Расчет односкважинной системы СГД апробирования россыпных месторождений полезных ископаемых

1.

к.т.н. горный инженер, геотехнолог, гидрогеолог
Николай Дмитриевич Бычек (Россия. Астрахань)
Расчет односкважинной системы СГД апробирования россыпных месторождений
полезных ископаемых
Принимается СГГС диаметром 200-219 мм с запиткой от одного высоконапорного насоса
Исходные данные:
Глубина скважины: 45 м
Давление насоса: 9,5 МПа (≈ 970 м вод. ст.)
Расход воды: 40 м³/ч (≈ 0,0111 м³/с)
Тип породы: слабосцементированная песчано-глинистая
1. Распределение расхода воды
Оптимальное распределение:
Гидромонитор: 60–70% расхода (размыв породы)
Гидроэлеватор: 30–40% расхода (подъем пульпы)
Принимаем:
Гидромонитор: 70% → 28 м³/ч
Гидроэлеватор: 30% → 12 м³/ч

2.

2. Расчет гидромонитора
2.1. Диаметр насадки гидромонитора
Скорость струи при давлении 9,5 МПа:
Площадь насадки:
Диаметр насадки:
Стандартный диаметр: 9–12 мм (выбираем 10 мм для снижения потерь).
2.2. Производительность размыва
Удельный расход воды:
Объем размываемой породы:
3. Расчет гидроэлеватора
3.1. Диаметр насадки гидроэлеватора
Принимаем эффективное давление на входе ≈ 6 МПа (из-за потерь):
Площадь насадки:
Диаметр насадки:

3.

Стандартный диаметр: 6–8 мм (выбираем 7 мм).
3.2. Производительность гидроэлеватора
Коэффициент эжекции (K):
Для слабосцементированной породы K = 2–3. Принимаем K = 2,5.
Расход пульпы:
Концентрация пульпы:
4. Расчет диаметров трубопроводов
4.1. Водоподающая труба (гидромонитор)
Рекомендуемая скорость: 2–3 м/с.
Выбираем трубу Ø65 мм (2,5").
4.2. Труба подачи воды на гидроэлеватор
Выбираем трубу Ø40–50 мм (1,5–2").
4.3. Вертикальный пульпопровод
Рекомендуемая скорость пульпы: 1,5–2 м/с.

4.

Выбираем трубу Ø80 мм (3").
Итоговые параметры системы
Параметр
Значение
Диаметр насадки гидромонитора
10 мм
Диаметр насадки гидроэлеватора
7 мм
Диаметр водоподающей трубы (гидромонитор)
65 мм
Диаметр трубы подачи воды на гидроэлеватор
50 мм
Диаметр вертикального пульпопровода
80-113 мм
Производительность размыва
6,1 м³/час
Расход пульпы
30 м³/ч (20% концентрация)
Вывод:
Система с насосом 9,5 МПа и расходом 40 м³/ч обеспечивает:
Размыв ~6,1 м³/час слабосцементированной породы.
Подъем пульпы с глубины 45 м через пульпопровод Ø80 мм.
Рекомендации:
1. Проверить потери давления в трубопроводах.
2. Оптимизировать диаметры насадок под конкретные условия.
3. Увеличить концентрацию пульпы (если нужно) за счет регулировки расхода
гидроэлеватора.
Расчет мощности насосной установки для системы СГД апробирования
Исходные данные:
Давление (P): 9,5 МПа = 9,5 × 10⁶ Па
Расход (Q): 40 м³/ч ≈ 0,0111 м³/с
КПД насоса (η): 0,7–0,85 (принимаем 0,75 для центробежных насосов высокого
давления)
1. Теоретическая гидравлическая мощность (N_гидр)
Мощность, необходимая для создания потока воды с заданными параметрами:

5.

2. Электрическая мощность насоса (N_эл)
С учетом КПД насоса:
3. Учет дополнительных факторов
1. Потери в трубопроводах:
Если общие потери давления составляют ~10%, требуемое давление увеличивается
до 10,5 МПа, а мощность — до 155 кВт.
2. Пусковые токи и запас мощности:
Рекомендуется выбирать насос с запасом 10–20%.
Итоговая требуемая мощность:
4. Рекомендуемая насосная установка
Тип насоса: Многоступенчатый центробежный (например, ЦНС 45-1050).
Мощность двигателя: 260 кВт
Напор: 1050 м вод. ст.
Расход: 45 м³/ч.
Вывод:
Для работы системы гидродобычи с параметрами:
Давление: 9,5 МПа,
Расход: 40 м³/ч,
Требуется насосная установка мощностью ≈260 кВт.
Дополнительные рекомендации:
1. Использовать частотный преобразователь для плавного пуска и регулировки
производительности.
2. Установить обратный клапан для защиты насоса от гидроударов.
3. Проверить соответствие трубопроводов (Ø65 мм для воды, Ø80 мм для пульпы)
расчетному давлению.
Если потери в системе превышают 10%, может потребоваться насос до 280 кВт.

6.

Авторская технологическая разработка и скважинный гидромониторно-гидроэлеваторный
снаряд (СГГС) для апробирования россыпных и осадочных месторождений полезных
ископаемых и комплект оборудования под разведочную или технологическую скважину
диаметром 189-220 мм от к.т.н. горного инженера, геотехнолога Николая Дмитриевича
Бычека.
Скважинное оборудование изготавливается в заводских условиях. Для краткосрочных
работ может быть рассчитано и изготовлено в мастерских геологоразведочной экспедиции
с адаптацией под любой буровой станок.