Розвиток теорії вібропневмотранспортування закладальних матеріалів

Вперше, на основі використання системного комплексного підходу до аналізу інтегрованої технологічної системи пневматичного транспортування закладального матеріалу “компресор - трубопровід, що подає повітря - вібропневмозакладальна машина - транспортний трубопровід - вироблений простір шахти” отримані нові наукові та практичні результати, основні з яких полягають у наступному:

1. Розроблено математичну модель руху часток сипкого матеріалу в потоці стислого повітря по робочому органу машини і математичну модель машин з ексцентриковим і інерційним приводом, на основі яких розроблено теорію вібропневмотранспортних машин (ВПМ) з виявленням їх технологічних і динамічних характеристик, визначенням критеріїв стаціонарності і ефективності їх роботи. Зокрема встановлено, що в умовах періодичного режиму середня швидкість руху частки закладального матеріалу з її регулярним підкиданням в межах вібраційного робочого органу вібропневмотранспортної машини під спільним впливом вібрації і потоку стислого повітря знаходиться в гіперболічній залежності від еквівалентного діаметру частки, в показовій залежності від швидкості повітряного потоку і в умовно пропорційній залежності від амплітуди коливань робочого органу. На базі розробленої теорії створені алгоритми і програми розрахунку таких машин.

2. Розроблено математичну модель кочення еквівалентних часток сипкого матеріалу в потоці стислого повітря вздовж нижньої стінки трубопроводу, яка дозволила визначити зони проковзування і непроковзування, одержати залежності для визначення швидкості відриву і сил опору руху часток. На основі розробленої математичної моделі визначено критичні значення швидкостей повітряного потоку і часток сипкого матеріалу, що забезпечують зважування часток і їх рух в горизонтальному трубопроводі без торкання стінок (диплом на наукове відкриття № 197 від 17.01.02). Критерієм зважування під дією підйомної сили Магнуса-Жуковського часток закладального матеріалу, є умова досягнення їх швидкостями критичних значень, квадрати яких прямо пропорційні розміру та щільності часток і зворотно пропорційні тиску повітря.

3. Розроблено математичні моделі режимів руху часток сипкого матеріалу, що обертаються, в потоці стислого повітря вздовж горизонтального трубопроводу, за допомогою яких виявлено критерії їх існування, а також одержано залежності для швидкостей і сил опору руху часток. Зокрема встановлено, що одним з характерних видів руху часток закладального матеріалу у пневмотранспортному трубопроводі є періодичний автоколивальний режим з ударами по стінках, який здійснюється за рахунок енергії повітряного потоку і сил Магнуса-Жуковського і існує при швидкостях повітря більших, ніж швидкість зважування. Кінематичні та динамічні параметри, включаючи сили опору при режимі з непроковзуванням, зростають пропорційно квадрату швидкості повітря, а при режимі з проковзуванням убувають зворотньо пропорційно до неї.

4. Методом молекулярної динаміки в рамках плоскої задачі за допомогою математичного моделювання руху множини часток вздовж горизонтального каналу і на основі аналізу нелінійних диференціальних рівнянь одновимірного двофазного потоку “газ - тверді частки” методами теорії динамічних систем одержано закономірності, які адекватно описують роботу пневмотранспортних систем.

5. На основі теорії двофазного потоку “газ - тверді частки” і теорії зважування часток в горизонтальних потоках одержано загальні залежності для визначення основних параметрів пневмотранспорту. З допомогою цих залежностей встановлено, що дальність пневмотранспортування прямо пропорційна різності повних імпульсів суміші “газ - тверді частки” на початку і кінці трубопроводу та зворотно пропорційна сумі погонних імпульсів сил опору повітря та сипкого матеріалу, яка при заданій довжині трубопроводу визначає характеристику пневмотраси з мінімумом тиску та раціональною витратою повітря, що є вихідними параметрами для вибору компресора. Одержані залежності стали основою розробленої інженерної методики для розрахунку пневмотранспортних систем.

6. Розроблено математичну модель руху часток закладального матеріалу в потоці повітряного струменя, що розширюється, в обмеженому виробленому просторі шахти до моменту випадання на підошву виробки. На основі чисельного експерименту в дослідженому діапазоні незалежних змінних (об'ємна витрата повітря Q ^V₁ 10000 м³/г, фракційний склад часток закладального матеріалу d = 0 - 50 мм), встановлено що найбільшу дальність вильоту мають частки діаметром 10 - 20 мм. При цьому діапазон відхилення від точки найбільшої дальності решти фракцій складає 4 - 6 м.

