1⋅(2,65−1)=1,165 т/м3\rho_{\text{г}} = 1 + 0{,}1 \cdot (2{,}65 - 1) = 1{,}165\ \text{т}/\text{м}^3

Плотность гидросмеси: 1,165 т/м³

Cw=0,1⋅2,651,165=0,2275C_w = \dfrac{0{,}1 \cdot 2{,}65}{1{,}165} = 0{,}2275

Массовая концентрация: 0,2275 (22,747 %)

Ж:Т=1−0,22750,2275=3,396\text{Ж:Т} = \dfrac{1 - 0{,}2275}{0{,}2275} = 3{,}396

Отношение Ж:Т по массе: 3,396 : 1

Допущения

  • Двухфазная смесь «вода + твёрдые частицы» без воздуха.

По плотности

Формулы

Cv=ρг−ρвρт−ρвC_v = \dfrac{\rho_{\text{г}} - \rho_{\text{в}}}{\rho_{\text{т}} - \rho_{\text{в}}}
Cw=Cv⋅ρтρгC_w = \dfrac{C_v \cdot \rho_{\text{т}}}{\rho_{\text{г}}}
Ж:Т=1−CwCw\text{Ж:Т} = \dfrac{1 - C_w}{C_w}

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Плотность гидросмеси, ρг Плотность гидросмеси по замеру (плотномер, весовой способ). Обычно: 1,05–1,35 т/м³ т/м³ 1,15
Плотность твёрдых частиц, ρт Плотность минеральных частиц грунта (без пор). Обычно: пески и глины 2,6–2,75; руды 3–5 т/м³ т/м³ 2,65
Плотность воды, ρв Плотность несущей жидкости. Обычно: ≈ 1,0 т/м³ т/м³ 1

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Объёмная концентрация, Cv Cv = (ρг − ρв)/(ρт − ρв). доля 0,09091
Массовая концентрация, Cw Доля массы твёрдого в массе гидросмеси: Cw = Cv·ρт/ρг. доля 0,2095
Отношение Ж:Т по массе Масса воды на единицу массы твёрдого: (1 − Cw)/Cw. 3,774
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 3 шага
Cv=1,15−12,65−1=0,09091C_v = \dfrac{1{,}15 - 1}{2{,}65 - 1} = 0{,}09091

Объёмная концентрация: 0,09091 (9,091 %)

Cw=0,09091⋅2,651,15=0,2095C_w = \dfrac{0{,}09091 \cdot 2{,}65}{1{,}15} = 0{,}2095

Массовая концентрация: 0,2095 (20,949 %)

Ж:Т=1−0,20950,2095=3,774\text{Ж:Т} = \dfrac{1 - 0{,}2095}{0{,}2095} = 3{,}774

Отношение Ж:Т по массе: 3,774 : 1

Допущения

  • Двухфазная смесь «вода + твёрдые частицы» без воздуха.

По расходу воды

Формулы

ρг=ρт(1−m)+qρв1−m+q\rho_{\text{г}} = \dfrac{\rho_{\text{т}} (1 - m) + q \rho_{\text{в}}}{1 - m + q}
Qт=Qг1−m+qQ_{\text{т}} = \dfrac{Q_{\text{г}}}{1 - m + q}
Qв=q⋅QтQ_{\text{в}} = q \cdot Q_{\text{т}}

Исходные данные

ВеличинаЕд.По умолчанию
Удельный расход воды, q Объём воды на разработку и транспортирование 1 м³ грунта в целике. Обычно: 3,3–12,6 м³/м³ при гидромониторном размыве; при подаче землесосами — больше м³/м³ 8
Пористость грунта, m Доля объёма пор в объёме грунта в целике. Обычно: гравий 0,25–0,3; песок 0,3–0,4; супесь 0,4–0,45; суглинок 0,45–0,5; глина 0,5–0,6 доля 0,35
Плотность твёрдых частиц, ρт Плотность минеральных частиц грунта (без пор). Обычно: пески и глины 2,6–2,75; руды 3–5 т/м³ т/м³ 2,65
Плотность воды, ρв Плотность несущей жидкости. Обычно: ≈ 1,0 т/м³ т/м³ 1
Расход гидросмеси, Qг Подача землесоса (грунтового насоса) по гидросмеси. Обычно: по характеристике насоса м³/ч 2000

Результаты

ВеличинаЕд.В примере
Плотность гидросмеси, ρг ρг = [ρт·(1 − m) + q·ρв]/(1 − m + q). т/м³ 1,124
Объёмная концентрация, Cv Cv = (1 − m)/(1 − m + q). доля 0,07514
Производительность по грунту, Qт Объём грунта в целике: Qт = Qг/(1 − m + q). м³/ч 231,214
Расход воды, Qв Qв = q·Qт. м³/ч 1849,711
Пример расчёта со значениями по умолчанию — 3 шага
ρг=2,65⋅(1−0,35)+8⋅11−0,35+8=1,124 т/м3\rho_{\text{г}} = \dfrac{2{,}65 \cdot (1 - 0{,}35) + 8 \cdot 1}{1 - 0{,}35 + 8} = 1{,}124\ \text{т}/\text{м}^3

Плотность гидросмеси: 1,124 т/м³ (Cv = 0,07514)

Qт=20001−0,35+8=231,214 м3/чQ_{\text{т}} = \dfrac{2000}{1 - 0{,}35 + 8} = 231{,}214\ \text{м}^3/\text{ч}

Производительность по грунту в целике: 231,214 м³/ч

Qв=8⋅231,214=1849,711 м3/чQ_{\text{в}} = 8 \cdot 231{,}214 = 1849{,}711\ \text{м}^3/\text{ч}

Расход воды: 1849,711 м³/ч

Допущения

  • Баланс объёмов: 1 м³ грунта в целике даёт (1 − m) м³ твёрдого; вся вода гидросмеси учтена в q.

Куда использовать результат

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.
  • Пособие по проектированию гидравлического транспорта (к СНиП 2.05.07-85). — М.: Стройиздат, 1988. — 40 с. — Расход и плотность гидросмеси, критическая скорость, потери напора.
  • 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.
Esc — закрыть