Схема расчета скважинного гидромониторно-гидроэлеваторного снаряда (СГГС) гидродобычи янтаря

1.

к.т.н. горный инженер, геотехнолог, гидрогеолог
Николай Дмитриевич Бычек (Россия. Астрахань)
Схема расчета скважинного гидромониторно-гидроэлеваторного
снаряда (СГГС) гидродобычи янтаря
Исходные данные:
Глубина технологической скважины: 25 м
Давление насоса: 4,5 МПа (≈ 460 м вод. ст.)
Расход воды: 90 м³/ч (≈ 0,025 м³/с)
Тип породы: слабосцементированная песчано-глинистая глауконитовая
(необводненная). Польские месторождения
1. Распределение расхода воды
Оптимальное распределение:
Гидромонитор: 60% расхода (размыв породы) → 54 м³/ч
Гидроэлеватор: 40% расхода (подъем пульпы) → 36 м³/ч
2. Расчет гидромонитора
2.1. Диаметр насадки гидромонитора

2.

Скорость струи при давлении 4,5 МПа:
Площадь насадки:
Диаметр насадки:
Стандартный диаметр: 15 мм
2.2. Производительность размыва
Удельный расход воды:
Для глауконитовой породы принимаем коэффициент K = 1,8:
Объем размываемой породы:

3.

3. Расчет гидроэлеватора
3.1. Диаметр насадки гидроэлеватора
Принимаем эффективное давление на входе ≈ 3 МПа:
Площадь насадки:
Диаметр насадки:
Стандартный диаметр: 12-14 мм (выбираем 13 мм)
3.2. Производительность гидроэлеватора
Коэффициент эжекции (K):
Для данной породы K = 3
Концентрация пульпы:

4.

4. Расчет диаметров трубопроводов
4.1. Водоподающая труба (гидромонитор)
Рекомендуемая скорость: 2-3 м/с
Выбираем трубу Ø90 мм
4.2. Труба подачи воды на гидроэлеватор
Выбираем трубу Ø75 мм
4.3. Вертикальный пульпопровод
Рекомендуемая скорость пульпы: 1,5-2 м/с
Выбираем трубу Ø150 мм
5. Расчет мощности насоса
С учетом запаса 15%: ≈ 175 кВт

5.

Итоговые параметры системы
Параметр
Значение
Диаметр насадки гидромонитора
15 мм
Диаметр насадки гидроэлеватора
13 мм
Диаметр водоподающей трубы
90 мм
Диаметр трубы на гидроэлеватор
75 мм
Диаметр пульпопровода
150 мм
Производительность размыва
14,2 м³/ч
Расход пульпы
108 м³/ч (13% концентрация)
Мощность насоса
175 кВт
Вывод:
Система с насосом 4,5 МПа и расходом 90 м³/ч обеспечивает:
Размыв ≈14,2 м³/ч глауконитовой породы
Эффективный подъем пульпы через трубу Ø150 мм
Стабильную работу при мощности насоса 175 кВт
Рекомендации:
1. Использовать износостойкие материалы для насадок (карбид вольфрама)
2. Контролировать концентрацию пульпы (оптимально 10-15%)
3. Установить фильтр для защиты насоса от абразива
Наиболее удовлетворяющим расчетные условия работы является насос НЦ 320

6.

Расчет максимального расстояния от насадки гидромонитора до породы для
эффективного размыва
Исходные данные (из предыдущего расчета):
Давление на выходе насадки (P): 4,5 МПа
Диаметр насадки (d): 15 мм = 0,015 м
Расход воды (Q): 54 м³/ч = 0,015 м³/с
Скорость струи (v): 92 м/с
Тип породы: слабосцементированная песчано-глинистая глауконитовая
1. Теоретическая основа
Максимальное расстояние эффективного размыва (LmaxLmax) определяется:
1. Сохранением кинетической энергии струи (с учетом потерь на трение о воздух и
распад струи).
2. Критическим диаметром капель при распаде струи.
Эмпирическая формула для незатопленной струи:
где:
k — коэффициент, зависящий от типа породы (для слабосцементированных
пород k ≈ 50–70
P — давление в МПа
d — диаметр насадки в метрах
2. Расчет по эмпирической формуле
Для глауконитовой породы принимаем k = 60:

7.

Уточнение:
Для песчано-глинистых пород оптимальное расстояние обычно составляет 1,5–2,5 м.
При больших расстояниях струя теряет ударную энергию.
3. Проверка по скорости струи
Скорость струи на расстоянии L:
где:
v0 = 92 м/ (начальная скорость),
L — расстояние в метрах.
Критическая скорость размыва для глауконитовой породы: ~30–40 м/с.
Подставляем:
Но это теоретически! На практике струя распадается на капли уже на 5–10 м.
4. Учет распада струи
Компактная часть струи (сохраняет ударную силу):
Эффективная зона размыва (с учетом турбулентности):
5. Итоговое значение
Для эффективного размыва незатопленной струей:
Рекомендации:
1. Оптимальное расстояние: 1–1,5 м (для баланса между энергией струи и зоной
охвата).
2. При работе на глубине 25 м важно:

8.

Удерживать гидромонитор вблизи забоя (1–2 м).
Использовать направляющие для стабилизации струи.
3. Для увеличения Lmax можно:
o Повысить давление (но растет нагрузка на насос).
o Увеличить диаметр насадки (снизит скорость, но повысит массовый расход).
o
o
Пример: При давлении 6 МПа и d=20 мм Lmax достигнет 2,5–3 м.
Расчет объема размываемых пород при отработке цилиндрической камеры
Исходные данные:
Форма камеры: Цилиндр
Диаметр камеры (D): 2,5 м
Высота камеры (H): 5 м
1. Расчет объема цилиндра
Формула объема цилиндра:
где:
R = 1,25 м (радиус)
H = 5 м (высота)
Подставляем значения:
2. Учет коэффициента разрыхления породы
При гидродобыче порода разрыхляется, увеличивая свой объем.
Коэффициент разрыхления (Kр) для слабосцементированной песчано-глинистой
породы:
Kр = 1,2–1,3 (обычно принимают 1,25)
Объем разрыхленной породы (Vр):
3. Время отработки камеры
Из предыдущих расчетов:
Производительность гидромонитора: 14,2 м³/ч (по плотной массе)
Объем плотной породы в камере: 24,53 м³
Время отработки (T):

9.

4. Параметры пульпы для транспортировки
Объем разрыхленной породы: 30,66 м³
Концентрация пульпы (C): 13% (из предыдущих расчетов)
Требуемый объем воды для транспортировки:
Итоговые данные:
Параметр
Значение
Объем плотной породы
24,53 м³
Объем разрыхленной породы
30,66 м³
Время отработки
≈1 час 44 минуты
Требуемый объем воды
≈205 м³
Вывод:
Для отработки цилиндрической камеры Ø2,5 м × 5 м потребуется:
1. Размыть ~24,5 м³ плотной породы (переходящей в ~30,7 м³ разрыхленной массы).
2. Время работы гидромонитора: ≈1,7 часа.
3. Для транспортировки пульпы с концентрацией 13% необходимо ≈205 м³ воды.
Рекомендации:
Контролировать фактическую концентрацию пульпы (оптимально 10–15%).
Увеличить производительность можно за счет:
o Повышения давления (если позволяет насос).
Увеличения диаметра насадки гидромонитора (снизит скорость, но повысит массовый
o