Встановлені закономірності дозволяють визначити крок перестановки зйомних секцій пневмотранспортного трубопроводу. Розбіжність результатів аналітичних і експериментальних досліджень в натурних умовах за швидкістю вильоту часток з пневмотранспортного трубопроводу не перевищувало 10 %, а по дальності польоту часток - 15 %.

7. Розроблено інженерну методику, яка дозволяє виконати розрахунок технологічної системи “компресор - трубопровід, що подає повітря - вібропневмозакладальна машина - транспортний трубопровід - вироблений простір шахти” як єдиного комплексу і визначати її раціональні параметри.

8. Розроблений інженерний алгоритм розрахунку пневмотранспортних систем використаний при розробці раціональних прогресивних технологій зведення бутових смуг для умов ведення гірничих робіт на шахті 1/3 “Новогродовськая” ДП “Селидіввугілля”, “Холодна Балка” і ім. С.М. Кірова ДП “Макіїввугілля”, “Західно-Донбаська” ВАТ “Павлоградвугілля”, ім. О.Г. Стаханова ДП “Красноармійськвугілля”.

9. Інженерні методики “Алгоритми і програми для розрахунку вібропневмотранспортних систем” прийняті до використання низкою вищих учбових закладів і спеціалізованих проектних організацій, а саме: Національним гірничим університетом, Автодорожним інститутом Донецького національного технічного університету, Донецьким вугільним інститутом.

10. Річний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи, складає 82989 грн при відробці 3-ї південної лави центрального ухилу пласта l₁ шахти ім. О.Г. Стаханова ДП “Красноармійськвугілля” з управлінням покрівлею повною закладкою.

Основні положення і результати дисертації опубліковані в наступних роботах

Монографії

1. Потураев В.Н., Волошин А.И., Пономарев Б.В. Вибрационно-пневматическое транспортирование сыпучих материалов. - Киев: Наук. думка, 1989. - 245 с.

2. Волошин А.И., Пономарев Б.В. Механика пневмотранспортирования сыпучих материалов. - Киев.: Наук. думка, 2001. - 520 с.

3. Волошин А.И., Пономарев Б.В. Алгоритмы и программы для расчета вибропневмотранспортных систем (Инженерные методы расчета). - Киев.: Наук. думка, 2002 г. - 133 с.

Наукове відкриття

4. Закономерность движения частиц сыпучей среды в горизонтальном потоке сжатого воздуха / Потураев В.Н., Булат А.Ф., Волошин А.И., Пономарев Б.В., Кордюк О.Л., Морозов И.Т. - Рос. Акад. ест. наук, Междунар. ассоц. авт. научн. открытий. - дипл. № 197 от 26.12.2001 г., приор. откр. от 3.02.1988 г.

Статті в наукових фахових виданнях

5. Потураев В.Н., Волошин А.И., Пономарев Б.В., Кордюк О.Л. Математическое моделирование двухфазных потоков при пневмотранспорте сыпучих материалов // Докл. АН УССР. Сер. А. физ.-мат. и техн. науки. - 1988. - № 7. - С. 48 - 51.

6. Потураев В.Н., Волошин А.И., Пономарев Б.В. Об одномерном потоке двухфазной смеси // Прикладная механика. - 1989. - 25, № 8. - С. 111 - 118.

7. Потураев В.Н., Волошин А.И. Пономарев Б.В. Об определении эффективного коэффициента трения при вибропневмотранспортировании // Вибрационные эффекты в процессах добычи и переработки минерального сырья (Сб. научн. трудов Института геотехнической механики АН Украины). Киев: Наук. думка, 1989. - С. 149 - 157.

8. Волошин А.И., Пономарев Б.В., Яцун В.В. Исследование механики движения кусковатых материалов на разгонных участках в вибропневмотранспортных установках цикличного действия // Вибрационные эффекты в процессах добычи и переработки минерального сырья (Сб. научн. трудов Института геотехнической механики АН Украины). - Киев: Наук. думка, 1989. - С. 142 - 149.

9. Волошин А.И., Кордюк О.Л., Пономарев Б.В. Исследование движения липкого материала с учетом упругих свойств вибрирующей транспортирующей поверхности // Вибрационные эффекты в горных машинах и технологиях (Сб. научн. трудов Института геотехнической механики АН Украины). - Киев: Наук. думка, 1990 г. - С. 98 - 103.

10. Волошин А.И., Пономарев Б.В., Гольдштейн А.И. Моделирование виброперемещения аэросмесей с высокой начальной концентрацией дисперсной фазы // Вибрационные и волновые транспортно-технологические машины (Сб. научн. трудов Института геотехнической механики АН Украины). - Киев: Наук. думка, 1991. - С. 31 - 37.

11. Волошин А.И., Пономарев Б.В.. Выбор рациональной формы загрузочного лотка вибрационно-пневматической машины // Вибрационные и волновые транс-портно - технологические машины. (Сб. научн. трудов Института геотехнической механики АН Украины). - Киев: Наук. думка, 1991. - С. 49 - 53.

12. Волошин А.И., Пономарев Б.В. Теория и расчет современных пневмотранспортных систем для горнодобывающей промышленности // Геотехнич. Механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 1998. - № 6. - С. 3 - 14.

13. Пономарев Б.В. Движение вращающихся частиц в потоке газа по горизонтальному трубопроводу с ударами об обе стенки // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. Сборн. научн. трудов). - 1998. - № 7. - С. 72 - 87.

14. Пономарев Б.В. О силах сопротивления движению частиц в потоке газа по горизонтальному трубопроводу // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. Сборн. научн. трудов). - 1998. - № 7. - С. 87 - 104.

15. Пономарев Б.В. Инженерный метод расчета пневмотранспортных систем // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. Сборн. научн. трудов). - 1998. - № 8. - С. 86 - 96.

16. Пономарев Б.В. Взвешивание твердых частиц в горизонтальном пневмотранспортном потоке // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. Сборн. научн. трудов). - 1998. - № 9. - С. 191 - 196.

17. Пономарев Б.В. Анализ закономерностей движения воздуха и сыпучего материала в пневмотранспортных системах. - С. 85 - 93. - В кн. Механика вибрационно-пневматических машин эжекторного типа / Потураев В.Н., Булат А.Ф., Волошин А.И., Пономаренко С.Н., Волошин А.А. - Киев: Наук. думка, 2001. - 176 с.

18. Пономарев Б.В. Определение оптимального профиля вибролотка ВПМ. - С. 125 - 128. - В кн. Механика вибрационно-пневматических машин эжекторного типа / Потураев В.Н., Булат А.Ф., Волошин А.И., Пономаренко С.Н., Волошин А.А. - Киев: Наук. думка, 2001. - 176 с.19.

19. Пономарев Б.В. Определение характеристик вибрационно-пневматических машин // (НГУ МОИ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 2003. - № 1. - С.

20. Пономарев Б.В. Вылет частиц полидисперсного материала из пневмотранспортного трубопровода в выработанное пространство шахты при формировании закладочного массива // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов) - 2002. - № 14. - С. 223 - 230.

21. Волошин А.И., Рябцев О.В., Пономарев Б.В. и др. Результаты приемочных испытаний комплекса вибрационно-пневматического бутового (КВПБ) с компрессорной установкой // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 2002. - № 36. - С. 110 - 116.

22. Волошин А.И., Пономарев Б.В. Определение основных технологических и конструктивных параметров вибропневмотранспортных машин // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 2003. - № 42. - С. 229 - 238.

23. Волошин А.И., Пономарев Б.В., Кордюк О.Л. Кинематика столкновений частиц сыпучего материала при пневмотранспортировании // Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 2004. - № 30. - С. 182 - 190.

24. Волошин А.И., Пономарев Б.В., Кордюк О.Л. Движение частиц сыпучего материала по нижней стенке и с ударами об обе стенки в потоке сжатого воздуха по горизонтальному трубопроводу //Геотехническая механика (НАНУ ИГТМ, межведомств. сборн. научн. трудов). - 2004. - № 47. - С. 130 - 140.

25. Волошин А.И, Пономарев Б.В., Кордюк О.Л. Прямое моделирование процесса движения частиц в пневмотранспортном канале // Геотехническая механика, 2004, № 50, с. 87 - 98.

Размещено на Allbest.ru